Atom yadrosi — atomning markaziy qismi bo‘lib, unda atomning asosiy massasi (99,9 % dan ortig‘i) jamlangan. Yadro musbat zaryadlangan bo‘lib, uning zaryadi atom qaysi kimyoviy elementga mansubligini belgilaydi. Turli atomlar yadrolarining o‘lchami bir necha femtometrni tashkil etadi, bu atomning o‘z o‘lchamidan 10 ming martadan ham kichikdir. Atom yadrolarini yadro fizikasi o‘rganadi.

Atom yadrosi nuklonlardan — musbat zaryadlangan protonlar va elektr jihatdan neytral neytronlardan tashkil topgan bo‘lib, ular o‘zaro kuchli o‘zaro ta’sir orqali bog‘langan. Proton va neytronning har biri o‘z xususiy harakat miqdori momentiga (spinga) ega bo‘lib, u ${\displaystyle \hslash /2=h/4\pi }$ ga teng, shuningdek, unga bog‘liq magnit momentga ham ega. Yadrosida neytron bo‘lmagan yagona barqaror atom — yengil vodorod (protiy).

Proton va neytronlarining muayyan soniga ega zarralar sinfi sifatida qaraladigan atom yadrosi nuklid deb ataladi.

Ayrim kam uchraydigan hollarda qisqa umrli ekzotik atomlar hosil bo‘lishi mumkin. Ularda yadro vazifasini nuklon o‘rniga boshqa zarralar bajaradi.

Yadrodagi protonlar soni uning zaryad soni ${\displaystyle Z}$ — atom mansub bo‘lgan elementningdavriy jadvaldagi tartib raqamiga teng. Bu elementlar davriy jadvalini Mendeleyevyaratgan. Yadrodagi protonlar soni neytral atomning elektron qobig‘i tuzilishini va shu tariqa tegishli elementning kimyoviy xossalarini belgilaydi. Yadrodagi neytronlar soni uning izotop soni ${\displaystyle N}$^{[2643 kundan beri manba ko‘rsatilmagan (muhokama)]} deb ataladi. Protonlar soni bir xil, neytronlar soni esa turlicha bo‘lgan yadrolar izotoplar deyiladi. Neytronlar soni bir xil, protonlar soni turlicha bo‘lgan yadrolar esa izotonlar deyiladi. Izotop va izoton atamalari bunday yadrolarga ega atomlarga nisbatan hamda bir kimyoviy elementning kimyoviy bo‘lmagan turlarini tavsiflash uchun ham ishlatiladi. Yadrodagi nuklonlarning umumiy soni uning massa soni ${\displaystyle A}$ (${\displaystyle A=N+Z}$) deb ataladi va u Mendeleyev jadvalida ko‘rsatilgan atomning o‘rtacha massasiga taxminan teng. Massa soni bir xil, ammo proton va neytron tarkibi turlicha bo‘lgan nuklidlar izobarlar.

Har qanday kvant tizimi singari, yadrolar ham metastabil qo‘zg‘algan holatda bo‘lishi mumkin. Ayrim hollarda bunday holatning yashash vaqti yillar bilan o‘lchanadi. Yadrolarning bunday qo‘zg‘algan holatlari yadro izomerlari deb ataladi.

Aynan 1911-yilda Rezerford «α- va β-nurlarning sochilishi va atomning tuzilishi» mavzusidagi ma’ruzasini Manchester falsafa jamiyatida o‘qib, quyidagilarni aytdi:

Agar atom bir nuqtada jamlangan markaziy elektr zaryadidan iborat bo‘lib, uning atrofi shu miqdordagi qarama-qarshi elektr zaryadining bir jinsli sferik taqsimoti bilan o‘ralgan deb faraz qilinsa, zaryadlangan zarralarning sochilishini tushuntirish mumkin. Atom shunday tuzilgan bo‘lsa, α- va β-zarralar atom markaziga yaqin masofadan o‘tganda katta og‘ishlarga uchraydi, garchi bunday og‘ish ehtimoli kichik bo‘lsa ham.

Shu tariqa Rezerford atom yadrosini kashf etdi. Aynan shu paytdan atom yadrolarining tuzilishi va xossalarini o‘rganuvchi yadro fizikasi fanining tarixi boshlanadi.

Elementlarning barqaror izotoplari aniqlangach, eng yengil atomning yadrosi barcha yadrolarning tarkibiy zarrasi deb qarala boshlandi. 1920-yildan boshlab vodorod atomi yadrosi rasman protondeb ataladi. 1921-yilda Liza Meytner ilk proton-elektronli atom yadrosi tuzilishi modelinitaklif etdi. Unga ko‘ra, yadro protonlar, elektronlar va alfa-zarralardan tashkil topgan^:96edi. Biroq 1929-yilda «azot falokati» deb atalgan muammo yuzaga keldi: V. Gaytler va G. Gersberg shuni aniqladilarki, azot atomining yadrosi Boze — Eynshteyn statistikasiga bo‘ysunadi, ammo Fermi — Dirak statistikasiga emas. Proton-elektron modeli esa aynan shuni bashorat qilgan edi^:374. Shunday qilib, bu model yadrolarning spinlari va magnit momentlarini o‘lchashga oid tajribaviy natijalarga zid keldi. 1932-yilda Jeyms Chedvik elektr jihatdan neytral bo‘lgan yangi zarrani kashf etdi. Bu zarra neytrondeb ataldi. O‘sha yili Ivanenko va uning ishiga tayanib, Geyzenberg yadroning proton-neytronli tuzilishi haqidagi farazni ilgari surdilar. Keyinchalik yadro fizikasi va uning amaliy qo‘llanilishi rivojlangach, bu faraz to‘liq tasdiqlandi.

Zaryad soni ${\displaystyle Z}$ orqali kimyoviy elementto‘liq aniqlanadi. ${\displaystyle Z}$ va ${\displaystyle A}$ (massa soni) sonlari juftligi orqali nuklidnito‘liq aniqlaydi. Zaryad va massa sonlari berilgan nuklidlarning ayrim yadro-fizik tavsiflarini ko‘rib chiqamiz.

Bog‘lanish energiyasi

Asosiy maqola: Massa defekti

Shuningdek qarang: Yadroning tomchi modeli

Yadro tarkibidagi nuklonlarning katta bog‘lanish energiyasi shuni ko‘rsatadiki, yadro kuchlarimavjud. Chunki ma’lum gravitatsiya kuchlari yadrodagi protonlarning o‘zaro elektrostatik itarilishini yengish uchun nihoyatda zaif. Nuklonlar o‘rtasidagi bog‘lanish yadroda nuklonlar o‘zaro pi-mezonlardeb ataladigan zarralarni uzluksiz almashishi natijasida yuzaga keladigan juda qisqa masofali kuchlar orqali ta’minlanadi.

Tajribalarda barcha barqaror yadrolarning massasi ularni tashkil etuvchi alohida nuklonlar massalari yig‘indisidan kichik ekani aniqlangan. Bu farq massa defekti yoki ortiqcha massa deb ataladi va quyidagi munosabat bilan aniqlanadi:

${\displaystyle \mathrm{\Delta }M(Z,A)=Z{m}_p+(A-Z)m_n-M(Z,A)}$,

bu yerda ${\displaystyle m_p}$ va ${\displaystyle m_n}$ — erkin proton va neytronning massalari, ${\displaystyle M(Z,A)}$ — yadroning massasi.

Fizikadagi massa va energiyaning ekvivalentligi tamoyiliga ko‘ra, massa defekti yadroni hosil qilishda barcha nuklonlarni birlashtirish uchun yadro kuchlari bajargan ishgaekvivalent massadir. Bu kattalik nuklonlarning yadroga birlashishi natijasidagi potensial energiyasi o‘zgarishiga teng.

Massa defektiga ekvivalent energiya yadroning bog‘lanish energiyasi deb ataladi va quyidagiga teng:

${\displaystyle E_c=(Z{m}_p+(A-Z)m_n-M(Z,A))c^2}$,

bu yerda ${\displaystyle c}$ — vakuumdagi yorug‘lik tezligi.

Yadroning yana bir muhim ko‘rsatkichi — uning har bir nukloniga to‘g‘ri keladigan bog‘lanish energiyasi. Uni yadroning bog‘lanish energiyasini undagi nuklonlar soniga bo‘lish orqali hisoblash mumkin:

${\displaystyle \epsilon =\frac{E_c}{A}}$

Bu kattalik yadrodan bitta nuklonni ajratib olish uchun sarflanishi kerak bo‘lgan o‘rtacha energiyani yoki yadro erkin proton yoxud neytronni yutganda bog‘lanish energiyasining o‘rtacha o‘zgarishini ifodalaydi.

Izohlovchi rasmdan ko‘rinadiki, massa sonining kichik qiymatlarida yadrolarning bir nuklonga to‘g‘ri keladigan bog‘lanish energiyasi tez ortadi va ${\displaystyle A\approx 50÷60}$ da maksimumga (taxminan 8,8 MeV) yetadi. Bunday massa soniga ega nuklidlar eng barqaror hisoblanadi. Keyinchalik ${\displaystyle A}$ ortgani sari o‘rtacha bog‘lanish energiyasi kamayadi, ammo massa sonlarining keng oralig‘ida energiya qiymati deyarli o‘zgarmaydi (${\displaystyle ϵ\approx 8}$ MeV). Bundan quyidagini yozish mumkin: ${\displaystyle E_c\approx ϵA}$.

O‘rtacha bog‘lanish energiyasining bunday o‘zgarishi yadro kuchlarining to‘yinish xossasiga, ya’ni nuklonning faqat oz sonli «sheriklar» bilan o‘zaro ta’sirlasha olishiga ishora qiladi. Agar yadro kuchlari to‘yinish xossasiga ega bo‘lmaganida, yadro kuchlari ta’sir radiusi doirasida har bir nuklon qolgan barcha nuklonlar bilan ta’sirlashgan bo‘lardi. Natijada o‘zaro ta’sir energiyasi ${\displaystyle A(A-1)}$ga proporsional bo‘lar, bir nuklonning o‘rtacha bog‘lanish energiyasi esa turli yadrolarda doimiy qolmay, massa soni ${\displaystyle A}$.

ortishi bilan o‘sib borardi. Bog‘lanish energiyasining massa soniga umumiy bog‘liqligi Vaytsekker formulasi yordamida yadroning tomchi modeli nazariyasi doirasida tavsiflanadi.

Massa soni 50-60 dan katta yoki kichik nuklidlarda o‘rtacha bog‘lanish energiyasining kamayishidan kelib chiqadiki, massa soni kichik yadrolar uchun ${\displaystyle A}$ qo‘shilish jarayoni — termoyadro sintezienergetik jihatdan foydali bo‘lib, massa soni ortishiga olib keladi, massa soni katta yadrolar uchun esa ${\displaystyle A}$ — bo‘linish jarayonifoydalidir. Hozirgi paytda energiya ajralishi bilan kechadigan bu jarayonlarning ikkalasi ham amalga oshirilgan. Ikkinchisi zamonaviy yadro energetikasiningasosini tashkil qiladi, birinchisi esa ishlab chiqish bosqichida.

Batafsil tadqiqotlar yadrolarning barqarorligi ${\displaystyle N/Z}$ parametriga, ya’ni neytronlar sonining protonlar soniga nisbatiga ham sezilarli darajada bog‘liqligini ko‘rsatdi. Eng barqaror yadrolar uchun o‘rtacha ${\displaystyle N/Z\approx 1+0.015A^{2/3}}$bo‘ladi. Shuning uchun yengil nuklidlarning yadrolari ${\displaystyle N\approx Z}$bo‘lganda eng barqaror hisoblanadi. Massa soni ortgani sari protonlar orasidagi elektrostatik itarilish tobora kuchayadi va barqarorlik sohasi ${\displaystyle N>Z}$(tomonga siljiydi (izohlovchi rasmga qarang).).

Tabiatda uchraydigan barqaror nuklidlar jadvali ko‘rib chiqilsa, ularning ${\displaystyle Z}$ va ${\displaystyle N}$qiymatlarining juft yoki toqligiga ko‘ra taqsimlanishiga e’tibor berish mumkin. Bu kattaliklarning barchasi toq bo‘lgan yadrolar yengil nuklidlarga mansub ${\displaystyle {}_1^2\text{H}}$, ${\displaystyle {}_3^6\text{Li}}$, ${\displaystyle {}_5^{10}\text{B}}$, ${\displaystyle {}_7^{14}\text{N}}$bo‘ladi. Izobarlar orasida A toq bo‘lganda, odatda, faqat bittasi barqaror bo‘ladi. Biroq ${\displaystyle A}$ juft bo‘lganda ko‘pincha ikki, uch va undan ortiq barqaror izobar uchraydi. Demak, eng barqaror yadrolar — protonlari ham, neytronlari ham juft bo‘lganlar, eng beqarorlari esa ikkalasi ham toq bo‘lganlardir. Bu hodisa neytronlar va protonlarning antiparallel spinlijuftlar hosil qilishga moyilligini ko‘rsatadi va yuqorida tavsiflangan bog‘lanish energiyasining ${\displaystyle A}$.

Shunday qilib, protonlar yoki neytronlar sonining juftligi ma’lum barqarorlik zaxirasini yaratadi. Bu izotoplarda neytronlar soni, izotonlarda esa protonlar soni bilan farqlanadigan bir nechta barqaror nuklid mavjud bo‘lishiga imkon beradi. Shuningdek, og‘ir yadrolar tarkibidagi neytronlar sonining juftligi ularning neytronlar ta’sirida bo‘linish qobiliyatini belgilaydi.

Yadro kuchlari — nuklonlarni yadroda ushlab turuvchi, faqat juda qisqa masofalarda ta’sir qiladigan kuchli tortishish kuchlaridir. Ular to‘yinish xossasiga ega, shu sababli yadro kuchlari almashinuv xarakteriga ega deb hisoblanadi ( pi-mezonlarvositasida). Yadro kuchlari spinga bog‘liq, elektr zaryadiga bog‘liq emas va markaziy kuchlar hisoblanmaydi.

Energiyasi istalgan qiymatni qabul qilishi mumkin bo‘lgan erkin zarralardan (bunday holat uzluksiz spektrdeb ataladi) farqli ravishda, bog‘langan zarralar (ya’ni kinetik energiyasi potensial energiyaning mutlaq qiymatidan kichik bo‘lgan zarralar) kvant mexanikasigako‘ra, faqat muayyan diskret energiya qiymatlariga ega holatlarda bo‘lishi mumkin. Bu diskret spektr deb ataladi. Yadro bog‘langan nuklonlardan tashkil topgan tizim bo‘lgani sababli, uning energiya spektri ham diskretdir. Odatda yadro eng past energiyali, asosiyholat deb ataladigan holatda bo‘ladi. Yadroga energiya berilsa, u qo‘zg‘algan holatga o‘tadi.

Birinchi yaqinlashishda yadroning energiya sathlari quyidagicha joylashadi:

${\displaystyle D=a{e}^{-b\sqrt{E^{\ast }}}}$bu yerda:

${\displaystyle D}$ — sathlar orasidagi o‘rtacha masofa,

${\displaystyle E^{\ast }}$ — yadroning qo‘zg‘alish energiyasi,

${\displaystyle a}$ va ${\displaystyle b}$ — ushbu yadro uchun o‘zgarmas koeffitsiyentlar:

${\displaystyle a}$ — dastlabki qo‘zg‘algan sathlar orasidagi o‘rtacha masofa (yengil yadrolar uchun taxminan 1 MeV, og‘ir yadrolar uchun esa 0,1 MeV),

${\displaystyle b}$ — qo‘zg‘alish energiyasi ortishi bilan sathlarning zichlashish tezligini belgilovchi doimiy kattalik (yengil yadrolar uchun taxminan 2 MeV^−1/2, og‘ir yadrolar uchun esa 4 MeV^−1/2).

Qo‘zg‘alish energiyasi ortishi bilan og‘ir yadrolarda sathlar tezroq yaqinlashadi. Sathlar zichligi yadrodagi neytronlar sonining juft yoki toqligiga ham bog‘liq. Neytronlar soni juft (ayniqsa sehrlisonlarga teng) yadrolarda sathlar zichligi neytronlar soni toq yadrolarnikidan kichik bo‘ladi. Qo‘zg‘alish energiyasi teng bo‘lganda, neytronlar soni juft yadroning birinchi qo‘zg‘algan sathi neytronlar soni toq yadronikiga qaraganda yuqoriroq joylashadi.

Yadro barcha qo‘zg‘algan holatlarda faqat ma’lum cheklangan vaqt davomida, qo‘zg‘alish biror yo‘l bilan yo‘qolguncha bo‘la oladi. Qo‘zg‘alish energiyasi shu yadrodagi bir zarra yoki zarralar guruhi bog‘lanish energiyasidan kichik bo‘lgan holatlar bog‘langanholatlar deyiladi. Bunday holda qo‘zg‘alish faqat gamma nurlanishorqali bartaraf etilishi mumkin. Qo‘zg‘alish energiyasi zarralarning bog‘lanish energiyasidan katta bo‘lgan holatlar kvazistatsionarholatlar deyiladi. Bunda yadro zarra yoki gamma-kvant chiqarishi mumkin.

Yadro reaksiyasi — atom yadrolari elementar zarralar, gamma-kvantlar va bir-biri bilan ta’sirlashganda sodir bo‘ladigan o‘zgarish jarayonidir.

Nuklidlarning faqat kichik bir qismi barqarordir. Ko‘p hollarda yadro kuchlari ularning butunligini doimiy saqlab tura olmaydi va yadrolar ertami-kechmi parchalanadi. Bu hodisa radioaktivlik deb ataladi.

Atom yadrolarini belgilash uchun quyidagi tizim qo‘llaniladi:

• o‘rtaga kimyoviy element belgisiyoziladi, bu yadroning ${\displaystyle Z}$ zaryad sonini bir qiymatli aniqlaydi;
• element belgisining chap yuqori tomoniga massa soni yoziladi ${\displaystyle A}$.

Shunday qilib, yadroning tarkibi to‘liq aniqlanadi, chunki ${\displaystyle N=A-Z}$.

Bunday belgilashga misol:

${\displaystyle {}^{238}\text{U}}$ — uran-238yadrosi bo‘lib, unda 238 ta nuklon, shundan 92 tasi protondir, chunki uran elementi 92-tartib raqamiga ega bo‘lib, Mendeleyev jadvalida joylashgan.

Biroq ba’zan to‘liqlik uchun element belgisi atrofiga uning atomi yadrosini tavsiflaydigan barcha sonlar yoziladi:

• chap pastda — zaryad soni ${\displaystyle Z}$, ya’ni element belgisi bildiradigan sonning o‘zi;
• chap yuqorida — massa soni ${\displaystyle A}$;
• o‘ng pastda — izotop soni ${\displaystyle N}$^{[2643 kundan beri manba ko‘rsatilmagan (muhokama)]};
• agar gap yadro izomerlari haqida ketsa, massa soniga m, n, p, q, … ketma-ketligidagi harflardan biri qo‘shiladi (ba’zan m1, m2, m3, …ketma-ketligi ishlatiladi). Ba’zan bu harf o‘ng yuqorida alohida indeks sifatida ko‘rsatiladi.

Bunday belgilashlarga misollar:

${\displaystyle {}_{92}^{238}\text{U}}$, ${\displaystyle {}_{92}^{238}{\text{U}}_{146}}$, ${\displaystyle {}_{92}^{238m}\text{U}}$, ${\displaystyle {}_{92}^{238}{\text{U}}^m}$.

Atom yadrolarining belgilanishi nuklidlarning belgilanishi bilan bir xil.

Tarixiy va boshqa sabablarga ko‘ra ayrim yadrolarning o‘z nomlari mavjud. Masalan, ⁴He yadrosi α-zarradeb ataladi, deyteriy ²H (yoki D) yadrosi — deytron, tritiy ³H (yoki T) yadrosi — tritondeb ataladi. So‘nggi ikki yadro vodorod izotoplari bo‘lib, ular molekulalar suvtarkibida ham bo‘lishi mumkin. Natijada og‘ir suv hosil bo‘ladi.

• M. Ayzenberg, V. Grayner. Yadro modellari, kollektiv va bir zarrali hodisalar. — M.: Atomizdat, 1975. — 454 bet.
• M. Ayzenberg, V. Grayner. Yadroning mikroskopik nazariyasi. — M.: Atomizdat, 1976. — 488 bet.
• K. Brakner Yadro moddasining nazariyasi. — M., Mir, 1964. — 302 bet.
• O. Bor, B. Mottelson. Atom yadrosining tuzilishi. — 2 jildda. — M.: Mir, 1971—1977.
• V. P. Kraynov. Atom yadrosining mikroskopik nazariyasi bo‘yicha ma’ruzalar. — M.: Atomizdat, 1973. — 224 bet.
• V. V. Malyarov. Atom yadrosi nazariyasi asoslari. 2-nashr. — M.: Nauka, 1967. — 512 bet.
• R. Nataf. Yadro modellari va yadro spektroskopiyasi. — M.: Mir, 1968. — 404 bet.
• S. M. Polikarpov. G‘ayrioddiy yadrolar va atomlar. — M.: Nauka, 1977. — 152 bet.
• J. Reynouter. Sferoidal yadrolar modeli qanday paydo bo‘lgan. Fizika fanlari yutuqlari, 1976, 120-jild, 4-son, 529—541-betlar. (1975-yilgi fizika bo‘yicha Nobel ma’ruzasi)
• A. G. Sitenko. Yadro reaksiyalari nazariyasi. — M.: Energoatomizdat, 1983. — 352 bet.
• A. G. Sitenko, V. K. Tartakovskiy. Yadro nazariyasi bo‘yicha ma’ruzalar. — M.: Atomizdat, 1972. — 352 bet.
• L. Sliv, M. I. Strikman, L. L. Frankfurt. Yadroning mikroskopik nazariyasini yaratish muammolari va kvant xromodinamikasi, Fizika fanlari yutuqlari, 1976, 145-jild, 4-son, 553—592-betlar.
• V. G. Solovyov. Atom yadrosi nazariyasi. Yadro modellari. — M.: Energoizdat, 1981. — 296 bet.
• V. G. Solovyov. Murakkab yadrolar nazariyasi. — M.: Nauka, 1971. — 560 bet.
• Jurnal: Elementar zarralar va atom yadrosi fizikasi (EZAYF) (1970-yildan boshlab maqolalar arxivi)

• Atom yadrosi — Fizika ensiklopediyasi
• Yadrolarning tebranma qo‘zg‘alishlari — Fizika ensiklopediyasi
• Yadro modellari — Fizika ensiklopediyasi
• Yadroning tomchi modeli — Fizika ensiklopediyasi
• Yadro moddasi — Fizika ensiklopediyasi
• Yadro zanjir reaksiyalari — Fizika ensiklopediyasi
• Deformatsiyalangan yadrolar — Fizika ensiklopediyasi
• B. S. Ishxanov, E. I. Kebin, Yadro va zarralar fizikasi, XX asr. MDU, 2000.
• Yadro energiyasi