ბირთვული ფიზიკა

ბირთვული რეაქციები

ერნესტ რეზერფორდი

ბირთვული ფიზიკა — თანამედროვე ფიზიკის ნაწილი, რომელიც შეისწავლის ატომის ბირთვს, ბირთვულ პროცესებსა და ელემენტარულ ნაწილაკებს. ბირთვული ფიზიკა ატომური მრეწველობის მეცნიერების საფუძველია.

ბირთვული ფიზიკა როგორც მეცნიერება, დასაბამს იღებს ფრანგი მეცნიერის ანტუან ბეკერელის მიერ რადიოაქტივობის მოვლენის აღმოჩენიდან (1896), რომლის შედეგადაც დადგინდა ატომის რთული აღნაგობა. ნივთიერებაში გამავალი α-ნაწილაკების ნაკადის გაბნევის შესწავლის საფუძველზე (1911) ინგლისელმა მეცნიერმა ერნესტ რეზერფორდმა აღმოაჩინა ატომის ბირთვი და წამოაყენა ატომის აღნაგობის პლანეტური მოდელი, რომლის თანახმად, ატომი შედგება დადებითად დამუხტული ბირთვისა და მის ირგვლივ მოძრავი ელექტრონებისაგან. შემდეგი მნიშვნელოვანი ნაბიჯი ბირთვული ფიზიკის განვითარებაში არის ჯეიმზ ჩედვიკის მიერ ნეიტრონის აღმოჩენა (1932), რასაც მოჰყვა ჰიპოთეზა იმის შესახებ, რომ ატომის ბირთვი შედგება ნეიტრონებისა და პროტონებისაგან. ამავე წელს ხელოვნურად აჩქარებული ნაწილაკების გამოყენებით პირველად განხორციელდა ბირთვული გარდაქმნა.

თეორიული ბირთვული ფიზიკის განვითარებაში უმნიშვნელოვანესი მიღწევა იყო ბირთვული ძალების მეზონური თეორიის შექმნა, რაც იაპონელი მეცნიერის ჰიდეკი იუკავას დამსახურებაა. ბირთვის გაყოფის მოვლენის აღმოჩენამ (1939) საფუძველი ჩაუყარა თანამედროვე ბირთვულ ენერგეტიკას. ბირთვული ფიზიკის განვითარების თანამედროვე ეტაპი ხასიათდება მძლავრი ამჩქარებლების შექმნით, რაც საშუალებას იძლევა შესწავლილ იქნეს ბირთვული ურთიერთქმედებები დიდი ენერგიის დროს. მიუხედავად იმისა, რომ დაგროვილია დიდი ექსპერიმენტული მასალა, ჯერჯერობით ვერ მოხერხდა ბირთვული ძალების ბუნების დადგენა.

თეორიული ბირთვული ფიზიკა ორი სახის სიძნელეს აწყდება. პირველი დაკავშირებულია იმ გარემოებებთან, რომ ცნობილი არ არის ბირთვის შემადგენელ ნაწილაკებს — ნუკლონებს შორის ურთიერთქმედების დეტალური ხასიათი, ხოლო მეორე იმ ფაქტთან, რომ ბირთვი მრავალი სხეულის სისტემაა, რის გამოც მისი თეორიული აღწერა დიდ მათემატიკურ სიძნელებთანაა დაკავშირებული. ბირთვის სრულყოფილი თეორიის შექმნა ორივე სიძნელის გადალახვას გულისხმობს. XX საუკუნის 60-70-იან წლებში თეორიული ბირთვული ფიზიკის მნიშვნელოვანი მიღწევაა ბირთვის მოდელური აღწერიდან მრავალი სხეულის პრობლემის ამოხსნის ზუსტ მათემატიკურ მეთოდებზე გადასვლა, რაც ბირთვული ძალების ხასიათის დეტალურად დადგენის საშუალებას მოგვცემს.

ბირთვის ზოგადი თვისებები და სტრუქტურა

ბირთვი

ბირთვის მნიშვნელოვანი მახასიათებელი სიდიდეებია: მასა, ელექტრული მუხტი, მასური რიცხვი, ბმის ენერგია, მაქანიკური, მაგნიტური და ელექტრული მომენტები, ეფექტიანი ზომები, აგზნებული ენერგეტიკული დონეების სისტემა. ბირთვული ფიზიკა ბირთვის თვისებებისა და სტრუქტურის თეორიული აღწერისათვის ფართოდ იყენებს სხვადასხვა ბირთვულ მოდელებს.

ბირთვული რეაქციები და ძალები

ბირთვული ძალების დამაკმაყოფილებელი თეორია ჯერ არაა შექმნილი. ფართოდაა გავრცელებული ბირთვული ძალების პრობლემისადმი ფენომენოლოგიური მიდგომა, რაც ნუკლონებს შორის ურთიერთქმედების ისეთი თვისებების შესწავლას ეყრდნობა, რომლებიც მეზონური თეორიის გამოყენების გარეშე უშუალოდ გამომდინარეობს ექსპერიმენტულ ფაქტებიდან. ბირთვული ძალების ბუნების შესახებ ცნობებს იძლევა სხვადასხვა ენერგიის ნეიტრონებისა და პროტონების პროტონებით გაბნევის ცდები, აგრეთვე დეიტრონისა და სხვა უფრო რთული ბირთვების თვისებების შესწავლა. ბუნებრივი და ხელოვნური რადიოაქტივობა α-ნაწილაკების, β-ნაწილაკების, γ-კვანტების ამოფრქვევით, აგრეთვე მძიმე ბირთვების სპონტანური გაყოფა. ბირთვული ფიზიკის მნიშვნელოვანი ამოცანაა ბირთვის სხვადასხვა ტიპის გამოსხივების შესწავლა. ბირთვული რეაქციები, ბირთვების გარდაქმნები, რომლებიც მიმდინარეობს მათი ერთმანეთთან ან ელემენტარულ ნაწილაკებთან ურთიერთქმედების შედეგად. აღსანიშნავია დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობის მქონე რეაქციები, როგორიცაა: ნელი და სწრაფი ნეიტრონებით გამოწვეული ბირთვების გაყოფის რეაქცია, მსუბუქი ბირთვების შეერთების მოვლენა, რომელიც საფუძვლად უდევს თერმობირთვულ რეაქციებს. ბუნებაში არარსებული ელემენტების სითეზისათვის დიდი მნიშვნელობა აქვს მრავალმუხტიანი იონების აჩქარებას და მძიმე ბირთვებთან მათი ურთიერთქმედების შედეგად მიმდინარე რეაქციებს.

ელემენტარული ნაწილაკები

ბირთვული ფიზიკის ეს ნაწილი შეისწავლის ელემენტარულ ნაწილაკებს — ელექტრონის, პოზიტრონის, მეზონების, ნუკლონების, ანტინუკლონების, ჰიპერონების, მეზონური და ბარიონული რეზონანსების თვისებებს, მათი წარმოქმნისა და ურთიერთქმედების პროცესებს. განსაკუთრებით დიდი მნიშვნელობა ენიჭება მაღალი ენერგიების ფიზიკას, რომლის შესწავლის საგანია კოსმოსურ სხივებში მიმდინარე პროცესები და დამუხტული ნაწილაკების მძლავრ ამჩქარებელში მიმდინარე მოვლენები.

ნეიტრონული ფიზიკა

ნეიტრონი

ნეიტრონული ფიზიკა იკვლევს ნეიტრონის თვისებებს, ბირთვების მიერ ნეიტრონების ჩაჭერისა და გაბნევის მოვლენებს, სხვადასხვა ნივთიერებაში ნეიტრონების შენელებისა და დიფუზიის პროცესებს. ნეიტრონული ფიზიკა ბირთვული რეაქტორების აგების მეცნიერული საფუძველია. ბირთვული ფიზიკის ამ დარგთან მჭიდროდაა დაკავშირებული მეცნიერული და ტექნიკური სხვა დარგებიც: მყარი სხეულების ფიზიკა, მასალათმცოდნეობა, მეტალურგია და სხვა.

ბირთვული ფიზიკის ექსპერიმენტული მეთოდები

ბირთვული ფიზიკის ამ ნაწილში მნიშვნელოვანი ადგილი უჭირავს დამუხტული ნაწილაკების ამჩქარებლებს და კვლევითს ბირთვულ რეაქტორებს. რეაქტორები რადიოაქტიური იზოტოპების დიდი რაოდენობით მიღების საშუალებას იძლევა. ბირთვული ფიზიკის ექსპერიმენტული მეთოდიკის ამოცანაა აგრეთვე ელემენტარული ნაწილაკების აღმოჩენისა და რეგისტრაციისათვის განკუთვნილი ხელსაწყოების შექმნა, რაშიც დიდ როლს ასრულებს ელექტრონიკა და იმპულსური რადიოტექნიკა. ასეთი ხელსაწყოებია: საიონიზაციო კამერა, ვილსონის კამერა, ბუშტოვანი კამერა, დამუხტული ნაწილაკების სხვადასხვა ტიპის მთვლელები და სხვა . ქართველ მეცნიერთა ჯგუფმა შექმნა ნაპერწკლოვანი კამერის ახალი სრულყოფილი ვარიანტი, რომელმაც დიდი გამოყენება პოვა სხვადასხვა ქვეყნის მეცნიერთა მიერ ჩატარებულ ბირთვულ გამოკვლევებში.

დოზიმეტრია

დოზიმეტრია ბირთვული ტექნიკის ნაწილია, რომელიც წარმოიშვა ატომური ენერგიის სწრაფი განვითარების შედეგად. მისი ერთ-ერთი ამოცანაა ბირთვული ფიზიკის გამოყენებით დარგებში მომუშავე პერსონალის დაცვა მავნე გამოსხივებისაგან. ბირთვულმა ფიზიკამ ფართო გამოყენება პოვა ბირთვულ ენერგეტიკასა და ბირთვულ ტექნიკაში, სამხედრო საქმეში (ატომური და წყალბადის ბომბები). რადიოაქტიურ იზოტოპებს იყენებენ სხვადასხვა პროცესის შესწავლისათვის მეცნიერულ და ტექნიკურ ისეთ დარგებში, როგორიცაა: ფიზიკა, ქიმია, მეტალურგია, ბიოლოგია, სასოფლო-სამეურნეო მეცნიერებანი, მედიცინა და სხვა.

ლიტერატურა

• ქართული საბჭოთა ენციკლოპედია, ტ. 2, თბ., 1977. — გვ. 404-405.