АТОМ ЯДРОСЫ – протондар мен нейтрондардан құралған атомның орталық және ең ауыр бөлігі. Атом ядросының массасы атомның құрамына енген электрондар массасынан жуық шамамен 4·103 есе артық. Ядроның орташа тығыздығы 1014 г/ см3, ал сызықтық өлшемі 10–12–10–13 см. Электр заряды оң және абсолюттік шамасы бейтарап атомның электрондар зарядтарының қосындысына тең.
Атом ядросын 1911 ж. ағылшын физигі Эрнест Резерфорд (1871 – 1937) α-бөлшектерінің заттардан өтуі кезіндегі жан-жаққа шашыратылуын байқатқан тәжірибе негізінде ашқан. Атом бөлшектерінің кейбіреулері заттан өтуі кезінде үлкен бұрышқа ауытқып шашыраған. Осыдан Резерфорд атомның оң заряды өте кіші өлшемді атом ядросында шоғырланған деген болжам жасаған. α-бөлшегі оң зарядты болғандықтан атом ядросының
оң зарядымен жақындасқанда 1911 жылы Эрнст Резерфорд (1871–1937) жүзеге асыр- ған атомның ортасында оң зарядты тығыз құрылым
олар бір-бірінен тебілетіні – ядросы болатынын меңзеген тәжірибесінің сұлбасы.
белгілі. Осы жайт Резерфордтың жоғарыдағыдай тұжырым жасауына себеп болған. Резерфордтың осы тұжырымына дейін 1903 ж. оның отандасы физик Джозеф Джон Томсонның (1856 – 1940) ұсынған моделі бойынша атом оң зарядталған сферадан және бос орындарына электрондар біркелкі орналастырған болатын. Резорфордтың идеясын оның замандастары бірден қабылдамаған. Оның себебі атом ядросының төңірегіндегі орбитамен қозғалатын электрондар- дың үздіксіз түрде электрмагниттік сәуле шығаруы кезінде энергияның шы- ғындалуы болады. Осы қиындықтан құтылу үшін Резерфордтың идеясын мойындату мақсатында дат физигі Нильс Бордың (1885 – 1962) еңбегі зор болды, 1913 ж. ол неміс физигі Макс
Планктің (1858 – 1947) энергияны Уран-235-ті ядросы баяу нейтрондарды (1) кванттау туралы 1900 ж. ұсынған идея- жұтып бөлшектенеді, осыдан энергия бөлініп шығады және бірнеше нейтрон (2) пайда
сын басшылыққа ала отырып, екі пос- болады. Егер осы нейтронның біреуі уран-235тулатқа негізделген атомның сутек- тің ядросымен тағы да соқтығысатын болса, онда тізбекті реакцияның пайда болуына
тік моделін ұсынған. Бор осылайша әкеп соғады; пайда болған нейтрондар өзге атомның кванттық теориясының баста- ядроларға (4) немесе уран-238-дің ядросына жұтылатын болады.
масын тұжырымдаған. Нильс Бордың ұсынған екі болжалы «Бор постулаттары» деген атпен білгілі болды. Осы екі болжал атомның кванттық теориясының бастамасы болды. 1913 ж. Резерфордтың шәкірті – Генри Мозли (1887 – 1915) атом ядросының электр зарядының [электрон (е) зарядының абсолюттік шамасының бірлігімен] элементтердің периодтық жүйесіндегі элементтің реттік нөміріне тең болатынын ғылыми тәжірибе жүзінде дәлелдеген. Мозлидің осы тәжірибесінен кейін атом ядросының болатындығы туралы факт біржолата орныққан.
Атомның ядросы ашылғанға дейінгі кезеңде тек екі қарапайым бөлшек – про- тон мен электрон ғана белгілі болатын. Сол себепті атомның ядросы осы екі бөлшектен құралған деп есептелген-ді. Бірақ ХІХ ғасырдың 20-ж. протондықэлектрондық болжал азоттық апаттық (катострофа) деп аталған қиыншылыққа тап болған: протондық-электрондық болжал бойынша азоттың ядросында 21 бөлшек (14 протон және 7 электрон) болуы қажет болатын, бұлардың әрқайсы- сының спині бүтіннің жартысына, яғ- ни ½-тең. Сондықтан азот ядросының спині бүтіннің жартысына тең болуы керек еді, тәжірибелік мәліметтер (оптикалық молекулалық спектрлер) бойынша әлгі спин 1-ге тең болған). Атом ядросының құрамы 1932 ж. ағылшын физигі Дже-ймс Чэдвиктің (Чедвиктің) (1891 – 1974) нейтронды (спині ½-ге тең) ашқанынан соң анықталды. Атом ядросының протондар мен нейтрондардан құралғаны туралы идеяны 1932 ж. кеңес физигі
Протондар мен нейтрондардан құралған Дмитрий Иваненко (1904 – ?) айтқан атомдардың ядролары әртүрлі радиоактивті болатын. Іле-шала осы идеяны 1932 ж. үш сәуле: гамма-сәуле, электрондар, оң заряд- талған альфа-бөлшектер шығарып біріне бірі
неміс физигі Вернер Гейзенберг (1901 – айнала алады (протондар мен нейтрондар 1976) дамытқан. Осыдан кейін ядроның дөңгелектермен, гамма-сәуле жебелі ирек-ирек сызықпен белгіленген). протондық-нейтрондық құрамы ғылыми тәжірибелермен расталған.
Атом ядросындағы протондар саны (Z) элементтің атомдық нөмірін немесе оның элементтердің периодтық жүйесіндегі орнын анықтайды. Атом ядросындағы нуклондар саны массалық сан (А) деп аталған, протондар саны ядроның зарядына (Z) тең. Атом ядросындағы нейтрондар саны Z. N=А–Z. Қазіргі кезде 104 тұрақты химиялық элемент белгілі екендігін ескерсек, саны 1-ден 104-ке дейін, ал массалық сан (А) 257-ге дейін өзгереді. Протондар саны Z бірдей, ал нуклондар саны А әр түрлі ядролар изотоптар деп аталған. Сол сияқты массалық саны А әр түрлі, нейтрондар саны (N) бірдей, бірақ электр зарядтары әртүрлі атом ядролар изотондар, ал массалық саны бірдей, бірақ электр зарядтары әртүрлі болатын атом ядролары и з о б а р а л а р деп аталған.
Нуклондарды ядрода ұстап тұратын – ядролық күштер. Бұл күштер физикадағы белгілі күштер арасындағы ең қарқындысы болып табылады. Ядродағы екі протон арасындағы әсер ететін ядролық күштер бұлардың арасындағы электрстатикалық өзараәсерлесуден жүз есе қарқынды. Ядролық күштердің изотоптық инварианттылығы, яғни нуклондардың зарядтық күйлеріне тәуелсіздігі ядролық күштердің маңызды қасиеті болып табылады; егер осы бөлшектер жұптарының салыстырмалы қозғалыстарының күйлері мен олардың спиндік күйлері бірдей болса, онда осы екі әсерлесулер бірдей болады. Ядролық күштердің қарқындылығы нуклондар аралығындағы қашықтыққа, олардың спиндерінің орналасу бағдарына, спиндердің орбиталық моменттеріне және бір бөлшектен екінші бөлшекке қарай сызылған радиус-векторға байланысты. Осыған сәйкес ядролық күштер: орталық күштер, спин-спиндік, спин-орбиталық және тензорлық күштерге ажыратылады.
Ядролық күштер белгілі бір әсер ету радиусымен сипатталады, ол нуклон- дардың ядролық өзараәсерлесу кезінде алмасатын π-мезондардың комптондық толқындар ұзындығымен анықталады.
Ядроның өлшемі оның құрамындағы нуклондардың санына тәуелді. Яд- родағы нуклондар санының орташа тығыздығы бүкіл көп нуклонды ядролар (А>10) үшін іс жүзінде бірдей. Ядроның көлемі нуклондар санына (А) пропорционал, ал оның сызықтық өлшемі А1/3-ке пропорционал. Ядроның эффектілі радиусы (R): R = aА1/3, мұндағы a – тұрақты шама ядролық күштер әсерінің радиусына (R) жуықтау және R-дің қандай физикалық құбылыстарда өлшенетіндігіне тәуелді.
Ядролық заттың тығыздығы әдеттегі заттардың тығыздығымен салыстыр- ғанда аса үлкен – жуық шамамен 1014 г/см3. Кейде ядроға бір немесе екі нуклон қосылғанда оның өлшемі ядроның құрылымына байланысты иррегулярлы (ла- тын сөзі: – «дұрыс емес» деген мағына береді) болады. Дербес жағдайда ядроның радиусы екі немесе одан көп нейтрондар қосылғанда ұзармай, керісінше қысқарады.
Ядроны жекелеген нуклондарға ыдырату (бөлу) үшін белгілі бір энергия шығындау қажет, осы энергия – ядроның байланыс энергиясы (ࣟбайл) деп аталған. Байланыс энергия ядро құрамына енетін нуклондардың массаларының қосындылары мен ядро массаларының айырымын жарық жылдамдығының екінші дәрежесінің көбейтіндісіне тең, яғни: ࣟбайл=(Zmp+Nmn–M)c2, мұндағы mp, mn және M – протонның, нейтронның және ядроның массалары. Атом ядросының ерек- шелігі ядроның байланыс энергиясы (ࣟбайл) жуық шамамен ядродағы нуклондар санына пропорционал болады. ࣟбайл/А – меншікті байланыс энергиясы массалық сан (А) өзгерген кезде шамалы ғана өзгереді [меншікті байланыс энергиясы
(ࣟбайл/А) көпшілік ядролар үшін ࣟбайл/А≈6–8 МэВ]. Осы қасиет қаныққан ядролық күш деп аталған.
Атомның ядросы энергиялары бойынша бір-бірінен айырмашылығы болатын белгілі бір дискретті кванттық күйлерде бола алады. Ядролық күйлердің маңызды кванттық сипаттамалары – спин (І) және жұптылық (Р). Спин І (бірлігі бойын- ша) – массалық саны (А) жұп ядро үшін бүтін сан және А тақ болған кезде бүтіннің жартысына тең (атом ядросының спині оны құраушы нуклондардың спиндерінің қосындысына тең).