Atomu kodola uzbūve (protons, neitrons, elektrons). II nodaļa Atomu uzbūve un periodiskais likums

NEITRONS(n) (no lat. neitrāls - ne viens, ne otrs) - elementārdaļiņa ar nulles elektrisko. lādiņš un masa, nedaudz lielāka par protona masu. Kopā ar protonu ar vispārējo nosaukumu. Nukleons ir daļa no atomu kodoliem. H. ir spin 1/2 un tāpēc paklausa Fermi - Diraka statistika(ir fermions). pieder ģimenei adra-nov; ir bariona skaitlis B= 1, t.i., iekļauts grupā barioni.

To 1932. gadā atklāja Dž.Čadviks, parādot, ka cietais starojums, kas rodas, bombardējot berilija kodolus ar a-daļiņām, sastāv no elektriski neitrālām daļiņām, kuru masa ir aptuveni vienāda ar protona masu. 1932. gadā D. D. Ivanenko un V. Heisenbergs izvirzīja hipotēzi, ka atomu kodoli sastāv no protoniem un H. Atšķirībā no lādiņa. daļiņas, H. viegli iekļūst kodolos pie jebkuras enerģijas un ar lielu varbūtību izraisa kodolreakcijas uztveršana (n,g), (n,a), (n, p), ja enerģijas bilance reakcijā ir pozitīva. Eksotermijas iespējamība palielinās līdz ar palēninājumu H. apgriezti proporcionāls. viņa ātrums. H. uztveršanas reakciju iespējamības palielināšanos, kad tās tiek palēninātas ūdeņradi saturošā vidē, atklāja E. Fermi (E. Fermi) un kolēģi 1934. gadā. Atklāja H. spēju izraisīt smago kodolu sadalīšanos. O. Gans (O. Hāns) un F. Strasmans (F. Strasmans) 1938. gadā (sk. kodola skaldīšana), kalpoja par pamatu kodolieroču radīšanai un. Lēnu neitronu mijiedarbības īpatnība ar vielu, kuriem ir de Broglie viļņa garums, kas atbilst atomu attālumu kārtai (rezonanses efekti, difrakcija utt.), kalpo par pamatu plašai neitronu staru izmantošanai fizikā. ciets ķermenis. (H. klasifikācija pēc enerģijas - ātrs, lēns, termisks, auksts, ultraauksts - skatīt Art. neitronu fizika.)

Brīvā stāvoklī H. ir nestabils - tajā notiek B-sabrukšana; n p + e - + v e; tā kalpošanas laiks t n = 898(14) s, elektronu spektra robeženerģija ir 782 keV (sk. att.). neitronu beta sabrukšana). IN saistošais stāvoklis stabilu kodolu sastāvā H. ir stabils (pēc eksperimentālām aplēsēm tā mūžs pārsniedz 10 32 gadus). Saskaņā ar asteru. Tiek lēsts, ka 15% no Visuma redzamās matērijas pārstāv H., kas ir daļa no 4 He kodoliem. H. ir galvenais. komponents neitronu zvaigznes. Brīvie H. dabā veidojas in kodolreakcijas, ko izraisa radioaktīvās sabrukšanas a-daļiņas, kosmiskie stari un smago kodolu spontānas vai piespiedu skaldīšanas rezultātā. Māksla. H. avoti ir kodolreaktori, kodolsprādzieni, protonu (sal. enerģiju) un elektronu paātrinātāji ar mērķiem, kas izgatavoti no smagajiem elementiem. Monohromatisko staru avoti H. ar enerģiju 14 MeV ir zemas enerģijas. deuterona paātrinātāji ar tritija vai litija mērķi, un nākotnē CTS kodoltermiskās iekārtas var izrādīties intensīvi šāda H avoti. (cm. .)

Galvenās iezīmes H.

Svars h. t p = 939.5731(27) MeV/c 2 = = 1.008664967(34) plkst. vienības masas 1,675. 10 -24 g Atšķirība starp H un protonu masu tika mērīta no maks. precizitāte no enerģētiskā. H. uztveršanas reakcijas līdzsvars ar protonu: n + p d + g (g-kvantu enerģija = 2,22 MeV), m n- m p = 1,293323 (16) MeV/c 2 .

Elektriskais lādiņš H. J n = 0. Visprecīzākie tiešie mērījumi J n ko veic ar aukstā vai ultraaukstā H staru novirzīšanu elektrostatiskā. lauks: J n<= 3·10 -21 viņa ir elektronu lādiņš). Cosv. elektriskie dati. makroskopiskā neitralitāte. gāzes daudzums dot Qn<= 2 10 -22 e.

Pagrieziet H. Dž= 1/2 tika noteikts tiešos eksperimentos ar staru sadalīšanu H. nehomogēnā magnētiskajā laukā. lauku divās komponentēs [vispārējā gadījumā komponentu skaits ir (2 Dž + 1)].

Konsekventa hadronu uzbūves apraksts, pamatojoties uz mūsdienu. spēcīgas mijiedarbības teorija - kvantu hromodinamika- kamēr sanāk teorētiski. grūtības, tomēr daudziem uzdevumi ir diezgan apmierinoši. Rezultāti sniedz nukleonu, kas attēloti kā elementāri objekti, mijiedarbības aprakstu, izmantojot mezonu apmaiņu. Eksperimentējiet. telpu izpēte. struktūra H. tiek veikta, izmantojot augstas enerģijas leptonu (elektronu, mionu, neitrīno, kas mūsdienu teorijā tiek uzskatīti par punktveida daļiņām) izkliedi uz deuteroniem. Izkliedes devums uz protonu mēra dziļumā. eksperimentēt, un to var atņemt, izmantojot def. aprēķināt. procedūras.

Elastīga un kvazielastīga (ar deuterona šķelšanos) elektronu izkliede uz deuterona ļauj atrast elektriskā blīvuma sadalījumu. lādiņš un magnēts. brīdis H. ( formas faktors H.). Saskaņā ar eksperimentu magnētiskā blīvuma sadalījums. moments H. ar precizitāti vairāku kārtu. procenti sakrīt ar elektriskā blīvuma sadalījumu. protonu lādiņš un tā RMS rādiuss ir ~0,8·10-13 cm (0,8 F). Magn. formas faktoru H. diezgan labi raksturo t.s. dipola f-loy G M n = m n (1 + q 2 /0,71) -2 , kur q 2 ir pārnestā impulsa kvadrāts vienībās (GeV/c) 2 .

Sarežģītāks ir jautājums par elektriskās strāvas lielumu. (lādiņa) formas koeficients H. G E n. No eksperimentiem par deuterona izkliedi var secināt, ka G E n ( q 2 ) <= 0,1 pārnesto impulsu kvadrātu intervālā (0-1) (GeV/c) 2 . Plkst q 2 0 nulles elektriskās strāvas dēļ. uzlādēt H. G E n- > 0, bet eksperimentāli ir iespējams noteikt dG E n ( q 2 )/dq 2 | q 2=0. Šī vērtība ir maks. precīzi atrasts pēc mērījumiem izkliedes garums H. uz smago atomu elektronu apvalka. Galvenā daļu šīs mijiedarbības nosaka magnētiskais. brīdis H. Maks. precīzi eksperimenti dod ne-izkliedes garumu bet ne = -1,378(18) . 10 -16 cm, kas atšķiras no aprēķinātā, ko nosaka magn. brīdis H.: a ne \u003d -1,468. 10 -16 cm. Atšķirība starp šīm vērtībām dod vidējo kvadrātisko elektrisko. rādiuss H.<r 2 E n >= = 0,088(12) Fili dG E n ( q 2)/dq 2 | q 2 \u003d 0 \u003d -0,02 F 2. Šos skaitļus nevar uzskatīt par galīgiem datu sadalīšanas lielās izkliedes dēļ. eksperimenti, kas pārsniedz dotās kļūdas.

H. mijiedarbības iezīme ar lielāko daļu kodolu ir pozitīva. izkliedes garums, kas noved pie koeficienta. refrakcija< 1. Благодаря этому H., падающие из вакуума на границу вещества, могут испытывать полное внутр. отражение. При скорости u < (5-8) м/с (ультрахолодные H.) H. испытывают полное отражение от границы с углеродом, никелем, бериллием и др. при любом угле падения и могут удерживаться в замкнутых объёмах. Это свойство ультрахолодных H. широко используется в экспериментах (напр., для поиска ЭДМ H.) и позволяет реализовать нейтронооптич. устройства (см. neitronu optika).

H. un vāja (electroweak) mijiedarbība. Svarīgs informācijas avots par elektrovāju mijiedarbību ir brīvā H b-sabrukšana. Kvarku līmenī šis process atbilst pārejai. Elektrona un protonu mijiedarbības apgrieztais process, ko sauc. apgrieztā b-sabrukšana. Šajā procesu klasē ietilpst elektroniskā uztveršana, kas notiek kodolos, re - n v e.

Brīvā H. sabrukšana, ņemot vērā kinemātisko. parametrus apraksta divas konstantes – vektors GV, kas ir saistīts ar vektora strāvas saglabāšana universāls vāja mijiedarbības konstante un aksiālais vektors G A, kuras vērtību nosaka nukleona spēcīgi mijiedarbojošo komponentu - kvarku un gluonu - dinamika. Sākotnējā H. un gala protona un pārejas matricas elementa n p viļņu funkcijas izotopa dēļ. invariances tiek aprēķinātas diezgan precīzi. Rezultātā konstantu aprēķins GV Un G A no brīvā H. sabrukšanas (atšķirībā no aprēķiniem no kodolu b-sabrukšanas) nav saistīts ar kodola strukturālo faktoru uzskaiti.

H. dzīves ilgums, neņemot vērā dažus labojumus, ir: t n = Kilograms 2 V+ 3G 2 A) -1 , kur k ietver kinemātiku. faktori un Kulona korekcijas atkarībā no b-sabrukšanas robeženerģijas un radiācijas korekcijas.

Polarizatoru sabrukšanas varbūtība. H. ar spin S , enerģijas un momenta elektronu un antineutrino un R e, parasti apraksta ar izteiksmi:

Koef. korelācijas a, A, B, D var attēlot kā parametra funkciju a = (G A/GV,)exp( i f). Fāze f nav nulle vai p, ja T- nemainība ir salauzta. Tabulā. tiek doti eksperimenti. šo koeficientu vērtības. un iegūtās vērtības a un f.

Pastāv ievērojama atšķirība starp datiem eksperimenti t n , sasniedzot vairākus. procentiem.

Elektrovājas mijiedarbības apraksts, iesaistot H. pie augstākām enerģijām, ir daudz grūtāks, jo ir jāņem vērā nukleonu struktūra. Piemēram, m - uztveršana, m - p n v m ir aprakstīts ar vismaz divreiz lielāku konstantu skaitu. H. piedzīvo arī elektriski vāju mijiedarbību ar citiem hadroniem bez leptonu līdzdalības. Šie procesi ietver sekojošo.

1) Hiperonu sabrukšanas L np 0, S + np +, S - np - uc Samazināta šo sabrukšanas varbūtība vairākos reizes mazāks nekā neparastām daļiņām, ko apraksta, ieviešot Cabibbo leņķi (sk. kabīnes stūris).

2) Vāja mijiedarbība n - n vai n - p, kas izpaužas kā kodolspēki, kas nesaglabā telpas. paritāte.Parasti to izraisīto seku apmērs ir 10 -6 -10 -7 .

H. mijiedarbībai ar vidējiem un smagiem kodoliem ir vairākas pazīmes, kas dažos gadījumos izraisa nozīmīgu pastiprinot efektus paritātes nesaglabāšanās kodolos. Viens no šiem efektiem ir saistīts. starpība starp H. c absorbcijas šķērsgriezumu izplatīšanās virzienā un pret to, kas 139 La kodola gadījumā ir 7% pie \u003d 1,33 eV, atbilst R-viļņu neitronu rezonanse. Pastiprinājuma iemesls ir zemas enerģijas kombinācija. saliktā kodola stāvokļu platums un augstais līmeņu blīvums ar pretēju paritāti šajā savienojuma kodolā, kas nodrošina par 2–3 kārtām lielāku komponentu sajaukšanos ar atšķirīgu paritāti nekā kodolu zemajos stāvokļos. Rezultātā vairāki efekti: g-kvantu emisijas asimetrija attiecībā pret uztverto polarizatoru spinu. H. reakcijā (n, g), lādiņa emisijas asimetrija. daļiņas savienojumu stāvokļu sabrukšanas laikā reakcijā (n, p) vai viegla (vai smaga) skaldīšanas fragmenta emisijas asimetrija reakcijā (n, p) f). Asimetrijām ir vērtība 10 -4 -10 -3 pie siltumenerģijas H. In R- papildus tiek realizēta viļņu neitronu rezonanse. uzlabojums, kas saistīts ar šī savienojuma stāvokļa paritāti saglabājošas sastāvdaļas veidošanās varbūtības samazināšanos (nelielā neitronu platuma dēļ R-rezonanse) attiecībā uz piemaisījuma komponentu ar pretēju paritāti, kas ir s-rezonanse-sams. Tā ir vairāku kombinācija Pastiprināšanas koeficients ļauj izpausties ārkārtīgi vājam efektam ar kodola mijiedarbībai raksturīgu vērtību.

Bariona numuru pārkāpuma mijiedarbība. Teorētiski modeļiem lieliska apvienošanās Un superunions prognozēt barionu nestabilitāti – to sadalīšanos leptonos un mezonos. Šie sabrukumi var būt pamanāmi tikai vieglākajiem barioniem - p un n, kas ir daļa no atomu kodoliem. Mijiedarbībai ar bariona skaitļa izmaiņām par 1, D B= 1, varētu sagaidīt transformāciju H. tips: n e + p - , jeb transformāciju ar dīvainu mezonu emisiju. Šādu procesu meklēšana tika veikta eksperimentos, izmantojot pazemes detektorus ar vairāku masu. tūkstoši tonnu. Pamatojoties uz šiem eksperimentiem, var secināt, ka H. sabrukšanas laiks ar bariona skaitļa pārkāpumu ir vairāk nekā 10 32 gadi.

Dr. iespējamais mijiedarbības veids ar D IN= 2 var novest pie savstarpējās konversijas fenomena H. un antineitroni vakuumā, t.i., līdz svārstībām . Ja nav ārēju laukiem vai ar to mazo vērtību H. un antineitrona stāvokļi ir deģenerēti, jo to masas ir vienādas, tāpēc pat ļoti vāja mijiedarbība var tos sajaukt. Ekst. mazuma kritērijs. lauki ir magnēta mijiedarbības enerģijas mazums. moments H. ar magn. laukam (n un n ~ magnētiskie momenti ir pretēji zīmei), salīdzinot ar laika noteikto enerģiju T novērojumi H. (pēc nenoteiktības attiecības), D<=hT- viens. Novērojot antineitronu veidošanos H. starā no reaktora vai cita avota T ir lidojuma laiks H. uz detektoru. Antineitronu skaits starā palielinās kvadrātiski līdz ar lidojuma laiku: /N n ~ ~ (T/t osc) 2 , kur t osc - svārstību laiks.

Tiešie eksperimenti, lai novērotu augstas plūsmas reaktora auksto H. staru rašanos un veidošanos, dod robežvērtību t osc > 10 7 s. Gaidāmajos eksperimentos mēs varam sagaidīt jutības pieaugumu līdz līmenim t osc ~ 10 9 s. Ierobežojošie apstākļi ir maks. staru intensitāte H. un antineitronu parādību imitācija detektorā kosmich. stariem.

Dr. svārstību novērošanas metode ir antineitronu iznīcināšanas novērošana, kas var veidoties stabilos kodolos. Šajā gadījumā sakarā ar lielo atšķirību kodolā topošā antineitrona mijiedarbības enerģijās no saistīšanas enerģijas H. eff. novērošanas laiks kļūst ~ 10 -22 s, bet lielais novēroto kodolu skaits (~10 32) daļēji kompensē jutības samazināšanos salīdzinājumā ar H staru kūļa eksperimentu. zināma nenoteiktība, atkarībā no neziņas par precīzu mijiedarbības veidu antineitronu kodola iekšpusē, ka t osc > (1-3) . 10 7 lpp. Radības. palielināt t osc robežu šajos eksperimentos traucē telpas mijiedarbības radītais fons. neitrīno ar kodoliem pazemes detektoros.

Jāatzīmē, ka nukleonu sabrukšanas meklēšana ar D B= 1 un -oscilāciju meklēšana ir neatkarīgi eksperimenti, jo tos izraisa būtiski atšķirīgi. mijiedarbības veidi.

Gravitācijas mijiedarbība H. Neitrons ir viens no nedaudzajiem elementārdaļiņas, krītot uz baru gravitakā. Zemes lauku var novērot eksperimentāli. Tiešo mērījumu H. veic ar precizitāti 0,3% un neatšķiras no makroskopiskā. Atbilstības jautājums paliek līdzvērtības princips(inerciālo un gravitācijas masu vienādības) H. un protoniem.

Visprecīzākie eksperimenti tika veikti ar Et-vesh metodi ķermeņiem ar dažādiem sk. attiecību vērtības A/Z, kur BET- plkst. istaba, Z- kodolu lādiņš (elementārā lādiņa vienībās e). No šiem eksperimentiem izriet tāds pats brīvā kritiena paātrinājums H. un protoniem 2·10 -9 līmenī un gravitācijas vienādība. un inerciālā masa ~10 -12 līmenī.

Gravitācija paātrinājumu un palēninājumu plaši izmanto eksperimentos ar ultraaukstu H. Gravitācijas izmantošana refraktometrs aukstam un ultraaukstam H. ļauj ar lielu precizitāti izmērīt koherentās izkliedes H. garumu uz vielas.

H. kosmoloģijā un astrofizikā

Saskaņā ar mūsdienu attēlojumi Karstā Visuma modelī (sk. karstā Visuma teorija) Barionu, tostarp protonu un H., veidošanās notiek Visuma dzīves pirmajās minūtēs. Nākotnē noteiktu H. daļu, kurai nebija laika sabrukt, uztver protoni, veidojot 4 He. Ūdeņraža un 4 He attiecība šajā gadījumā ir 70% līdz 30% no svara. Zvaigžņu veidošanās un to evolūcijas laikā tālāk nukleosintēze līdz dzelzs kodoliem. Smagāku kodolu veidošanās notiek supernovu sprādzienu rezultātā, piedzimstot neitronu zvaigznēm, radot pēctecības iespēju. H. uztveršana ar nuklīdu palīdzību. Tajā pašā laikā kombinācija t.s. s-process - lēna H. uztveršana ar b-samazinājumu starp secīgām uztveršanām un r-process - ātri sekot. uztveršana zvaigžņu sprādzienu laikā. var izskaidrot novēroto elementu pārpilnība kosmosā objektus.

Kosmiskā primārajā komponentā H. stari, iespējams, nav sastopami to nestabilitātes dēļ. H., veidojies netālu no Zemes virsmas, izkliedējot kosmosā. telpa un tur notiekošā sabrukšana, acīmredzot, veicina elektronisko un protonu komponentu veidošanos radiācijas jostas Zeme.

Lit.: Gurevičs I. S., Tarasovs L. V., Zemas enerģijas neitronu fizika, M., 1965; Aleksandrovs J. A.,. Neitrona fundamentālās īpašības, 2. izdevums, M., 1982.

→

Daudziem no skolas laikiem ir labi zināms, ka visa matērija sastāvēja no atomiem. Atomi, savukārt, sastāv no protoniem un neitroniem, kas veido atomu un elektronu kodolu, kas atrodas kādā attālumā no kodola. Daudzi arī dzirdējuši, ka gaisma sastāv arī no daļiņām – fotoniem. Tomēr daļiņu pasaule ar to neaprobežojas. Līdz šim ir zināmas vairāk nekā 400 dažādas elementārdaļiņas. Mēģināsim saprast, kā elementārdaļiņas atšķiras viena no otras.

Ir daudz parametru, pēc kuriem elementārdaļiņas var atšķirt vienu no otras:

• Svars.
• Elektriskais lādiņš.
• Mūžs. Gandrīz visām elementārdaļiņām ir ierobežots kalpošanas laiks, pēc kura tās sadalās.
• Spin. To ļoti aptuveni var uzskatīt par rotācijas momentu.

Vēl daži parametri vai kā tos parasti sauc kvantu skaitļu zinātnē. Šiem parametriem ne vienmēr ir skaidra fiziska nozīme, bet tie ir nepieciešami, lai atšķirtu vienu daļiņu no citas. Visi šie papildu parametri tiek ieviesti kā daži daudzumi, kas tiek saglabāti mijiedarbībā.

Gandrīz visām daļiņām ir masa, izņemot fotonus un neitrīno (saskaņā ar jaunākajiem datiem neitrīno masa ir, bet tik maza, ka to bieži uzskata par nulli). Bez masas daļiņas var pastāvēt tikai kustībā. Visu daļiņu masa ir atšķirīga. Elektronam ir minimālā masa, izņemot neitrīno. Daļiņām, kuras sauc par mezoniem, ir 300–400 reižu lielāka masa nekā elektrona masa, protons un neitrons ir gandrīz 2000 reižu smagāki par elektronu. Daļiņas, kas ir gandrīz 100 reizes smagākas par protonu, jau ir atklātas. Masa (vai tās enerģijas ekvivalents saskaņā ar Einšteina formulu:

saglabājas visās elementārdaļiņu mijiedarbībās.

Ne visām daļiņām ir elektriskais lādiņš, kas nozīmē, ka ne visas daļiņas spēj piedalīties elektromagnētiskajā mijiedarbībā. Visas brīvi esošās daļiņas elektriskais lādiņš elektronu lādiņa daudzkārtējs. Papildus brīvi esošām daļiņām ir arī daļiņas, kas ir tikai saistītā stāvoklī, par tām mēs runāsim nedaudz vēlāk.

Spin, kā arī citi dažādu daļiņu kvantu skaitļi ir atšķirīgi un raksturo to unikalitāti. Daži kvantu skaitļi tiek saglabāti dažās mijiedarbībās, daži citās. Visi šie kvantu skaitļi nosaka, kuras daļiņas ar kurām mijiedarbojas un kā.

Dzīves ilgums ir arī ļoti svarīga daļiņas īpašība, un mēs to apsvērsim sīkāk. Sāksim ar piezīmi. Kā jau teicām raksta sākumā, viss, kas mūs ieskauj, sastāv no atomiem (elektroniem, protoniem un neitroniem) un gaismas (fotoniem). Un kur tad ir simtiem dažāda veida elementārdaļiņu. Atbilde ir vienkārša – visur mums apkārt, bet mēs nepamanām divu iemeslu dēļ.

Pirmais no tiem ir tāds, ka gandrīz visas pārējās daļiņas dzīvo ļoti maz, apmēram 10 līdz mīnus 10 sekundes vai mazāk, un tāpēc neveido tādas struktūras kā atomi, kristāla režģi utt. Otrs iemesls attiecas uz neitrīniem, lai gan šīs daļiņas nesadalās, tās ir pakļautas tikai vājai un gravitācijas mijiedarbībai. Tas nozīmē, ka šīs daļiņas mijiedarbojas tik maz, ka tās ir gandrīz neiespējami atklāt.

Vizualizēsim, kas izsaka, cik labi daļiņa mijiedarbojas. Piemēram, elektronu plūsmu var apturēt ar diezgan plānu tērauda loksni, apmēram dažu milimetru apmērā. Tas notiks tāpēc, ka elektroni nekavējoties sāks mijiedarboties ar tērauda loksnes daļiņām, tie krasi mainīs virzienu, izstaros fotonus un tādējādi diezgan ātri zaudēs enerģiju. Ar neitrīno plūsmu viss nav tā, tie var iziet cauri Zemei gandrīz bez mijiedarbības. Tāpēc tos atrast ir ļoti grūti.

Tātad lielākā daļa daļiņu dzīvo ļoti īsu laiku, pēc tam tās sadalās. Daļiņu sabrukšana ir visizplatītākās reakcijas. Sabrukšanas rezultātā viena daļiņa sadalās vairākās citās mazākas masas daļiņās, un tās, savukārt, sadalās tālāk. Visi sabrukumi pakļaujas noteiktiem noteikumiem - saglabāšanas likumiem. Tā, piemēram, sabrukšanas rezultātā ir jāsaglabā elektriskais lādiņš, masa, spins un vairāki kvantu skaitļi. Daži kvantu skaitļi var mainīties sabrukšanas laikā, bet arī saskaņā ar noteiktiem noteikumiem. Tieši sabrukšanas noteikumi mums saka, ka elektrons un protons ir stabilas daļiņas. Viņi vairs nevar sabrukt, pakļaujoties sabrukšanas noteikumiem, un tāpēc sabrukšanas ķēdes ar tiem beidzas.

Šeit es gribētu teikt dažus vārdus par neitronu. Arī brīvais neitrons aptuveni 15 minūšu laikā sadalās par protonu un elektronu. Tomēr, kad neitrons atrodas atoma kodolā, tas nenotiek. Šo faktu var izskaidrot dažādi. Piemēram, kad atoma kodolā parādās elektrons un papildu protons no sabrukušā neitrona, uzreiz notiek apgrieztā reakcija – viens no protoniem absorbē elektronu un pārvēršas par neitronu. Šo attēlu sauc par dinamisko līdzsvaru. Tas tika novērots Visumā agrīnā attīstības stadijā neilgi pēc lielā sprādziena.

Papildus sabrukšanas reakcijām pastāv arī izkliedes reakcijas - kad divas vai vairākas daļiņas mijiedarbojas vienlaicīgi, un rezultātā rodas viena vai vairākas citas daļiņas. Ir arī absorbcijas reakcijas, kad vienu iegūst no divām vai vairākām daļiņām. Visas reakcijas notiek spēcīgas vājas vai elektromagnētiskas mijiedarbības rezultātā. Reakcijas spēcīgas mijiedarbības dēļ ir visātrākās, šādas reakcijas laiks var sasniegt 10 līdz mīnus 20 sekundes. Reakciju ātrums elektromagnētiskās mijiedarbības dēļ ir mazāks, šeit laiks var būt aptuveni 10 līdz mīnus 8 sekundes. Vājai mijiedarbības reakcijai laiks var sasniegt desmitiem sekunžu un dažreiz pat gadus.

Stāsta par daļiņām beigās parunāsim par kvarkiem. Kvarki ir elementārdaļiņas, kuru elektriskais lādiņš ir daudzkārtējs trešdaļai no elektrona lādiņa un kuras nevar pastāvēt brīvā stāvoklī. Viņu mijiedarbība ir sakārtota tā, ka viņi var dzīvot tikai kā daļa no kaut kā. Piemēram, trīs noteikta veida kvarku kombinācija veido protonu. Cita kombinācija dod neitronu. Pavisam zināmi 6 kvarki. To dažādās kombinācijas dod mums dažādas daļiņas, un, lai gan ne visas kvarku kombinācijas pieļauj fizikālie likumi, ir diezgan daudz daļiņu, kas sastāv no kvarkiem.

Šeit var rasties jautājums, kā protonu var saukt par elementāru, ja tas sastāv no kvarkiem. Ļoti vienkārši - protons ir elementārs, jo to nevar sadalīt tā sastāvdaļās - kvarkos. Visas daļiņas, kas piedalās spēcīgajā mijiedarbībā, sastāv no kvarkiem un tajā pašā laikā ir elementāras.

Izpratne par elementārdaļiņu mijiedarbību ir ļoti svarīga, lai izprastu Visuma uzbūvi. Viss, kas notiek ar makroķermeņiem, ir daļiņu mijiedarbības rezultāts. Tā ir daļiņu mijiedarbība, kas raksturo koku augšanu uz zemes, reakcijas zvaigžņu dziļumos, neitronu zvaigžņu starojumu un daudz ko citu.

Varbūtības un kvantu mehānika

>

Kas ir neitrons? Kāda ir tā struktūra, īpašības un funkcijas? Neitroni ir lielākās daļiņas, kas veido atomus, kas ir celtniecības klucīši viss ir svarīgi.

Atoma struktūra

Neitroni atrodas kodolā - blīvā atoma apgabalā, kas arī ir piepildīts ar protoniem (pozitīvi lādētām daļiņām). Šos divus elementus satur kopā spēks, ko sauc par kodolu. Neitroniem ir neitrāls lādiņš. Protona pozitīvais lādiņš tiek saskaņots ar elektrona negatīvo lādiņu, lai izveidotu neitrālu atomu. Lai gan neitroni kodolā neietekmē atoma lādiņu, tiem piemīt daudzas īpašības, kas ietekmē atomu, tostarp radioaktivitātes līmenis.

Neitroni, izotopi un radioaktivitāte

Daļiņa, kas atrodas atoma kodolā – neitrons ir par 0,2% lielāks par protonu. Kopā tie veido 99,99% no viena un tā paša elementa kopējās masas, un tiem var būt atšķirīgs neitronu skaits. Kad zinātnieki atsaucas uz atomu masu, viņi domā vidējo atomu masu. Piemēram, ogleklim parasti ir 6 neitroni un 6 protoni ar atomu masu 12, bet dažreiz tas notiek ar atomu masu 13 (6 protoni un 7 neitroni). Pastāv arī ogleklis ar atomu skaitu 14, taču tas ir reti sastopams. Tātad, atomu masa oglekļa vidējais rādītājs ir 12,011.

Ja atomos ir atšķirīgs neitronu skaits, tos sauc par izotopiem. Zinātnieki ir atraduši veidus, kā šīs daļiņas pievienot kodolam, lai izveidotu lielus izotopus. Tagad neitronu pievienošana neietekmē atoma lādiņu, jo tiem nav lādiņa. Tomēr tie palielina atoma radioaktivitāti. Tas var izraisīt ļoti nestabilus atomus, kas var izlādēties augsti līmeņi enerģiju.

Kas ir kodols?

Ķīmijā kodols ir pozitīvi lādēts atoma centrs, kas sastāv no protoniem un neitroniem. Vārds "kodols" cēlies no latīņu valodas kodola, kas ir vārda forma, kas nozīmē "rieksts" vai "kodols". Šo terminu 1844. gadā ieviesa Maikls Faradejs, lai aprakstītu atoma centru. Zinātnes, kas saistītas ar kodola izpēti, tā sastāva un īpašību izpēti, sauc kodolfizika un kodolķīmija.

Protonus un neitronus satur kopā spēcīgais kodolspēks. Elektroni tiek piesaistīti kodolam, bet pārvietojas tik ātri, ka to rotācija notiek noteiktā attālumā no atoma centra. Pozitīvais kodola lādiņš nāk no protoniem, bet kas ir neitrons? Tā ir daļiņa, kurai nav elektriskā lādiņa. Gandrīz viss atoma svars atrodas kodolā, jo protoniem un neitroniem ir daudz lielāka masa nekā elektroniem. Protonu skaits atoma kodolā nosaka tā kā elementa identitāti. Neitronu skaits norāda, kurš elementa izotops ir atoms.

Atomu kodola izmērs

Kodols ir daudz mazāks kopējais diametrs atoms, jo elektroni var tikt pārvietoti prom no centra. Ūdeņraža atoms ir 145 000 reižu lielāks par tā kodolu, un urāna atoms ir 23 000 reižu lielāks par tā centru. Ūdeņraža kodols ir mazākais, jo tas sastāv no viena protona.

Protonu un neitronu atrašanās vieta kodolā

Protonus un neitronus parasti attēlo kopā un vienmērīgi sadalītus pa sfērām. Tomēr tas ir faktiskās struktūras vienkāršojums. Katrs nuklons (protons vai neitrons) var aizņemt noteiktu enerģijas līmeni un vietu diapazonu. Lai gan kodols var būt sfērisks, tas var būt arī bumbierveida, lodveida vai diska formas.

Protonu un neitronu kodoli ir barioni, kas sastāv no mazākajiem, ko sauc par kvarkiem. Pievilcības spēkam ir ļoti mazs diapazons, tāpēc protoniem un neitroniem jābūt ļoti tuvu viens otram, lai tie būtu saistīti. Šī spēcīgā pievilcība pārvar lādētu protonu dabisko atgrūšanu.

Protons, neitrons un elektrons

Spēcīgs stimuls tādas zinātnes kā kodolfizikas attīstībai bija neitrona atklāšana (1932). Par to jāpateicas angļu fiziķim, kurš bija Raterforda students. Kas ir neitrons? Šī ir nestabila daļiņa, kas brīvā stāvoklī tikai 15 minūšu laikā spēj sadalīties protonā, elektronā un neitrīno, tā sauktajā bezmasas neitrālajā daļiņā.

Daļiņa savu nosaukumu ieguvusi tāpēc, ka tai nav elektriskā lādiņa, tā ir neitrāla. Neitroni ir ārkārtīgi blīvi. Izolētā stāvoklī viena neitrona masa būs tikai 1,67·10 - 27, un, ja paņemat tējkaroti, kas ir blīvi pildīta ar neitroniem, tad iegūtais vielas gabals svērs miljoniem tonnu.

Protonu skaitu elementa kodolā sauc par atomskaitli. Šis skaitlis katram elementam piešķir savu unikālo identitāti. Dažu elementu atomos, piemēram, oglekļa, protonu skaits kodolos vienmēr ir vienāds, bet neitronu skaits var atšķirties. Atom dotais elements Ar noteiktu neitronu skaitu kodolā sauc par izotopu.

Vai atsevišķi neitroni ir bīstami?

Kas ir neitrons? Šī ir daļiņa, kas kopā ar protonu ir iekļauta Tomēr dažreiz tās var pastāvēt atsevišķi. Kad neitroni atrodas ārpus atomu kodoliem, tie iegūst potenciālu bīstamas īpašības. Kad viņi pārvietojas ar liels ātrums, tie rada letālu starojumu. Tā sauktajām neitronu bumbām, kas pazīstamas ar spēju nogalināt cilvēkus un dzīvniekus, ir minimāla ietekme uz nedzīvām fiziskām struktūrām.

Neitroni ir ļoti svarīga atoma daļa. Šo daļiņu lielais blīvums apvienojumā ar to ātrumu dod tām neparastu iznīcinošu spēku un enerģiju. Rezultātā tie var izmainīt vai pat saplēst atomu kodolus, kas uzbrūk. Lai gan neitronam ir tīrais neitrāls elektriskais lādiņš, tas sastāv no uzlādētiem komponentiem, kas viens otru atceļ attiecībā uz lādiņu.

Neitrons atomā ir niecīga daļiņa. Tāpat kā protoni, tie ir pārāk mazi, lai tos redzētu pat ar elektronu mikroskopu, taču tie ir tur, jo tas ir vienīgais veids, kā izskaidrot atomu uzvedību. Neitroni ir ļoti svarīgi atoma stabilitātei, taču ārpus tā atoma centra tie nevar pastāvēt ilgu laiku un sadalās vidēji tikai 885 sekundēs (apmēram 15 minūtēs).

Vesels materiālā pasaule, saskaņā ar mūsdienu fiziku, ir veidots no trim elementārdaļiņām: protona, neitrona un elektrona. Turklāt, saskaņā ar zinātni, Visumā ir arī citas "elementāras" matērijas daļiņas, kuru daži nosaukumi nepārprotami pārsniedz normu. Tajā pašā laikā šo citu "elementārdaļiņu" funkcija Visuma pastāvēšanā un evolūcijā nav skaidra.

Apsveriet citu elementārdaļiņu interpretāciju:

Vielas elementārdaļiņa ir tikai viena - protons. Visas pārējās "elementārdaļiņas", ieskaitot neitronu un elektronu, ir tikai protona atvasinājumi, un tām ir ļoti pieticīga loma Visuma evolūcijā. Apskatīsim, kā veidojas šādas "elementārdaļiņas".

Mēs sīki izskatījām elementārās vielas daļiņas struktūru rakstā "". Īsumā par elementārdaļiņu:

• Vielas elementārdaļiņai telpā ir iegarena pavediena forma.
• Elementārdaļiņa spēj izstiepties. Stiepšanās procesā vielas blīvums elementārdaļiņās krītas.
• Elementārdaļiņas posmu, kur vielas blīvums samazinās uz pusi, mēs saucām matērijas kvants .
• Kustības procesā elementārdaļiņa nepārtraukti absorbē (salocās, ) enerģiju.
• Enerģijas absorbcijas punkts ( iznīcināšanas punkts ) atrodas elementārdaļiņas kustības vektora galā.
• Precīzāk: uz matērijas aktīvā kvanta gala.
• Absorbējot enerģiju, elementārdaļiņa nepārtraukti palielina kustības uz priekšu ātrumu.
• Vielas elementārdaļiņa ir dipols. Kurā pievilcīgie spēki ir koncentrēti daļiņas priekšējā daļā (kustības virzienā), bet atgrūšanas spēki ir koncentrēti aizmugurē.

Īpašība būt elementāram telpā teorētiski nozīmē iespēju samazināt vielas blīvumu līdz nullei. Un tas savukārt nozīmē tās mehāniskā pārrāvuma iespējamību: elementārās vielas daļiņas plīsuma vietu var attēlot kā tās posmu ar nulles matērijas blīvumu.

Iznīcināšanas (enerģijas absorbcijas) procesā elementārdaļiņa, locīšanas enerģija, nepārtraukti palielina savas translācijas kustības ātrumu telpā.

Galu galā galaktikas evolūcija noved pie matērijas elementārdaļiņām līdz brīdim, kad tās kļūst spējīgas iedarboties viena uz otru. Elementārdaļiņas var nesatikties paralēlos virzienos, kad viena daļiņa lēni un vienmērīgi tuvojas otrai, piemēram, kuģis pie mola. Viņi var satikties telpā un pretējās trajektorijās. Tad smaga sadursme un rezultātā elementārdaļiņas lūzums ir gandrīz neizbēgama. Viņi var nokļūt zem ļoti spēcīga enerģijas perturbācijas viļņa, kas arī noved pie pārrāvuma.

Kas var būt vielas elementārdaļiņas plīsuma rezultātā radušies "gruži"?

Apskatīsim gadījumu, kad ārējas ietekmes rezultātā no matērijas elementārdaļiņām - deitērija atoms - sadalījās protonā un neitronā.

Pāra struktūras plīsums nenotiek to savienojuma vietā -. Viena no divām pāra struktūras elementārdaļiņām saplīst.

Protoni un neitroni atšķiras viens no otra pēc savas struktūras.

• Protons ir nedaudz saīsināta (pēc pārtraukuma) elementārdaļiņa,
• neitrons - struktūra, kas sastāv no vienas pilnvērtīgas elementārdaļiņas un "celma" - pirmās daļiņas priekšējā, gaišā gala.

Pilnvērtīgai elementārdaļiņai ir pilns komplekts - "N" matērijas kvanti savā sastāvā. Protonam ir "N-n" matērijas kvanti. Neitronam ir "N + n" kvanti.

Protona uzvedība ir skaidra. Pat zaudējis matērijas galīgos kvantus, viņš aktīvi turpina enerģiju: viņa jaunā gala kvanta matērijas blīvums vienmēr atbilst iznīcināšanas apstākļiem. Šis jaunais galīgais matērijas kvants kļūst par jaunu iznīcināšanas punktu. Kopumā protons darbojas, kā paredzēts. Protonu īpašības ir labi aprakstītas jebkurā fizikas mācību grāmatā. Tikai tas kļūs nedaudz vieglāks par savu "pilnvērtīgo" līdzinieku - pilnvērtīgu matērijas elementārdaļiņu.

Neitrons uzvedas savādāk. Vispirms apsveriet neitrona struktūru. Tā ir tā struktūra, kas izskaidro tās "dīvainumu".

Būtībā neitrons sastāv no divām daļām. Pirmā daļa ir pilnvērtīga elementāra matērijas daļiņa ar anihilācijas punktu tās priekšgalā. Otrā daļa ir stipri saīsināts, viegls pirmās elementārdaļiņas "celms", kas palicis pēc dubultās struktūras pārrāvuma un ar arī anihilācijas punktu. Šīs divas daļas ir savstarpēji saistītas ar iznīcināšanas punktiem. Tādējādi neitronam ir dubultā anihilācijas punkts.

Domāšanas loģika liecina, ka šīs divas svērtās neirona daļas izturēsies atšķirīgi. Ja pirmā daļa, kas ir pilna svara elementārdaļiņa, kā paredzēts, iznīcinās brīvo enerģiju un pakāpeniski paātrinās Visuma telpā, tad otrā, vieglā daļa sāks iznīcināt brīvo enerģiju ar lielāku ātrumu.

Vielas elementārdaļiņas kustība telpā notiek tāpēc, ka: izkliedējošā enerģija velk daļiņu, kas iekritusi tās plūsmās. Ir skaidrs, ka jo mazāk masīva ir matērijas daļiņa, jo vieglāk enerģijas plūsmām ir vilkt šo daļiņu sev līdzi, jo lielāks ir šīs daļiņas ātrums. Ir skaidrs, ka kas liels daudzums enerģiju vienlaikus saloka aktīvs kvants, jo jaudīgākas ir izkliedējošās enerģijas plūsmas, jo vieglāk šīm plūsmām ir vilkt sev līdzi daļiņu. Mēs iegūstam atkarību: Vielas daļiņas translācijas kustības ātrums telpā ir proporcionāls tās aktīvā kvanta matērijas masai un ir apgriezti proporcionāls vielas daļiņas kopējai masai :

Otrajai, vieglajai neitrona daļai ir masa, kas ir daudzkārt mazāka par pilnas masas elementārdaļiņas masu. Bet to aktīvo kvantu masas ir vienādas. Tas ir: tie iznīcina enerģiju tādā pašā ātrumā. Mēs iegūstam: neitrona otrās daļas translācijas kustības ātrumam būs tendence strauji pieaugt, un tas sāks ātrāk iznīcināt enerģiju. (Lai neradītu neskaidrības, otro, vieglo neitrona daļu sauksim par elektronu).

neitrona rasējums

Strauji pieaugošais enerģijas daudzums, ko vienlaikus iznīcina elektrons, kamēr tas atrodas neitrona sastāvā, noved pie neitrona inerces. Elektrons sāk iznīcināt vairāk enerģijas nekā tā "kaimiņš" - pilnvērtīga elementārdaļiņa. Tas vēl nevar atrauties no kopējā neitronu iznīcināšanas punkta: traucē spēcīgi pievilkšanas spēki. Rezultātā elektrons sāk "ēst" aiz kopējā anihilācijas punkta.

Tajā pašā laikā elektrons sāk pārvietoties attiecībā pret savu partneri un tā kondensāciju bezmaksas enerģija ietilpst sava kaimiņa iznīcināšanas punkta diapazonā. Kas uzreiz sāk "ēst" šo sabiezējumu. Šāda elektrona un pilnvērtīgas daļiņas pārslēgšanās uz "iekšējiem" resursiem - brīvās enerģijas kondensācija aiz iznīcināšanas punkta - noved pie neitrona pievilkšanas un atgrūšanas spēku strauja krituma.

Elektrona atslāņošanās no neitrona vispārējās struktūras notiek brīdī, kad elektrona pārvietojums attiecībā pret pilnas masas elementārdaļiņu kļūst pietiekami liels, spēks, kuram ir tendence saraut divu iznīcināšanas punktu pievilkšanās saites, sāk pārsniegt. šo iznīcināšanas punktu pievilkšanās spēks, un otrā, vieglā neitrona daļa (elektrons) ātri aizlido.

Rezultātā neitrons sadalās divās vienībās: pilnvērtīgā elementārdaļiņā - protonā un vieglā, saīsinātā vielas elementārdaļiņas daļā - elektronā.

Saskaņā ar mūsdienu datiem viena neitrona struktūra pastāv apmēram piecpadsmit minūtes. Pēc tam tas spontāni sadalās protonā un elektronā. Šīs piecpadsmit minūtes ir elektrona pārvietošanās laiks attiecībā pret neitrona kopējo iznīcināšanas punktu un tā cīņa par savu "brīvību".

Apkoposim dažus rezultātus:

• PROTONS ir pilnvērtīga matērijas elementārdaļiņa ar vienu iznīcināšanas punktu jeb smaga elementārdaļiņas daļa, kas paliek pēc gaismas kvantu atdalīšanas no tās.
• NEITRONS ir dubultā struktūra, kurai ir divi iznīcināšanas punkti un kas sastāv no vielas elementārdaļiņas un citas elementāras vielas priekšējās daļas.
• ELEKTRONS - matērijas elementārdaļiņas priekšējā daļa, kurai ir viens anihilācijas punkts, kas sastāv no gaismas kvantiem, kas veidojas matērijas elementārdaļiņas plīsuma rezultātā.
• Zinātnes atzītā "protonu-neitronu" struktūra ir DEITĒRIJA ATOMS, divu elementārdaļiņu struktūra, kurai ir dubults iznīcināšanas punkts.

Elektrons nav neatkarīga elementārdaļiņa, kas griežas ap atoma kodolu.

Elektrons, kā to uzskata zinātne, neatrodas atoma sastāvā.

Un atoma kodols kā tāds dabā neeksistē, tāpat kā nav neitrona neatkarīgas elementārdaļiņas formā.

Gan elektrons, gan neitrons ir divu elementārdaļiņu pāra struktūras atvasinājumi pēc tam, kad tas ārējas ietekmes rezultātā tiek sadalīts divās nevienlīdzīgās daļās. Jebkura ķīmiskā elementa atoma sastāvā protons un neitrons ir standarta pāra struktūra - divas pilnas masas vielas elementārdaļiņas - divi protoni, kurus apvieno anihilācijas punkti.

Mūsdienu fizikā pastāv nesatricināma nostāja, ka protonam un elektronam ir vienādi, bet pretēji elektriskie lādiņi. Domājams, ka šo pretējo lādiņu mijiedarbības rezultātā tie tiek piesaistīti viens otram. Diezgan loģisks skaidrojums. Tas pareizi atspoguļo parādības mehānismu, bet tas ir pilnīgi nepareizi - tā būtību.

Elementārdaļiņām nav ne pozitīvu, ne negatīvu "elektrisko" lādiņu, tāpat kā nav īpašas vielas formas "elektriskā lauka" formā. Šāda "elektrība" ir cilvēka izgudrojums, ko izraisījusi viņa nespēja izskaidrot esošo lietu stāvokli.

"Elektriķi" un elektronu viens otram faktiski rada enerģijas plūsmas, kas vērstas uz to iznīcināšanas punktiem, to kustības uz priekšu rezultātā Visuma telpā. Kad tie nonāk viens otra pievilkšanās spēku darbības zonā. Tas patiešām izskatās kā mijiedarbība, kuras lielums ir vienāds, bet pretēji elektriskie lādiņi.

"līdzīgi elektriskie lādiņi", piemēram: diviem protoniem vai diviem elektroniem arī ir atšķirīgs skaidrojums. Atgrūšana notiek, kad viena no daļiņām nonāk citas daļiņas atgrūdošo spēku darbības zonā - tas ir, enerģijas kondensācijas zonā aiz tās iznīcināšanas punkta. Mēs to apskatījām iepriekšējā rakstā.

Arī mijiedarbībai "protons - antiprotons", "elektrons - pozitrons" ir cits skaidrojums. Ar šādu mijiedarbību mēs saprotam protonu vai elektronu gara mijiedarbību, kad tie virzās uz sadursmes kursu. Šajā gadījumā, pateicoties to mijiedarbībai tikai ar pievilcību (nav atgrūšanas, jo katra no tām atgrūšanas zona atrodas aiz viņiem), rodas viņu cietais kontakts. Rezultātā divu protonu (elektronu) vietā mēs iegūstam pilnīgi atšķirīgas “elementārdaļiņas”, kas patiesībā ir šo divu protonu (elektronu) stingrās mijiedarbības atvasinājumi.

Vielu atomu struktūra. Atomu modelis

Apsveriet atoma struktūru.

Neitrons un elektrons - kā matērijas elementārdaļiņas - neeksistē. Tas ir tas, ko mēs apspriedām iepriekš. Attiecīgi: nav atoma kodola un tā elektronu apvalks. Šī kļūda ir spēcīgs šķērslis turpmākai vielas struktūras izpētei.

Vienīgā matērijas elementārdaļiņa ir tikai protons. Jebkura ķīmiskā elementa atoms sastāv no divu elementārdaļiņu pāru struktūrām (izņemot izotopus, kur pāra struktūrai pievieno vairāk elementārdaļiņu).

Mūsu tālākai argumentācijai ir jāapsver kopīga iznīcināšanas punkta jēdziens.

Vielas elementārdaļiņas mijiedarbojas viena ar otru, izmantojot iznīcināšanas punktus. Šīs mijiedarbības rezultātā veidojas materiālās struktūras: atomi, molekulas, fiziskie ķermeņi... Kam ir kopīgs atomu iznīcināšanas punkts, kopīgs molekulu iznīcināšanas punkts...

VISPĀRĒJS Iznīcināšanas punkts - ir divu atsevišķu elementārdaļiņu iznīcināšanas punktu savienojums pāra struktūras kopīgā anihilācijas punktā vai pāru struktūru kopīgu iznīcināšanas punktu kopīgā ķīmiskā elementa atoma anihilācijas punktā jeb kopējā anihilācijas punktā. atomu punkti ķīmiskie elementi– uz kopējo molekulārās anihilācijas punktu .

Šeit galvenais ir tas, ka matērijas daļiņu savienība darbojas kā pievilcība un atgrūšana kā vienots neatņemams objekts. Galu galā pat jebkuru fizisko ķermeni var attēlot kā kopīgu šī fiziskā ķermeņa iznīcināšanas punktu: šis ķermenis piesaista citus fiziskos ķermeņus kā vienotu, neatņemamu fizisku objektu, kā vienotu iznīcināšanas punktu. Šajā gadījumā mēs iegūstam gravitācijas parādības - pievilkšanos starp fiziskajiem ķermeņiem.

Galaktikas attīstības cikla fāzē, kad pievilkšanās spēki kļūst pietiekami lieli, sākas deitērija atomu apvienošanās citu atomu struktūrās. Ķīmisko elementu atomi veidojas secīgi, palielinoties matērijas elementārdaļiņu translācijas kustības ātrumam (lasi: palielinās galaktikas translācijas kustības ātrums Visuma telpā), piestiprinoties jaunām elementārdaļiņu pāru struktūrām. no vielas līdz deitērija atomam.

Apvienošanās notiek secīgi: katrā jaunā atomā parādās viena jauna matērijas elementārdaļiņu pāra struktūra (retāk viena elementārdaļiņa). Kas dod mums deitērija atomu kombināciju citu atomu struktūrā:

1. Parādās kopīgs atoma iznīcināšanas punkts. Tas nozīmē, ka mūsu atoms mijiedarbosies ar piesaisti un atgrūšanos ar visiem pārējiem atomiem un elementārdaļiņām kā vienota neatņemama struktūra.
2. Parādās atoma telpa, kuras iekšpusē brīvās enerģijas blīvums daudzkārt pārsniegs brīvās enerģijas blīvumu ārpus tās telpas. Ļoti lielam enerģijas blīvumam aiz viena iznīcināšanas punkta atoma telpā vienkārši nebūs laika stipri samazināties: attālumi starp elementārdaļiņām ir pārāk mazi. Vidējais brīvās enerģijas blīvums intraatomiskajā telpā ir daudzkārt lielāks par Visuma telpas brīvās enerģijas blīvuma konstantes vērtību.

Ķīmisko elementu, molekulu atomu konstrukcijā ķīmiskās vielas, fiziskos ķermeņos, izpaužas svarīgākais materiālu daļiņu un ķermeņu mijiedarbības likums:

Intrakodolu, ķīmisko, elektrisko, gravitācijas saišu stiprums ir atkarīgs no attālumiem starp anihilācijas punktiem atoma iekšienē, starp kopīgiem atomu iznīcināšanas punktiem molekulās, starp molekulu kopējiem anihilācijas punktiem fizisko ķermeņu iekšienē, starp fiziskajiem ķermeņiem. Jo mazāks attālums starp kopējiem iznīcināšanas punktiem, jo ​​spēcīgāki pievilcības spēki darbojas starp tiem.

Ir skaidrs ka:

• Ar intranukleārajām saitēm mēs saprotam mijiedarbību starp elementārdaļiņām un starp pāru struktūrām atomos.
• Ar ķīmiskajām saitēm mēs saprotam mijiedarbību starp atomiem molekulu struktūrā.
• Ar elektriskiem savienojumiem mēs saprotam molekulu mijiedarbību fizisko ķermeņu, šķidrumu, gāzu sastāvā.
• Ar gravitācijas saitēm mēs saprotam mijiedarbību starp fiziskiem ķermeņiem.

Otra ķīmiskā elementa - hēlija atoma - veidošanās notiek, galaktikai kosmosā paātrinoties līdz pietiekami lielam ātrumam.Kad divu deitērija atomu pievilcības spēks sasniedz lielu vērtību, tie tuvojas tādā attālumā, kas ļauj tiem apvienoties hēlija atoma četrkāršā struktūra.

Turpmāka galaktikas progresīvās kustības ātruma palielināšanās noved pie nākamo (saskaņā ar periodisko tabulu) ķīmisko elementu atomu veidošanās. Tajā pašā laikā: katra ķīmiskā elementa atomu ģenēze atbilst savam, stingri noteiktajam galaktikas progresīvās kustības ātrumam Visuma telpā. Sauksim viņu ķīmiskā elementa atoma veidošanās standarta ātrums .

Hēlija atoms ir otrais galaktikā pēc ūdeņraža. Tad, palielinoties galaktikas kustības ātrumam uz priekšu, nākamais deitērija atoms izlaužas līdz hēlija atomam. Tas nozīmē, ka galaktikas kustības ātrums uz priekšu ir sasniedzis litija atoma veidošanās standarta ātrumu. Pēc tam tas sasniegs berilija, oglekļa ... un tā tālāk atoma veidošanās standarta ātrumu saskaņā ar periodisko tabulu.

atoma modelis

Iepriekš redzamajā diagrammā mēs varam redzēt, ka:

1. Katrs atoma periods ir pāru struktūru gredzens.
2. Atoma centru vienmēr aizņem hēlija atoma četrkāršā struktūra.
3. Visas viena un tā paša perioda pārī savienotās struktūras atrodas stingri vienā plaknē.
4. Attālumi starp periodiem ir daudz lielāki nekā attālumi starp pāru struktūrām vienā periodā.

Protams, šī ir ļoti vienkāršota shēma, un tā neatspoguļo visas atomu uzbūves realitātes. Piemēram: katra jauna pāra struktūra, kas savienojas ar atomu, izspiež pārējās pāra struktūras tajā periodā, kuram tā ir pievienota.

Mēs iegūstam principu konstruēt periodu gredzena formā ap atoma ģeometrisko centru:

• perioda struktūra ir uzbūvēta vienā plaknē. To veicina visu galaktikas elementārdaļiņu translācijas kustības vispārīgais vektors.
• ap atoma ģeometrisko centru vienādā attālumā ir uzbūvētas viena perioda pāru struktūras.
• atoms, ap kuru tiek veidots jauns periods, uzvedas pret šo jauno periodu kā vienots pilnīga sistēma.

Tātad mēs iegūstam vissvarīgāko ķīmisko elementu atomu uzbūves likumsakarību:

STINGRI NOTEIKTA PĀRU STRUKTŪRU SKAITA LIKUMĪBA: vienlaikus noteiktā attālumā no atoma kopējā anihilācijas punkta ģeometriskā centra var atrasties tikai noteikts skaits vielas elementārdaļiņu pāru struktūru.

Tas ir: periodiskās tabulas otrajā, trešajā periodā - katrs astoņi elementi, ceturtajā, piektajā - astoņpadsmit, sestajā, septītajā - trīsdesmit divi. Pieaugošais atoma diametrs ļauj katrā nākamajā periodā palielināties pārī savienoto struktūru skaitam.

Ir skaidrs, ka šis modelis nosaka periodiskuma principu ķīmisko elementu atomu konstruēšanā, ko atklāja D.I. Mendeļejevs.

Katrs periods ķīmiskā elementa atomā uzvedas attiecībā pret to kā vienota integrāla sistēma. To nosaka lēcieni attālumos starp periodiem: daudz lielāki nekā attālumi starp pāru struktūrām perioda ietvaros.

Atoms ar nepilnu periodu uzrāda ķīmisko aktivitāti saskaņā ar iepriekš minēto likumsakarību. Tā kā pastāv atoma pievilkšanas un atgrūšanas spēku nelīdzsvarotība par labu pievilkšanās spēkiem. Bet, pievienojot pēdējo pāru struktūru, nelīdzsvarotība pazūd, jaunais periods iegūst formu labais aplis- kļūst par vienotu, neatņemamu, pilnīgu sistēmu. Un mēs iegūstam inertas gāzes atomu.

Vissvarīgākais atoma struktūras veidošanas modelis ir: atomam ir plaknes kaskādestruktūra . Kaut kas līdzīgs lustrai.

• viena perioda pāru struktūrām jāatrodas vienā plaknē, kas ir perpendikulāra atoma translācijas kustības vektoram.
• tajā pašā laikā periodiem atomā ir jābūt kaskādei.

Tas izskaidro, kāpēc otrajā un trešajā periodā (kā arī ceturtajā - piektajā, sestajā - septītajā) vienāds skaits pāru struktūru (skat. attēlu zemāk). Šāda atoma struktūra ir elementārdaļiņas pievilkšanas un atgrūšanas spēku sadalījuma sekas: pievilcīgie spēki darbojas daļiņas priekšējā (kustības virzienā) puslodē, atgrūšanas spēki - aizmugurējā puslodē.

Pretējā gadījumā brīvās enerģijas koncentrācijas aiz dažu pāru struktūru anihilācijas punktiem nonāk citu pāru struktūru iznīcināšanas punktu pievilkšanās zonā, un atoms neizbēgami sadalīsies.

Zemāk redzams shematisks argona atoma tilpuma attēls

argona atoma modelis

Zemāk esošajā attēlā mēs varam redzēt “sadaļu”, “skatu no sāniem” no diviem atoma periodiem - otrā un trešā:

Tieši tā pārī savienotajām struktūrām jābūt orientētām attiecībā pret atoma centru periodos ar vienādu pāru struktūru skaitu (otrā - trešā, ceturtā - piektā, sestā - septītā).

Enerģijas daudzums kondensācijā aiz elementārdaļiņas anihilācijas punkta nepārtraukti pieaug. Tas kļūst skaidrs no formulas:

E 1 ~m(C+W)/2

E 2 ~m(C–W)/2

ΔE \u003d E 1 -E 2 \u003d m (C + W) / 2 - m (C - W) / 2

∆E~W×m

kur:

E 1 ir brīvās enerģijas daudzums, ko anihilācijas punkts saritina (absorbē) no kustības priekšējās puslodes.

E 2 ir salocītā (absorbētā) anihilācijas punkta brīvās enerģijas daudzums no kustības aizmugurējās puslodes.

ΔЕ ir starpība starp elementārdaļiņas kustības priekšējās un aizmugurējās puslodes uzripotās (absorbētās) brīvās enerģijas daudzumu.

W ir elementārdaļiņas kustības ātrums.

Šeit mēs redzam nepārtrauktu enerģijas kondensācijas masas pieaugumu aiz kustīgās daļiņas anihilācijas punkta, palielinoties tās kustības ātrumam uz priekšu.

Atoma struktūrā tas izpaudīsies faktā, ka enerģijas blīvums aiz katra nākamā atoma struktūras palielināsies ģeometriskā progresija. Iznīcināšanas punkti tur viens otru ar savu pievilkšanas spēku ar “dzelzs satvērienu”. Tajā pašā laikā pieaugošais atgrūšanas spēks arvien vairāk novirzīs atoma pāru struktūras vienu no otras. Tātad mēs iegūstam plakanu - kaskādes atoma konstrukciju.

Atomam pēc formas vajadzētu atgādināt bļodas formu, kur "apakšā" ir hēlija atoma struktūra. Un bļodas "malas" ir pēdējais periods. "Bļodas līkumu" vietas: otrais - trešais, ceturtais - piektais, sestais - septītais periods. Šie "līkumi" ļauj veidot dažādi periodi ar vienādu skaitu pārī savienotu struktūru

hēlija atoma modelis

Tā ir atoma plakanā kaskādes struktūra un pāru struktūru gredzenveida izkārtojums tajā, kas nosaka periodiskumu un rindu uzbūvi. periodiska sistēma Mendeļejeva ķīmiskie elementi, līdzīgu izpausmju biežums ķīmiskās īpašības atomi vienā periodiskās tabulas rindā.

Atoma plakne - kaskādes struktūra rada vienas atoma telpas izskatu ar augstu brīvās enerģijas blīvumu.

• Visas atoma pāru struktūras ir orientētas atoma centra virzienā (precīzāk: punkta virzienā, kas atrodas uz atoma ģeometriskās ass, atoma kustības virzienā).
• Visi atsevišķie iznīcināšanas punkti atrodas gar periodu gredzeniem atoma iekšpusē.
• Visas atsevišķas brīvās enerģijas kopas atrodas aiz to iznīcināšanas punktiem.

Rezultāts: viena augsta blīvuma brīvās enerģijas koncentrācija, kuras robežas ir atoma robežas. Šīs robežas, kā mēs saprotam, ir to spēku darbības robežas, kas zinātnē pazīstami kā Jukavas spēki.

Atoma plaknes-kaskādes struktūra nodrošina pievilkšanas un atgrūšanas spēku zonu pārdali noteiktā veidā. Mēs jau novērojam pievilkšanas un atgrūšanas spēku zonu pārdali pāra struktūrā:

Pāra struktūras atgrūdošo spēku darbības zona palielinās, pateicoties tās pievilkšanas spēku darbības zonai (salīdzinājumā ar atsevišķām elementārdaļiņām). Pievilcīgo spēku darbības zona attiecīgi samazinās. (Mazinās pievilkšanas spēka darbības zona, bet ne pats spēks). Atoma plakanā kaskādes struktūra dod mums vēl lielāku atoma atgrūdošo spēku darbības zonas pieaugumu.

• Ar katru jaunu periodu atgrūdošo spēku darbības zona mēdz veidot pilnu bumbu.
• Pievilkšanās spēku darbības zona būs arvien mazāka diametra konuss

Jauna atoma perioda konstruēšanā var izsekot vēl vienai likumsakarībai: visas viena perioda pāru struktūras atrodas stingri simetriski attiecībā pret atoma ģeometrisko centru neatkarīgi no pāru struktūru skaita periodā.

Katra jauna pāra struktūra, savienojoties, maina visu pārējo perioda pāru struktūru izvietojumu tā, lai attālumi starp tām periodā vienmēr būtu vienādi. Šie attālumi samazinās, pievienojot nākamo pāru struktūru. Nepabeigts ārējais periodsķīmiskā elementa atoms padara to ķīmiski aktīvu.

Attālumi starp periodiem, kas ir daudz lielāki nekā attālumi starp pāru daļiņām periodā, padara periodus salīdzinoši neatkarīgus vienu no otra.

Katrs atoma periods ir saistīts ar visiem pārējiem periodiem un ar visu atomu kā neatkarīgu veselu struktūru.

Tas nosaka, ka atoma ķīmisko aktivitāti gandrīz 100% nosaka tikai atoma pēdējais periods. Pilnībā piepildītais pēdējais periods dod mums maksimāli piepildīto atoma atgrūdošo spēku zonu. Atoma ķīmiskā aktivitāte ir gandrīz nulle. Atoms, tāpat kā bumba, atgrūž citus atomus no sevis. Mēs šeit redzam gāzi. Un ne tikai gāze, bet arī inerta gāze.

Jaunā perioda pirmās pāru struktūras pievienošana maina šo idillisko ainu. Atgrūšanas un pievilkšanas spēku darbības zonu sadalījums mainās par labu pievilkšanas spēkiem. Atoms kļūst ķīmiski aktīvs. Šis ir atoms sārmu metāls.

Pievienojoties katrai nākamajai pāra struktūrai, mainās atoma pievilkšanas un atgrūšanas spēku sadalījuma zonu līdzsvars: palielinās atgrūdošo spēku zona, samazinās pievilkšanas spēku zona. Un katrs nākamais atoms kļūst nedaudz mazāk metāla un nedaudz vairāk nemetāla.

Atomu plakanā kaskādes forma, pievilkšanas un atgrūšanas spēku darbības zonu pārdale dod mums sekojošo: Ķīmiskā elementa atoms, satiekoties ar citu atomu pat sadursmes ceļā, bez problēmām iekrīt zonā. šī atoma atgrūšanas spēku darbība. Un tas neiznīcina sevi un neiznīcina šo otru atomu.

Tas viss noved pie ievērojama rezultāta: ķīmisko elementu atomi, savstarpēji savienojoties, veido molekulu trīsdimensiju struktūras. Atšķirībā no plakanās - kaskādes atomu struktūras. Molekula ir stabila trīsdimensiju atomu struktūra.

Apsveriet enerģijas plūsmas atomos un molekulās.

Pirmkārt, mēs atzīmējam, ka elementārdaļiņa absorbēs enerģiju ciklos. Tas ir: cikla pirmajā pusē elementārdaļiņa absorbē enerģiju no tuvākās telpas. Šeit veidojas tukšums – telpa bez brīvas enerģijas.

Cikla otrajā pusē: enerģijas no attālākas vides nekavējoties sāks aizpildīt radušos tukšumu. Tas ir, kosmosā būs enerģijas plūsmas, kas vērstas uz iznīcināšanas punktu. Daļiņa saņem pozitīvu translācijas kustības impulsu. BET saistītā enerģija daļiņas iekšpusē sāks pārdalīt savu blīvumu.

Kas mūs te interesē?

Tā kā iznīcināšanas cikls ir sadalīts divās fāzēs: enerģijas absorbcijas fāzē un enerģijas kustības (tukšuma aizpildīšanas) fāzē, tad Vidējais ātrums enerģijas plūsmas iznīcināšanas punkta reģionā samazināsies, rupji runājot, divas reizes.

Un kas ir ārkārtīgi svarīgi:

Atomu, molekulu, fizisko ķermeņu uzbūvē izpaužas ļoti svarīga likumsakarība: visu materiālo struktūru stabilitāti, piemēram: sapārotas struktūras - deitērija atomi, atsevišķi periodi ap atomiem, atomiem, molekulām, fiziskajiem ķermeņiem nodrošina to iznīcināšanas procesu stingra sakārtotība.

Apsveriet šo.

1. Enerģijas plūsmas, ko rada pāra struktūra. Pāra struktūrā elementārdaļiņas sinhroni iznīcina enerģiju. Pretējā gadījumā elementārdaļiņas "apēstu" enerģijas koncentrāciju aiz viena otras iznīcināšanas punkta. Mēs iegūstam skaidrus pāra struktūras viļņu raksturlielumus. Turklāt atgādinām, ka iznīcināšanas procesu cikliskuma dēļ vidējais enerģijas plūsmas ātrums šeit samazinās uz pusi.
2. Enerģija plūst atomā. Princips ir viens: visām viena perioda pārī savienotajām struktūrām enerģija jāiznīcina sinhroni – sinhronos ciklos. Līdzīgi: iznīcināšanas procesi atomā ir jāsinhronizē starp periodiem. Jebkura asinhronija noved pie atoma iznīcināšanas. Šeit sinhronitāte var nedaudz atšķirties. Var pieņemt, ka periodi atomā iznīcina enerģiju secīgi, viens pēc otra, vilnī.
3. Enerģija plūst molekulā, fiziskajā ķermenī. Attālumi starp atomiem molekulas struktūrā ir daudzkārt lielāki nekā attālumi starp periodiem atoma iekšienē. Turklāt molekulai ir lielapjoma struktūra. Tāpat kā jebkuram fiziskam ķermenim, tam ir trīsdimensiju struktūra. Ir skaidrs, ka iznīcināšanas procesu sinhronizācijai šeit ir jābūt konsekventai. Virzīts no perifērijas uz centru vai otrādi: no centra uz perifēriju – skaiti kā gribi.

Sinhronitātes princips dod mums vēl divas likumsakarības:

• Enerģijas plūsmas ātrums atomu, molekulu, fizisko ķermeņu iekšienē ir daudz mazāks par enerģijas kustības ātruma konstanti Visuma telpā. Šis modelis palīdzēs mums izprast (7. rakstā) elektrības procesus.
• Jo lielāku struktūru mēs redzam (secīgi: elementārdaļiņa, atoms, molekula, fiziskais ķermenis), jo lielāku viļņa garumu tās viļņu raksturlielumos mēs novērosim. Tas attiecas arī uz fiziskajiem ķermeņiem: jo lielāka ir fiziskā ķermeņa masa, jo lielāks ir tā viļņa garums.

1. lapa

Neitronu lādiņš ir nulle. Līdz ar to neitroniem nav nozīmes atoma kodola lādiņa lielumā. Hroma sērijas numurs ir vienāds ar to pašu vērtību.

Protonu lādiņš qp e Neitronu lādiņš ir vienāds ar nulli.

Ir viegli redzēt, ka šajā gadījumā neitrona lādiņš ir nulle, bet protona lādiņš ir 1, kā paredzēts. Tiek iegūti visi barioni, kas ietilpst divās ģimenēs - astoņos un desmitniekos. Mezonus veido kvarks un antikvarks. Josla apzīmē antikvarkus; to elektriskais lādiņš pēc zīmes atšķiras no atbilstošā kvarka elektriskā lādiņa. Dīvains kvarks neietilpst pi-mezonā, pi-mezoni, kā jau teicām, ir daļiņas ar dīvainību un spinu, kas vienāds ar nulli.

Tā kā protona lādiņš ir vienāds ar elektrona lādiņu un neitrona lādiņš ir vienāds ar lodi, tad, ja tiek izslēgta spēcīgā mijiedarbība, protona mijiedarbība ar elektromagnētiskais lauks Un tā būs parastā Diraka daļiņas mijiedarbība - Yp / V. Neitronam nebūtu elektromagnētiskas mijiedarbības.

Apzīmējumi: 67 - lādiņa atšķirība starp elektronu un protonu; q ir neitronu lādiņš; qg ir elektronu lādiņa absolūtā vērtība.

Kodols sastāv no pozitīvi lādētām elementārdaļiņām – protoniem un neitroniem, kas nenes lādiņu.

Mūsdienu priekšstatu par matērijas uzbūvi pamatā ir apgalvojums par matērijas atomu esamību, kas sastāv no pozitīvi lādētiem protoniem un bezlādiņiem neitroniem, kas veido pozitīvi lādētu kodolu, un negatīvi lādētiem elektroniem, kas rotē ap kodolu. Elektronu enerģijas līmeņi saskaņā ar šo teoriju pēc būtības ir diskrēti, un papildu enerģijas zudums vai iegūšana ar tiem tiek uzskatīta par pāreju no viena atļautā enerģijas līmeņa uz citu. Tajā pašā laikā enerģijas diskrētais raksturs elektroniskie līmeņi kļūst par cēloni tādai pašai atsevišķai enerģijas absorbcijai vai emisijai, ko veic elektrons, pārejot no viena enerģijas līmeņa uz citu.

Mēs pieņēmām, ka atoma vai molekulas lādiņu pilnībā nosaka skalārā summa q Z (q Nqn, kur Z ir elektronu-protonu pāru skaits, (q qp - qe ir elektrona un protona lādiņu atšķirība , N ir neitronu skaits, un qn ir neitrona lādiņš.

Kodollādiņu nosaka tikai protonu skaits Z, un tā masas skaitlis A sakrīt ar kopējo protonu un neitronu skaitu. Tā kā neitrona lādiņš ir nulle, saskaņā ar Kulona likumu starp diviem neitroniem, kā arī starp protonu un neitronu nav elektriskās mijiedarbības. Tajā pašā laikā starp diviem protoniem darbojas elektrisks atgrūšanas spēks.

Turklāt mērījumu precizitātes robežās nekad nav reģistrēts neviens sadursmes process, kurā netiktu ievērots lādiņa nezūdamības likums. Piemēram, neitronu neelastība viendabīgā elektriskie laukiļauj uzskatīt neitronu lādiņu par nulle ar precizitāti līdz 1 (H7 elektronu lādiņš.

Mēs jau teicām, ka atšķirība starp protona un viena kodola magnetona magnētisko momentu ir pārsteidzošs rezultāts. Vēl pārsteidzošāk (Šķiet, ka neitronam bez lādiņa ir magnētiskais moments.

Ir viegli redzēt, ka šie spēki nav reducēti uz kādu no spēku veidiem, kas aplūkoti iepriekšējās fizikas kursa daļās. Patiešām, ja mēs pieņemam, piemēram, ka starp nukleoniem kodolos ir gravitācijas spēki, tad no zināmajām protonu un neitronu masām ir viegli aprēķināt, ka saistīšanās enerģija uz vienu daļiņu būs niecīga – tā būs 1036 reizes mazāka nekā eksperimentāli novērotā. Pazūd arī pieņēmums par kodolspēku elektrisko raksturu. Patiešām, šajā gadījumā nav iespējams iedomāties stabilu kodolu, kas sastāv no viena uzlādēta protona un bez neitrona lādiņa.

Spēcīgā saite, kas pastāv starp nukleoniem kodolā, norāda uz īpašu, tā saukto kodolspēku klātbūtni atomu kodolos. Ir viegli redzēt, ka šie spēki nav reducēti uz kādu no spēku veidiem, kas aplūkoti iepriekšējās fizikas kursa daļās. Patiešām, ja pieņemam, piemēram, ka gravitācijas spēki darbojas starp nukleoniem kodolos, tad no zināmajām protonu un neitronu masām ir viegli aprēķināt, ka saistīšanās enerģija uz vienu daļiņu būs niecīga – tā būs 1038 reizes mazāka nekā kas novērots eksperimentāli. Pazūd arī pieņēmums par kodolspēku elektrisko raksturu. Patiešām, šajā gadījumā nav iespējams iedomāties stabilu kodolu, kas sastāv no viena uzlādēta protona un bez neitrona lādiņa.