Միջուկային ֆիզիկա

Միջուկային ֆիզիկա, ֆիզիկայի բաժին, որն ուսումնասիրում է ատոմային միջուկների կառուցվածքը, հատկությունները և փոխակերպումները։ Միջուկային ֆիզիկան, իբրև ինքնուրույն ճյուղ, առանձնացել է ատոմային ֆիզիկայից 20-րդ դարի 40-ական թվականներին, իսկ մինչ այդ ֆիզիկայի այդ երկու բաժինները չէին սահմանազատված։ Բնականաբար, նույնը կարելի է համարել այն նախադրյալները, որոնք պայմանավորել են ատոմային ֆիզիկայի, ապա նաև միջուկային ֆիզիկայի ստեղծումն ու զարգացումը։ Դրանցից հատկապես կարևոր էին բնական ռադիոակտիվության երևույթի հայտնաբերումը և ուսումնասիրումը (Ա․ Բեքերել, Պ․ Կյուրի և Մ․ Սկլոդովսկայա-Կյուրի), ինչպես նաև Էռնեստ Ռեզերֆորդի նշանավոր փորձերը։ Վերլուծելով բարակ թաղանթներից α-մասնիկների ցրման փորձերի արդյունքները, Ռեզերֆորդը ցույց տվեց, որ ատոմը նման է մոլորակային համակարգի, որի կենտրոնում գտնվում է միջուկը, իսկ դրա շուրջը պտտվում են էլեկտրոնները։ Շարունակելով α-մասնիկների ցրման փորձերը, նա 1919 թվականին իրագործեց a+147N→ 178Օ+11H առաջին արհեստական միջուկային ռեակցիան, ապացուցելով, որ միջուկի բաղադրության մեջ մտնում են ջրածնի միջուկները, որոնք հետագայում կոչվեցին պրոտոններ։ 1932 թվականին Զ․ Չադվիկը հայտնաբերեց նեյտրոնը։ Նույն թվականին Վիկտոր Համբարձումյանը, Դ․ Դ․ Իվանենկոն և Վերներ Հայզենբերգն առաջ քաշեցին միջուկի նեյտրոն-պրոտոնային կառուցվածքի վարկածը, որը ներկայումս լիովին հաստատված է։ 1934 թվականին Ի․ և Ֆ․ Ժոլիո-Կյուրիները հայտնագործեցին արհեստական ռադիոակտիվությունը։ 1938 թվականին գերմանացի ֆիզիկոսներ Օ․ Հանը և Ֆ․ Շտրասմանը հայտնաբերեցին դանդաղ նեյտրոնների ազդեցությամբ ուրանի միջուկների ճեղքման երևույթը, իսկ 1940 թվականին խորհրդային գիտնականներ Դ․ Ն․ Ֆլյորովը և Կ․ Ա․ Պետրժակը՝ նույն միջուկների ինքնակամ ճեղքումը։ Պարզվեց, որ ճեղքման ժամանակ անջատվում է զգալի քանակությամբ միջուկային էներգիա, որի կորզման մեթոդները սկսեցին ինտենսիվորեն հետազոտվել։ Այդ հետազոտությունները 1942 թվականի դեկտեմբերին պսակվեցին հաջողությամբ, երբ Է․ Ֆերմիին և իր աշխատակիցներին հաջողվեց կառուցել առաջին միջուկային ռեակտորը, որում իրականացվեց ինքնապահպանվող միջուկային ռեակցիա։ Չորս տարի անց, Ֆերմիի աշխատանքներից անկախ, ԽՍՀՄ-ում ևս լուծվեց այդ խնդիրը Ի․ Վ․ Կուրչատովի և Ա․ Ի․ Ալիխանովի ղեկավարությամբ։ Այդ աշխատանքներն ապացուցեցին միջուկային (ատոմային) էներգիայի գործնական կիրառման և արհեստական ճանապարհով քիմիական նոր տարրերի (մասնավորապես, մեծ քանակությամբ [[պլուտոնիումի) ստացման հնարավորությունը։ Իրոք, հետագայում արհեստականորեն սինթեզվեցին տրանսուրանային տարրերը։ Տեսական կանխատեսումների հիման վրա առանձնահատուկ ուշադրության հարց է 114 կարգաթիվ ունեցող տարրի և դրա հարևանների հայտնաբերումը տարրերի կայունության կղզու տիրույթում։ Արդեն մշակված են արհեստական ճանապարհով այդ տարրերի ստացման մեթոդները, չի բացառված նաև դրանց հայտնաբերումը տիեզերական ճառագայթներում, ասուպային նյութում, հանքային ջրերում ու երկրակեղևի հողաշերտում, և այդ նպատակով հատուկ հետազոտություններ են կատարվում։

Միջուկային էներգիայի օգտագործման հեռանկարները կապված են թեթև տարրերի սինթեզման ռեակցիաների հետ, որոնց ընթացքում զգալիորեն ավելի շատ էներգիա է անջատվում, քան ծանր միջուկների ճեղքման ժամանակ։ Սակայն այդպիսի ռեակցիա մինչև այժմ հաջողվել է իրագործել միայն ակնթարթորեն՝ ջրածնային ռումբի պայթեցման պրոցեսում, մինչդեռ կարևորագույն և չլուծված խնդիր է այդ պրոցեսը կառավարելի դարձնելու հարցը։

Միջուկային ռեակցիաների արդյունքների վերլուծությունը ցույց է տվել, որ ռեակցիաների ընթացքի բնույթը կախված է միջուկային թիրախները ռմբակոծող α-մասնիկների էներգիայից, և քանի որ α-տրոհումներից ստացվող այդ մասնիկների էներգիան 10 Մէվ-ից չի անցնում, հետևաբար ֆիզիկոսները հարկադրված էին դրանց էներգիան արհեստականորեն մեծացնելու ուղիներ փնտրել։ Ստեղծվեցին Կոկրոֆտ—Ուոլտոնի և Վան-դե-Գրաֆի առաջին արագացուցիչները։ 1930 թվականին Է․ Լոուրենսն ԱՄՆ-ում կառուցեց առաջին ցիկլոտրոնը։ Արագացուցչային տեխնիկայի կատարելագործումը հանգեցրեց Սերպուխովի (ԽՍՀՄ), Չիկագոյի (ԱՄՆ) հզոր արագացուցիչների ստեղծմանը։ 1943 թվականին տիեզերական ճառագայթների բաղադրության մեջ պրոտոնների հայտ նաբերումը (Ա․ Ի․ Ալիխանով, Ա․ Ի․ Ալիխանյան և ուրիշներ) սկիզբ դրեց բարձր էներգիայի տիեզերական ճառագայթների և նյութի միջուկների փոխազդեցության պրոցեսների ուսումնասիրությանը։ Այդ ուսումնասիրությունները հնարավորություն տվեցին ոչ միայն նոր տեղեկություններ ստանալ միջուկի կառուցվածքի ու հատկությունների վերաբերյալ, այլև հայտնաբերել նախկինում անհայտ մասնիկներ։ Սկսվեց միջուկային ֆիզիկայի կարևոր բաժիններից մեկի՝ տարրական մասնիկների ֆիզիկայի արագ զարգացումը։ Միջուկային ֆիզիկայի բաղկացուցիչ մասն է կազմում նաև նեյտրոնային ֆիզիկան, որն զբաղվում է նյութի հետ դանդաղ նեյտրոնների փոխազդեցության պրոցեսների և նեյտրոնների ազդեցությամբ ընթացող միջուկային ռեակցիաների հետազոտությամբ։

Արագացուցիչներով և տիեզերական ճառագայթներով կատարվող հետազոտությունները հնարավորություն տվեցին ձեռնամուխ լինելու միջուկային ֆիզիկաի կարևորագույն խնդիրներից մեկի՝ միջուկային փոխազդեցությունների մի շարք հատկությունների ուսումնասիրությանը, սակայն մինչև այժմ ստացված փաստերը բավական չեն միջուկային փոխազդեցությունների ընդհանուր տեսություն կառուցելու համար։ Այդ պատճառով միջուկային ֆիզիկայում օգտվում են միջուկի կառուցվածքի պարզագույն պատկերներից՝ միջուկային մոդելներից, որոնք թույլատրում են ստանալ պարզ մաթեմատիկական լուծումներ։

Միջուկային ֆիզիկայի զարգացմանը զուգընթաց, նրա առանձին ճյուղերը փաստորեն վերածվել են ինքնուրույն գիտությունների, ինչպիսիք են, օրինակ, միջուկային էներգետիկան, պլազմայի ֆիզիկան, արագացուցիչների ֆիզիկան, տիեզերական ճառագայթների ֆիզիկան և այլն։ Հսկայական է միջուկայյին ֆիզիկայի կիրառական նշանակությունը արդի հասարակության կյանքի բոլոր ոլորտներում։ Միաժամանակ դա այն հիմնարար գիտությունն է, որի առաջընթացի շնորհիվ հնարավոր կդառնա բացահայտել մատերիայի կառուցվածքի անծանոթ հատկությունները և հայտնագործել բնության նոր, ընդհանուր օրենքներ։

Միջուկային ֆիզիկա