Ядролық күштер

Әлемдегі іргелі әрекеттесу күштерінің екі түрі  гравитациялық  және  электромагниттік күштері  бар. Атом ядросындағы аттас оң зарядталған  протондардың арасында қуатты электростатикалық тебіліс күші бар екені белгілі. Ауыр элементтердің ядроларында, мысалы,  уранда 92 протон бар, олардың бір-бірімен тебілу күші бірнеше мыңдаған ньютонға жетеді. Массаларына байланысты протондар мен нейтрондарды ұстап тұрған гравитациялық күш шығар деген пайымдау жасауға болар еді. Алайда, жүргізілген есептеулер, ядродағы екі протонның арасындағы гравитациялық тартылыс күші, олардың арасындағы электростатикалық кулондық тебіліс күшінен кіші екенін көрсетті: F_γ/F_эл = 10^-36.

Атом ядроларының тұрақтылығы ядролардың ішінде осы күнге дейін белгілі күштерден табиғаты мүлдем ерекше аса зор тартылыс күшінің бар екенін дәлелдейді.

Ядродағы нуклондарды ыдырап кетуден сақтап, оның берік байланысын қамтамасыз ететін күштер ядролық күштер деп аталады.

Қазіргі кезде тәжірибелер негізінде ядролық күштердің  қасиеттері жақсы зерттелген. Олардың ішіндегі ең маңыздыларына назар аударайық.

• 1. Мысалы, протонның  центрінен r = 10^-15 м қашықтықта ядролық күштер  кулондық күштен 35 есе, ал гравитациялық күштен 1038 есе қуатты болады. Сол себепті ядролық күштер күшті әрекеттесу деп аталатын әлемдегі өзгеше іргелі өзара әрекеттесу күштері болып табылады.

• 2. Ядролық күштер қысқа қашықтықта ғана әрекет ететін күштер. Арақашықтықтың артуына байланысты ядролық күштер  өте шапшаң кемиді. Әрекет ету аймағының шегі r > 3 · 10^-15 м-ден үлкен жағдайда ядролық күштің әрекетін ескермесе де болады. Нуклондардың арасындағы тартылыс күшінің ең үлкен мәні r=1,41 · 10^-15 м қашықтықта байқалады. Ал қашықтық r < 0,5 · 10^-15 м болғанда, нуклондардың арасында ғаламат тебіліс күші пайда болады. Сонымен, ядролық күштер тартылыс күштері болып табылады.

• 3. Тәжірибелерден протон-нейтрон, нейтрон-нейтрон және протон-протон  жұптарының арасындағы ядролық тартылыс күштері барлық жағдайда да бірдей болатыны анықталды. Олай болса, ядролық күштер  нуклондардың электр зарядының бар-жоғына тәуелсіз әрекет етеді.

• 4. Ядролық күштердің қаныққыштық қасиеті бар, ол нуклонның  ядродағы барлық нуклондармен емес, тек өзіне жақын көршілерімен ғана әрекеттесетінін көрсетеді

• 5. Ядролық күштер  кулондық сияқты центрлік күштер қатарына жатпайды. Ядролық күштер немесе күшті әсерлесу атом ядросындағы ең үлкен қарқынмен өтетін құбылыстарды басқаратын күштер. Олар элементар деп аталатын бөлшектер арасында күшті байланысты туғызады. Тек күшті әрекеттесу ғана атом ядросындағы  протондар мен нейтрондарды біріктіріп, берік ұстап тұр. Жердегі барлық заттардың ядроларының тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Ядролық әрекеттесу күштерінің осы және басқа қасиеттерін түсіндіру үшін оның теориясы қажет. Ядролық әрекеттесудің күрделілігінен осы кезге дейін ядролық күштердің  тиянақты теориясы жасалмаған.

Нуклондардың ядродағы байланыс энергиясы

Ядроның заряды оның құрамына кіретін протондар зарядтарының қосындысына тең екені өлшеулер арқылы анықталған.

• Ядро да нейтрал атомның символымен белгіленеді:

мұндағы - химиялық элементтің символы;-атомдық нөмір (ядродағы протондар саны);- массалық (ядродағы нуклондар саны));- ядродағы нейтрондар саныайырымына тең болады.

• Ядроның массасының ахауы:

мүндағы - зарядтық сан (ядродағы протондар саны);- массалық сан (ядродағы нуклондар саны);- ядродағы нейтрондар саны;- нейтронның массасы;- протонның массасы;ядроның массасы.

• Ядроның байланыс энергиясы:

мұндағы - ядроның массасының ахауы;- вакуумдегі жарық жылдамдығы.

Жүйеден тыс бірліктерде ядроның байланыс энергиясы болады, мұндағы- массаның ахауы, м.а.б.-мен (1м.а.б.931 МэВ).Меншікті байланыс энергиясы максимал болатын элементтердің ядролары ең тұрақты ядролар болып келеді. Енді массалық сан А артқанымен меншікті байланыс энергиясы кеми береді.

Жеңіл элементтердің меншікті байланыс энергиясының кемуі беттік құбылыстармен байланысты. Ядроның бетіне жақын орналасқан нуклондардың ядроның ішіндегі нуклондарға қарағанда өзара әрекеттесетін көршілерінің саны азырақ болады. Өйткені ядролық күштер қысқа қашықтықта ғана әрекет етеді. Сондықтан ядроның ішіндегі нуклондармен салыстырғанда ядроның бетіндегі нуклондардың байланыс энергиясы аз. Ядро кіші болған сайын, нуклондардың көпшілігі ядро бетіне жақын орналасады. Сол себепті жеңіл ядролардың меншікті байланыс энергиясы аз.