Atomsko jezgro elementa se sastoji od. Struktura atoma i atomskog jezgra. Od čega se sastoji atom?
hromatin
1) heterohromatin;
2) euhromatin.
Heterohromatin
Strukturno
Opciono
Euchromatin
a) histonski proteini;
b) nehistonski proteini.
Yo Histonski proteini (histons
Yo Nehistonski proteini
Nucleolus
Veličina - 1-5 mikrona.
Oblik je sferičan.
Granularna komponenta
Fibrilar
Nuklearni omotač
1. Vanjska nuklearna membrana (m. Nuclearis externa),
Unutrašnja nuklearna membrana
ËFunkcije:
Karioplazma
Reprodukcija ćelije
Nuklearni aparat
Jezgro je prisutno u svim eukariotskim stanicama, s izuzetkom zrelih crvenih krvnih zrnaca i biljnih sitastih cijevi. Ćelije obično imaju jedno jezgro, ali ponekad se nalaze i višejezgrene ćelije.
Jezgro je sfernog ili ovalnog oblika.
Neke ćelije imaju segmentirana jezgra. Veličine jezgara su od 3 do 10 mikrona u prečniku. Jedro je neophodno za život ćelije. Reguliše aktivnost ćelija. Jezgro pohranjuje nasljedne informacije sadržane u DNK. Ova informacija se, zahvaljujući jezgru, prenosi ćerkim ćelijama tokom ćelijske deobe. Jezgro određuje specifičnost proteina koji se sintetiziraju u ćeliji. Jezgro sadrži mnogo proteina neophodnih za osiguranje njegovih funkcija. RNK se sintetiše u jezgru.
Ćelijsko jezgro obuhvata omotač, nuklearni sok, jedna ili više jezgara i kromatin.
Funkcionalna uloga nuklearni omotač sastoji se od izolacije genetskog materijala (hromozomi) eukariotske ćelije iz citoplazme sa svojim brojnim metaboličkim reakcijama, kao i regulacijom bilateralnih interakcija između jezgra i citoplazme. Nuklearni omotač se sastoji od dvije membrane - vanjske i unutrašnje, između kojih se nalazi perinuklearni (perinuklearni) prostor. Potonji mogu komunicirati s tubulima citoplazmatskog retikuluma. Vanjska membrana Nuklearna membrana je u direktnom kontaktu sa citoplazmom ćelije i ima niz strukturnih karakteristika koje omogućavaju da se pripiše samom sistemu ER membrane. Sadrži veliki broj ribozoma, kao i na membranama ergastoplazme. Unutrašnja membrana nuklearne ovojnice nema ribozome na svojoj površini, ali je strukturno povezana sa nuklearna lamina– fibrozni periferni sloj nuklearnog proteinskog matriksa.
Nuklearni omotač sadrži nuklearne pore promjera 80-90 nm, koje nastaju uslijed brojnih zona fuzije dvije nuklearne membrane i predstavljaju, takoreći, zaobljene perforacije cijele nuklearne membrane od kraja do kraja. Pore igraju važnu ulogu u transportu tvari u i iz citoplazme. Kompleks nuklearnih pora (NPC) sa prečnikom od oko 120 nm ima specifičnu strukturu (sastoji se od više od 1000 proteina - nukleoporini, čija je masa 30 puta veća od ribosoma), što ukazuje na složen mehanizam za regulaciju nuklearno-citoplazmatskih kretanja tvari i struktura. U procesu nuklearno-citoplazmatskog transporta, nuklearne pore funkcioniraju kao svojevrsno molekularno sito, propuštajući čestice određene veličine pasivno duž gradijenta koncentracije (joni, ugljikohidrati, nukleotidi, ATP, hormoni, proteini do 60 kDa). Pore nisu trajne formacije. Broj pora se povećava u periodu najveće nuklearne aktivnosti. Broj pora zavisi od funkcionalnog stanja ćelije. Što je veća sintetička aktivnost u ćeliji, to je njihov broj veći. Procjenjuje se da kod nižih kralježnjaka u eritroblastima, gdje se hemoglobin intenzivno formira i akumulira, ima oko 30 pora na 1 μm2 nuklearne membrane. U zrelim eritrocitima ovih životinja, koji zadržavaju jezgra, ostaje do pet pora na 1 μg membrane, tj. 6 puta manje.
U području kompleksa perja tzv gusta ploča - proteinski sloj ispod cijele unutrašnje membrane nuklearnog omotača. Ova struktura prvenstveno obavlja potpornu funkciju, jer je u njenom prisustvu očuvan oblik jezgre čak i ako su obje membrane nuklearnog omotača uništene. Pretpostavlja se i da pravilna veza sa supstancom guste lamine promoviše uređen raspored hromozoma u interfaznom jezgru.
Nuklearni sok (karioplazma) ili matrica)– unutrašnji sadržaj jezgra je rastvor proteina, nukleotida, jona, viskozniji od hijaloplazme. Sadrži i fibrilarne proteine. Karioplazma sadrži jezgre i hromatin. Nuklearni sok formira unutrašnje okruženje jezgra, te stoga igra važnu ulogu u osiguravanju normalnog funkcionisanja genetskog materijala. Nuklearni sok sadrži nitasta, ili fibrila, proteini, s kojim je povezana funkcija podrške: matrica također sadrži primarne transkripcijske proizvode genetske informacije- heteronuklearne RNK (hnRNA), koje se ovdje obrađuju, pretvarajući se u mRNA.
Nucleolus- obavezna komponenta jezgra, nalazi se u interfaznim jezgrima i predstavljaju mala tijela, sfernog oblika. Nukleoli su gušće od jezgra. Sinteza rRNA, drugih tipova RNK i formiranje podjedinica odvija se u nukleolima ribozomi. Pojava nukleola povezana je s određenim zonama hromozoma koje se nazivaju nukleolarni organizatori. Broj nukleola je određen brojem nukleolnih organizatora. Sadrže rRNA gene. rRNA geni zauzimaju određene dijelove (u zavisnosti od vrste životinje) jednog ili više hromozoma (kod ljudi ima 13-15 i 21-22 para) - nukleolarni organizatori, u čijem području se formiraju nukleoli. Takva područja u metafaznim hromozomima izgledaju kao suženja i nazivaju se sekundarne konstrikcije. Koristeći elektronski mikroskop, filamentne i granularne komponente se identifikuju u nukleolu. Filamentna (fibrilarna) komponenta je predstavljena kompleksima proteina i džinovskih molekula prekursora RNK, od kojih se potom formiraju manji molekuli zrele rRNA. Tokom procesa sazrevanja, fibrile se transformišu u ribonukleoproteinska zrna (granule), koja predstavljaju granularnu komponentu.
Strukture hromatina u obliku grudvica, rasuti u nukleoplazmi su interfazni oblik postojanja hromozomaćelije.
Ribosom - to je okrugla ribonukleoproteinska čestica prečnika 20-30 nm. Ribosomi su klasifikovani kao nemembranske ćelijske organele. Ribosomi kombinuju aminokiselinske ostatke u polipeptidne lance (sinteza proteina). Ribosomi su vrlo mali i brojni.
Sastoji se od malih i velikih podjedinica, čija se kombinacija javlja u prisustvu glasničke RNK (mRNA). Mala podjedinica sadrži proteinske molekule i jednu ribosomalnu RNK (rRNA) molekulu, druga sadrži proteine i tri rRNA molekule. Protein i rRNA po masi u jednakim količinama učestvuju u formiranju ribozoma. rRNA se sintetiše u nukleolusu.
Jedan molekul mRNA obično povezuje nekoliko ribozoma zajedno kao niz perli. Ova struktura se zove polizom. Polizomi su slobodno locirani u glavnoj tvari citoplazme ili su pričvršćeni za membrane grubog citoplazmatskog retikuluma. U oba slučaja služe kao mjesto aktivne sinteze proteina. Poređenjem omjera broja slobodnih polisoma i polisoma vezanih na membranu u embrionalnim nediferenciranim i tumorskim stanicama, s jedne strane, i u specijalizovanim stanicama odraslog organizma, s druge strane, dolazi se do zaključka da se proteini formiraju na hijaloplazmi. polizomi za sopstvene potrebe (za „kućnu” upotrebu) date ćelije, dok se na polisomima granularne mreže sintetišu proteini koji se uklanjaju iz ćelije i koriste za potrebe organizma (npr. probavni enzimi, grudi mlečni proteini). Ribosomi mogu biti slobodni u citoplazmi ili povezani sa endoplazmatskim retikulumom, kao dio grubog ER.Proteini formirani na ribosomima povezanim sa ER membranom obično ulaze u ER cisterne. Proteini sintetizovani u slobodni ribozomi, ostaju u hijaloplazmi. Na primjer, hemoglobin se sintetizira u crvenim krvnim zrncima na slobodnim ribosomima. Ribosomi su takođe prisutni u mitohondrijima, plastidima i prokariotskim ćelijama.
Prethodna11121314151617181920212223242526Sljedeća
VIDJETI VIŠE:
Struktura jezgra i njegov hemijski sastav
Jezgro uključuje hromatin, nukleolus, karioplazmu (nukleoplazmu) i nuklearni omotač.
U ćeliji koja se dijeli, u većini slučajeva postoji jedno jezgro, ali postoje ćelije koje imaju dva jezgra (20% ćelija jetre su dvonuklearne), kao i višejezgrene (osteoklasti koštanog tkiva).
Dimenzije se kreću od 3-4 do 40 mikrona.
Svaki tip ćelije karakteriše konstantan omjer volumena jezgre i volumena citoplazme. Ovaj omjer se naziva Hertwingov indeks. Ovisno o vrijednosti ovog indeksa, ćelije se dijele u dvije grupe:
1. nuklearni - Hertwingov indeks je važniji;
2. citoplazmatski - Hertwingov indeks ima beznačajne vrijednosti.
Oblik - može biti sferni, štapićasti, u obliku pasulja, prstenasti, segmentirani.
Lokalizacija - jezgro je uvijek lokalizirano na određenom mjestu u ćeliji. Na primjer, u cilindričnim stanicama želuca nalazi se u bazalnom položaju.
Jezgro u ćeliji može biti u dva stanja:
a) mitotički (tokom diobe);
b) međufaza (između podjela).
U živoj ćeliji interfazno jezgro izgleda optički prazno; vidljivo je samo nukleolus. Strukture jezgra u obliku niti i zrna mogu se uočiti samo kada je ćelija izložena štetnim faktorima, kada prelazi u stanje paranekroze (granično stanje između života i smrti). Iz ovog stanja, ćelija se može vratiti u normalu ili umrijeti. Nakon stanične smrti, morfološki se razlikuju sljedeće promjene u jedru:
1) kariopiknoza - zbijanje jezgra;
2) karioreksija - raspadanje jezgra;
3) karioliza - rastvaranje jezgra.
Funkcije: 1) skladištenje i prijenos genetskih informacija,
2) biosinteza proteina, 3) formiranje ribosomskih podjedinica.
hromatin
Kromatin (od grčkog chroma - boja boja) je glavna struktura interfaznog jezgra, koja je vrlo dobro obojena osnovnim bojama i određuje kromatinski uzorak jezgra za svaki tip ćelije.
Zbog sposobnosti da se dobro boje raznim bojama, a posebno osnovnim, ova komponenta jezgre nazvana je "hromatin" (Flemming 1880).
Hromatin je strukturni analog hromozoma i u interfaznom jezgru predstavlja tijela koja nose DNK.
Morfološki se razlikuju dvije vrste hromatina:
1) heterohromatin;
2) euhromatin.
Heterohromatin(heterochromatinum) odgovara regionima hromozoma koji su delimično kondenzovani u interfazi i funkcionalno je neaktivan. Ovaj kromatin se vrlo dobro boji i to se može vidjeti na histološkim preparatima.
Heterohromatin se pak dijeli na:
1) strukturni; 2) opciono.
Strukturno heterohromatin predstavlja regione hromozoma koji su stalno u kondenzovanom stanju.
Opciono heterohromatin je heterohromatin koji se može dekondenzovati i postati euhromatin.
Euchromatin- to su hromozomske regije dekondenzovane u interfazi. Ovo je radni, funkcionalno aktivan kromatin. Ovaj kromatin nije obojen i nije otkriven u histološkim preparatima.
Tokom mitoze, sav euhromatin se maksimalno kondenzira i postaje dio hromozoma. U tom periodu hromozomi ne obavljaju nikakve sintetičke funkcije. U tom smislu, ćelijski hromozomi mogu biti u dva strukturna i funkcionalna stanja:
1) aktivni (radni), ponekad su delimično ili potpuno dekondenzovani i njihovim učešćem u jezgru nastaju procesi transkripcije i reduplikacije;
2) neaktivni (neradni, metabolički mir), kada su maksimalno zgusnuti, obavljaju funkciju distribucije i prenosa genetskog materijala u ćelije kćeri.
Ponekad, u nekim slučajevima, cijeli hromozom može ostati u kondenziranom stanju tokom interfaze i ima izgled glatkog heterohromatina. Na primjer, jedan od X kromosoma somatskih stanica ženskog tijela podliježe heterokromatizaciji u početnim fazama embriogeneze (tokom fragmentacije) i ne funkcionira. Ovaj hromatin se naziva polni hromatin ili Barrova tela.
U različitim ćelijama, spolni kromatin ima različit izgled:
a) u neutrofilnim leukocitima - tip batka;
b) u epitelnim ćelijama sluznice - vrsta hemisferične kvržice.
Određivanje polnog hromatina koristi se za utvrđivanje genetskog pola, kao i za određivanje broja X hromozoma u kariotipu pojedinca (jednak je broju tela polnog hromatina + 1).
Elektronska mikroskopska istraživanja pokazala su da preparati izolovanog interfaznog hromatina sadrže elementarne hromozomske fibrile debljine 20-25 nm, koje se sastoje od fibrila debljine 10 nm.
Hemijski, kromatinske fibrile su složeni kompleksi deoksiribonukleoproteina, koji uključuju:
b) specijalni hromozomski proteini;
Kvantitativni odnos DNK, proteina i RNK je 1:1,3:0,2. Udio DNK u preparatu hromatina je 30-40%. Dužina pojedinačnih linearnih molekula DNK varira indirektno i može doseći stotine mikrometara, pa čak i centimetara. Ukupna dužina DNK molekula u svim hromozomima jedne ljudske ćelije je oko 170 cm, što odgovara 6x10-12g.
Proteini hromatina čine 60-70% njegove suhe mase i predstavljeni su u dvije grupe:
a) histonski proteini;
b) nehistonski proteini.
Yo Histonski proteini (histons) - alkalni proteini koji sadrže bazične aminokiseline (uglavnom lizin, arginin) nalaze se neravnomjerno u obliku blokova duž dužine molekule DNK. Jedan blok sadrži 8 molekula histona koji formiraju nukleosom. Veličina nukleosoma je oko 10 nm. Nukleosom nastaje zbijanjem i supersmotanjem DNK, što dovodi do skraćivanja dužine hromozomskog fibrila za približno 5 puta.
Yo Nehistonski proteiničine 20% količine histona i u interfaznim jezgrama formiraju strukturnu mrežu unutar jezgre, koja se naziva nuklearni proteinski matriks. Ova matrica predstavlja skelu koja određuje morfologiju i metabolizam jezgra.
Perihromatinske fibrile imaju debljinu od 3-5 nm, granule imaju prečnik 45 nm, a interhromatinske granule imaju prečnik 21-25 nm.
Nucleolus
Nukleolus je najgušća struktura jezgra, koja je jasno vidljiva u živoj neobojanoj ćeliji i derivat je hromozoma, jednog od njegovih lokusa sa najvećom koncentracijom i aktivnom sintezom RNK u interfazi, ali nije samostalna struktura ili organelle.
Veličina - 1-5 mikrona.
Oblik je sferičan.
Nukleolus ima heterogenu strukturu. U svjetlosnom mikroskopu vidljiva je njegova fibrovlaknasta organizacija.
Elektronska mikroskopija otkriva dvije glavne komponente:
a) granularni; b) fibrilarni.
Granularna komponenta predstavljene granulama prečnika 15-20 nm; to su zrele ribosomske podjedinice. Ponekad zrnasta komponenta formira filamentne strukture - nukleoloneme, debljine oko 0,2 mikrona. Zrnasta komponenta je lokalizirana duž periferije.
Fibrilar komponenta su ribonukleoproteinski lanci prekursora ribosoma, koji su koncentrisani u centralnom dijelu nukleola.
Ultrastruktura nukleola zavisi od aktivnosti sinteze RNK: kada visoki nivo detektuje se sinteza u nukleolu veliki broj granula, kada se sinteza zaustavi, broj granula se smanjuje i nukleoli se pretvaraju u guste fibrilarne niti bazofilne prirode.
Nuklearni omotač
Nuklearni omotač (nuklolema) se sastoji od:
Fizika atomskog jezgra. Sastav jezgra.
Vanjska nuklearna membrana (m. Nuclearis externa),
2. Unutrašnja membrana (m. Nuclearis interna), koja je odvojena perinuklearnim prostorom ili cisternom nuklearne membrane (cisterna nucleolemmae), širine 20-60 nm.
Svaka membrana ima debljinu od 7-8 nm. Općenito, nuklearni omotač nalikuje šupljoj dvoslojnoj vrećici koja odvaja sadržaj jezgre od citoplazme.
Vanjska membrana nuklearnog omotača, koji je u direktnom kontaktu sa citoplazmom ćelije, ima niz strukturnih karakteristika koje ga omogućavaju pripisati membranskom sistemu samog endoplazmatskog retikuluma. Ove karakteristike uključuju: prisustvo na strani hijaloplazma brojnih poliribosoma, a sama vanjska nuklearna membrana može se direktno transformirati u membrane granularnog endoplazmatskog retikuluma. Površina vanjske nuklearne membrane kod većine životinja i biljne ćelije nije glatka i formira izrasline različitih veličina prema citoplazmi u obliku vezikula ili dugih tubularnih formacija.
Unutrašnja nuklearna membrana povezan sa hromozomskim materijalom jezgra. Na strani karioplazme uz unutrašnju nuklearnu membranu nalazi se takozvani fibrilarni sloj koji se sastoji od fibrila, ali nije karakterističan za sve stanice.
Nuklearni omotač nije kontinuiran. Najkarakterističnije strukture nuklearnog omotača su nuklearne pore. Nuklearne pore nastaju fuzijom dvije nuklearne membrane. U tom slučaju se formiraju zaobljene rupe (perforacije, annulus pori) koje imaju prečnik od oko 80-90 nm. Ove rupe u nuklearnom omotaču ispunjene su složenim globularnim i fibrilarnim strukturama. Skup membranskih perforacija i ovih struktura naziva se kompleks pora (complexus pori). Kompleks pora sastoji se od tri reda granula, po osam u svakom redu, prečnik granula je 25 nm, od kojih se protežu fibrilarni procesi. Granule se nalaze na granici rupe u nuklearnoj ovojnici: jedan red leži na nuklearnoj strani, drugi na citoplazmatskoj strani, a treći u središnjem dijelu pore. Vlakna koja se protežu iz perifernih granula mogu se konvergirati u centru i stvoriti, takoreći, pregradu, dijafragmu preko pora (diaphragma pori). Veličina pora date ćelije je obično stabilna. Broj nuklearnih pora ovisi o metaboličkoj aktivnosti stanica: što su sintetički procesi u ćeliji intenzivniji, to je više pora po jedinici površine ćelijskog jezgra.
ËFunkcije:
1. Barijera – odvaja sadržaj jezgra od citoplazme, ograničava slobodan transport makromolekula između jezgra i citoplazme.
2. Stvaranje intranuklearnog reda - fiksacija hromozomskog materijala u trodimenzionalni lumen jezgra.
Karioplazma
Karioplazma je tekući dio jezgra u kojem se nalaze nuklearne strukture; analogna je hijaloplazmi u citoplazmatskom dijelu stanice.
Reprodukcija ćelije
Jedan od najvažnijih bioloških fenomena koji odražava opšti obrasci i suštinski je uslov postojanja biološki sistemi u dovoljno dugom vremenskom periodu dolazi do reprodukcije (reprodukcije) njihovog ćelijskog sastava. Reprodukcija ćelija prema ćelijska teorija, izvodi se dijeljenjem originalnog. Ova pozicija je jedna od glavnih u ćelijskoj teoriji.
Nukleus ćelije
FUNKCIJE KERNEL-a
hromatin –
hromozomi
koji uključuju:
– histonski proteini
– male količine RNK;
Nuklearna matrica
Sastoji se od 3 komponente:
pokrivaju nuklearnu membranu.
Šta je jezgro - u biologiji: svojstva i funkcije
Intranuklearna mreža (skelet).
3. “Rezidualni” nukleolus.
Sastoji se od:
– vanjska nuklearna membrana;
nukleoplazma (karioplazma)– tečna komponenta jezgra u kojoj se nalaze hromatin i nukleoli. Sadrži vodu i broj
Nucleolus
Datum objave: 2015-02-03; Pročitano: 1053 | Povreda autorskih prava stranice
Nukleus ćelije- sistem genetskog određivanja i regulacije sinteze proteina.
FUNKCIJE KERNEL-a
● čuvanje i održavanje nasljednih informacija
● implementacija nasljednih informacija
Jezgro se sastoji od hromatina, nukleola, karioplazme (nukleoplazme) i nuklearne membrane koja ga odvaja od citoplazme.
hromatin – to su zone guste materije u jezgru, koje
dobro prihvata razne boje, posebno osnovne.
U ćelijama koje se ne dijele, kromatin se nalazi u obliku grudvica i granula, što je interfazni oblik postojanja hromozoma.
hromozomi– kromatinske fibrile, koji su složeni kompleksi deoksiribonukleoproteina (DNP), u sastavu
koji uključuju:
– histonski proteini
– nehistonski proteini – čine 20%, to su enzimi koji obavljaju strukturne i regulatorne funkcije;
– male količine RNK;
– male količine lipida, polisaharida, metalnih jona.
Nuklearna matrica– je okvirni intranuklearni sistem
rudnik, ujedinjujuća osnova za hromatin, nukleolus, nuklearnu membranu. Ova strukturna mreža predstavlja okvir koji određuje morfologiju i metabolizam jezgra.
Sastoji se od 3 komponente:
1. Lamina (A, B, C) – periferni fibrilarni sloj, sub-
pokrivaju nuklearnu membranu.
2. Intranuklearna mreža (skelet).
3. “Rezidualni” nukleolus.
Nuklearni omotač (kariolema)- Ovo je membrana koja odvaja sadržaj jezgra od citoplazme ćelije.
Sastoji se od:
– vanjska nuklearna membrana;
– unutrašnja nuklearna membrana, između koje se nalazi perinuklearni prostor;
– nuklearna ovojnica sa dvostrukom membranom ima kompleks pora.
nukleoplazma (karioplazma)– tečna komponenta jezgra u kojoj se nalaze hromatin i nukleoli.
Core. Komponente kernela
Sadrži vodu i broj
supstance rastvorene i suspendovane u njemu: RNK, glikoproteini,
joni, enzimi, metaboliti.
Nucleolus- najgušća struktura jezgra, formirana od specijaliziranih sekcija - petlji hromozoma, koje se nazivaju nukleolarni organizatori.
Postoje 3 komponente nukleola:
1. Fibrilarna komponenta predstavlja primarne rRNA transkripte.
2. Zrnasta komponenta je klaster pre-
nasljednici ribosomskih podjedinica.
3. Amorfna komponenta – područja nukleolarnog organizatora,
Datum objave: 2015-02-03; Pročitano: 1052 | Povreda autorskih prava stranice
studopedia.org - Studopedia.Org - 2014-2018 (0.001 s)…
Jedro je glavna regulatorna komponenta ćelije. Njegova struktura i funkcije.
Jezgro je bitan dio eukariotskih ćelija. Ovo je glavna regulatorna komponenta ćelije. Odgovoran je za skladištenje i prijenos nasljednih informacija, kontrolira sve metaboličke procese u ćeliji . Ne organela, već ćelijska komponenta.
Jezgro se sastoji od:
1) nuklearna membrana (nuklearna membrana), kroz čije pore se odvija razmjena između jezgra ćelije i citoplazme.
2) nuklearni sok, ili karioplazma, polutečna, slabo obojena plazmatska masa koja ispunjava sva ćelijska jezgra i sadrži preostale komponente jezgra;
3) hromozomi koji su vidljivi u jezgri koja se ne dijeli samo uz pomoć posebnih mikroskopskih metoda. Skup hromozoma u ćeliji naziva se ariotip. Kromatin na obojenim ćelijskim preparatima je mreža tankih niti (vlakna), malih granula ili nakupina.
4) jedno ili više sfernih tijela - nukleola, koja su specijalizovani dio ćelijskog jezgra i povezana su sa sintezom ribonukleinske kiseline i proteina.
dva stanja kernela:
1. interfazno jezgro - ima jezgra. ljuska - karyolemma.
2. jezgro tokom ćelijske diobe. samo je kromatin prisutan u različitim stanjima.
nukleoli uključuju dvije zone:
1. unutrašnji - fibrilarni - proteinski molekuli i pre-RNA
2. vanjski - granularni - oblik ribosomskih podjedinica.
Nuklearni omotač se sastoji od dvije membrane odvojene perinuklearnim prostorom. Oba su prožeta brojnim porama, zahvaljujući kojima je moguća izmjena tvari između jezgre i citoplazme.
Glavne komponente jezgra su hromozomi, formirani od molekula DNK i raznih proteina. U svetlosnom mikroskopu jasno su vidljivi samo u periodu deobe ćelije (mitoza, mejoza). U ćeliji koja se ne dijeli, hromozomi izgledaju kao dugačke tanke niti raspoređene po cijelom volumenu jezgra.
Glavne funkcije ćelijskog jezgra su sljedeće:
- pohrana podataka;
- prijenos informacija u citoplazmu pomoću transkripcije, odnosno sinteze RNK koja nosi informaciju;
- prijenos informacija do ćelija kćeri tokom replikacije - diobe ćelija i jezgara.
- reguliše biohemijske, fiziološke i morfološke procese u ćeliji.
Dešava se u jezgru replikacija- udvostručavanje molekula DNK, kao i transkripcija- sinteza RNK molekula na DNK matrici. U jezgri, sintetizirani RNA molekuli prolaze kroz neke modifikacije (na primjer, u procesu spajanje beznačajni, besmisleni dijelovi su isključeni iz molekula RNK glasnika), nakon čega se puštaju u citoplazmu . Sastavljanje ribosoma također se javlja u jezgru, u posebnim formacijama koje se nazivaju nukleoli. Kompartment za jezgru - karioteka - nastaje širenjem i fuzijom cisterni endoplazmatskog retikuluma jedan s drugim na način da jezgro ima dvostruke zidove zbog uskih odjeljaka nuklearnog omotača koji ga okružuje. Šupljina nuklearnog omotača naziva se - lumen ili perinuklearni prostor. Unutrašnja površina nuklearni omotač je podvučen nuklearnim lamina- kruta proteinska struktura koju čine lamin proteini, za koje su vezani lanci hromozomske DNK. Na nekim mjestima se unutarnja i vanjska membrana nuklearnog omotača spajaju i formiraju takozvane nuklearne pore, kroz koje dolazi do razmjene materijala između jezgre i citoplazme.
12. Dvomembranske organele (mitohondrije, plastidi). Njihova struktura i funkcije.
Mitohondrije - to su okrugle ili šipkaste strukture, često granaste, debljine 0,5 mikrona i obično duge do 5-10 mikrona.
Mitohondrijalna membrana se sastoji od dvije membrane koje se razlikuju hemijski sastav, skup enzima i funkcija. Unutrašnja membrana formira invaginacije u obliku lista (kriste) ili cjevaste (tubule). Prostor omeđen unutrašnjom membranom je matrica
organele. Pomoću elektronskog mikroskopa u njemu se detektuju zrna prečnika 20-40 nm. Oni akumuliraju ione kalcija i magnezija, kao i polisaharide poput glikogena.
Matrica sadrži vlastiti aparat za biosintezu proteina organele. Predstavlja ga 2-6 kopija kružne DNK molekule lišene histona (kao kod prokariota), ribozoma, skupa prijenosnih RNK (tRNA), enzima za replikaciju DNK, transkripciju i translaciju nasljednih informacija. Glavna funkcija Mitohondrije se sastoje od enzimske ekstrakcije energije iz određenih hemijskih supstanci (njihovom oksidacijom) i akumulacije energije u biološki upotrebljivom obliku (sintezom molekula adenozin trifosfat-ATP). Općenito se ovaj proces naziva oksidativna fosforilacija.
Među sporednim funkcijama mitohondrija je učešće u sintezi steroidnih hormona i nekih aminokiselina (glutaminske).
Plastidi – to su poluautonomne (mogu postojati relativno neovisno o nuklearnoj DNK stanice) dvomembranske organele, karakteristične za fotosintetske eukariotske organizme. Postoje tri glavne vrste plastida: hloroplasti, hromoplasti i leukoplasti.Zbirka plastida u ćeliji naziva seplastidome . Svaki od ovih tipova, pod određenim uslovima, može se transformisati jedan u drugi. Poput mitohondrija, plastidi sadrže vlastite DNK molekule. Stoga su također u stanju da se razmnožavaju neovisno o diobi stanica. Plastidi su karakteristični samo za biljne ćelije.
Hloroplasti. Dužina hloroplasta kreće se od 5 do 10 µm, prečnik - od 2 do 4 µm. Hloroplasti su ograničeni sa dvije membrane. Vanjska membrana je glatka, unutrašnja ima složenu naboranu strukturu. Najmanji nabor se naziva t ylakoid. Grupa tilakoida raspoređenih poput hrpe novčića naziva se g rana. Grane su međusobno povezane spljoštenim kanalima - lamele. Tilakoidne membrane sadrže fotosintetske pigmente i enzime koji osiguravaju sintezu ATP-a. Glavni fotosintetski pigment je hlorofil, koji određuje zelenu boju hloroplasta.
Unutrašnji prostor hloroplasta je ispunjen stroma. Stroma sadrži kružnu "golu" DNK, ribozome, enzime Calvinovog ciklusa i zrna škroba. Unutar svakog tilakoida nalazi se rezervoar protona i H+ se akumulira. Kloroplasti, poput mitohondrija, sposobni su za autonomnu reprodukciju dijeljenjem na dva dijela. Hloroplasti niže biljke pozvao hromatofore.
Leukoplasti. Vanjska membrana je glatka, unutrašnja formira nekoliko tilakoida. Stroma sadrži kružnu „golu“ DNK, ribozome, enzime za sintezu i hidrolizu rezervnih nutrijenata. Nema pigmenata. Posebno mnogo leukoplasta imaju ćelije podzemnih organa biljke (korijeni, gomolji, rizomi itd.). .). Amiloplasti-sintetizuju i akumuliraju skrob , elaioplasti- ulja , proteinoplasti- proteini. U istom leukoplastu mogu se akumulirati različite tvari.
Hromoplasti. Vanjska membrana je glatka, unutrašnja je ili glatka ili formira pojedinačne tilakoide. Stroma sadrži kružnu DNK i pigmente - karotenoidi, dajući hromoplastima žutu, crvenu ili narandžastu boju. Oblik akumulacije pigmenta je različit: u obliku kristala, otopljenih u lipidnim kapljicama, itd. Hromoplasti se smatraju završnom fazom razvoja plastida.
Plastidi se mogu međusobno transformirati jedni u druge: leukoplasti - hloroplasti - hromoplasti.
Jednomembranske organele (ER, Golgijev aparat, lizozomi). Njihova struktura i funkcije.
Kanaltsevaya I vakuolarnog sistema formirane od komunikacionih ili odvojenih cevastih ili spljoštenih (cisternastih) šupljina, omeđenih membranama i šireći se po citoplazmi ćelije. U imenovanom sistemu postoje grubo I glatki citoplazmatski retikulum. Posebnost strukture grube mreže je vezivanje polisoma na njene membrane. Zbog toga obavlja funkciju sinteze određene kategorije proteina koji se pretežno uklanjaju iz stanice, na primjer, izlučuju stanice žlijezde. U području grube mreže dolazi do stvaranja proteina i lipida citoplazmatskih membrana, kao i do njihovog sklapanja. Cisterne grube mreže, gusto zbijene u slojevitu strukturu, mjesta su najaktivnije sinteze proteina i nazivaju se ergastoplazma.
Membrane glatkog citoplazmatskog retikuluma su lišene polisoma. Funkcionalno, ova mreža je povezana s metabolizmom ugljikohidrata, masti i drugih neproteinskih supstanci, kao što su steroidni hormoni (u gonadama, korteksu nadbubrežne žlijezde). Kroz tubule i cisterne tvari, posebno materijal koji luči žljezdana stanica, kreću se od mjesta sinteze do zone pakovanja u granule. U područjima jetrenih stanica bogatih glatkim mrežastim strukturama uništavaju se i neutraliziraju štetne toksične tvari i neki lijekovi (barbiturati). U vezikulama i tubulima glatke mreže prugasto-prugastih mišića pohranjuju se (taloženi) ioni kalcija koji igraju važnu ulogu u procesu kontrakcije.
Golgijev kompleks-predstavlja hrpu ravnih membranskih vrećica tzv tenkovi. Spremnici su potpuno izolirani jedan od drugog i nisu međusobno povezani. Uz rubove rezervoara granaju se brojne cijevi i mjehurići. Povremeno se od EPS-a odvajaju vakuole (vezikule) sa sintetizovanim supstancama, koje se kreću u Golgijev kompleks i povezuju se sa njim. Supstance sintetizirane u ER postaju složenije i akumuliraju se u Golgijevom kompleksu. Funkcije Golgijevog kompleksa :1- U rezervoarima kompleksa Golgi dolazi do dalje hemijske transformacije i usložnjavanja supstanci koje u njega ulaze iz EPS-a. Na primjer, stvaraju se tvari potrebne za obnavljanje stanične membrane (glikoproteini, glikolipidi), polisaharidi.
2- U Golgijevom kompleksu, supstance se akumuliraju i privremeno se "pohranjuju"
3- Formirane supstance se „pakuju“ u vezikule (vakuole) i u tom obliku se kreću po ćeliji.
4- Lizozomi (sferične organele sa digestivnim enzimima) nastaju u Golgijevom kompleksu.
Lizozomi— male sferične organele, čije zidove formira jedna membrana; sadrže litički(degradirajući) enzimi. Prvo, lizozomi odvojeni od Golgijevog kompleksa sadrže neaktivne enzime. Pod određenim uslovima, njihovi enzimi se aktiviraju. Kada se lizozom spoji s fagocitotskom ili pinocitotskom vakuolom, formira se probavna vakuola u kojoj se odvija unutarćelijska probava. razne supstance.
Funkcije lizosoma :1- Oni razgrađuju tvari apsorbirane kao rezultat fagocitoze i pinocitoze. Biopolimeri se razlažu na monomere, koji ulaze u ćeliju i koriste se za njene potrebe.
Jezgro i njegove strukturne komponente
Na primjer, mogu se koristiti za sintezu novih organska materija ili se može dalje razgraditi kako bi se proizvela energija.
2- Uništiti stare, oštećene, suvišne organele. Do razgradnje organela može doći i tokom ćelijske gladi.
Vakuole- sferne jednomembranske organele, koje su rezervoari vode i tvari otopljenih u njoj. Vakuole uključuju: fagocitotske i pinocitozne vakuole, digestivne vakuole, vezikule odvojene od EPS-a i Golgijevog kompleksa. Vakuole životinjskih ćelija su male i brojne, ali njihov volumen ne prelazi 5% ukupne zapremine ćelije. Njihova glavna funkcija — transport supstanci kroz ćeliju, međusobna povezanost između organela.
U biljnoj ćeliji, vakuole čine do 90% zapremine.
U zreloj biljnoj ćeliji postoji samo jedna vakuola, koja zauzima centralni položaj. Membrana vakuole biljne ćelije je tonoplast, njen sadržaj je ćelijski sok. Funkcije vakuola u biljnoj ćeliji: održavanje stanične membrane u napetosti, akumuliranje različitih tvari, uključujući i ćelijski otpad. Vakuole opskrbljuju vodu za procese fotosinteze. Može uključivati:
- rezervne supstance koje sama ćelija može iskoristiti (organske kiseline, aminokiseline, šećeri, proteini). - supstance koje se uklanjaju iz ćelijskog metabolizma i akumuliraju u vakuolama (fenoli, tanini, alkaloidi itd.) - fitohormoni, fitoncidi,
- pigmenti (supstancije za bojenje) koji ćelijskom soku daju ljubičastu, crvenu, plavu, ljubičastu, a ponekad i žutu ili krem boju. Pigmenti ćelijskog soka boje latice cvijeća, plodove i korijenje.
14.Nemembranske organele (mikrotubule, ćelijski centar, ribozomi). Njihova struktura i funkcije.Ribosom - nemembranska ćelijska organela koja vrši biosintezu proteina. Sastoji se od dvije podjedinice - male i velike. Ribosom se sastoji od 3-4 rRNA molekula koji čine njegov okvir i nekoliko desetina molekula različitih proteina. Ribosomi se sintetiziraju u nukleolu. U ćeliji ribozomi mogu biti locirani na površini granularnog ER ili u hijaloplazmi ćelije u obliku polisoma. polizom - Ovo je kompleks mRNA i nekoliko ribozoma koji čitaju informacije iz nje. Funkcija ribozomi- biosinteza proteina. Ako se ribozomi nalaze na ER, onda se proteini koje sintetiziraju koriste za potrebe cijelog organizma, a hijaloplazmatski ribozomi sintetiziraju proteine za potrebe same stanice. Ribosomi u prokariotskim ćelijama su manji od ribozoma u eukariota. Isti mali ribozomi nalaze se u mitohondrijima i plastidima.
Mikrotubule - šuplje cilindrične ćelijske strukture koje se sastoje od nereducibilnog proteina tubulina. Mikrotubule nisu sposobne za kontrakciju. Zidovi mikrotubula su formirani od 13 lanaca proteina tubulina. Mikrotubule se nalaze duboko u hijaloplazmi ćelija.
Cilia i flagella - organele kretanja. Glavna funkcija - kretanje ćelija ili kretanje okolne tečnosti ili čestica duž ćelija. U višećelijskom organizmu cilije su karakteristične za epitel respiratornog trakta i jajovoda, a flagele su karakteristične za spermu. Cilia i flagella razlikuju se samo po veličini - flagele su duže. Zasnovani su na mikrotubulama raspoređenim po sistemu 9(2) + 2. To znači da 9 duplih mikrotubula (dubleta) formira zid cilindra, u čijem se središtu nalaze 2 pojedinačne mikrotubula. Nosač cilija i flagela su bazalna tijela. Bazalno tijelo ima cilindrični oblik, formirano od 9 trojki (trojki) mikrotubula; u centru bazalnog tijela nema mikrotubula.
Cl e tačan centar — mitotički centar, stalna struktura u gotovo svim životinjskim i nekim biljnim ćelijama, određuje polove ćelije koja se dijeli (vidi Mitoza) . Ćelijski centar obično se sastoji od dva centriola - guste granule veličine 0,2-0,8 µm, postavljene pod pravim uglom jedna u odnosu na drugu. Tokom formiranja mitotičkog aparata, centriole se divergiraju do polova ćelije, određujući orijentaciju vretena ćelijske diobe. Stoga je ispravnije da K. c. poziv mitotički centar, što odražava njen funkcionalni značaj, pogotovo jer samo u nekim ćelijama K. c. nalazi u njegovom centru. Tokom razvoja organizma menja se položaj krvnih zrnaca. u ćelijama i njegovom obliku. Kada se ćelija podeli, svaka ćelija kćerka dobija par centriola. Proces njihovog udvostručavanja češće se događa na kraju prethodne diobe ćelije. Pojava niza patoloških oblika diobe stanica povezana je s abnormalnom diobom K. c.
Akademik A. F. IOFF. "Nauka i život" br. 1, 1934
Članak „Jezgro atoma“ akademika Abrama Fedoroviča Ioffea otvorio je prvi broj časopisa „Nauka i život“, novonastalog 1934. godine.
E. Rutherford.
F. W. Aston.
TALASNA PRIRODA MATERIJE
Početkom 20. stoljeća atomska struktura materije prestala je biti hipoteza, a atom je postao stvarnost onoliko koliko su stvarne činjenice i pojave koje su nam zajedničke.
Pokazalo se da je atom vrlo složena formacija, koja nesumnjivo uključuje električne naboje, a možda i samo električne naboje. To je prirodno pokrenulo pitanje strukture atoma.
Po modelu je napravljen prvi model atoma Solarni sistem. Međutim, ova ideja o atomskoj strukturi ubrzo se pokazala neodrživom. I to je prirodno. Ideja o atomu kao solarnom sistemu bila je čisto mehanički prijenos slike povezane s astronomskim skalama na područje atoma, gdje su skale samo stomilioniti dio centimetra. Ovako oštra kvantitativna promjena nije mogla a da ne povuče vrlo značajnu promjenu kvalitetne osobine iste pojave. Ova razlika je prvenstveno uticala na to da atom, za razliku od Sunčevog sistema, mora biti izgrađen po mnogo strožim pravilima od onih zakona koji određuju putanje planeta Sunčevog sistema.
Pojavile su se dvije poteškoće. Prvo, svi atomi date vrste, datog elementa, potpuno su identični po svojim fizičkim svojstvima, te stoga orbite elektrona u tim atomima trebaju biti potpuno identične. U međuvremenu, zakoni mehanike koji upravljaju kretanjem nebeskih tijela ne pružaju apsolutno nikakvu osnovu za to. U zavisnosti od početna brzina Orbita planete može biti, prema ovim zakonima, potpuno proizvoljna; planeta se svaki put može rotirati odgovarajućom brzinom u bilo kojoj orbiti, na bilo kojoj udaljenosti od Sunca. Kada bi iste proizvoljne orbite postojale u atomima, tada atomi iste supstance ne bi mogli biti toliko identični po svojim svojstvima, na primjer, daju striktno identičan spektar luminescencije. Ovo je jedna kontradikcija.
Drugi je bio da kretanje elektrona oko atomskog jezgra, ako na njega primijenimo zakone koje smo dobro proučavali u velikim razmjerima u laboratorijskim eksperimentima ili čak astronomske pojave, moralo bi biti praćeno kontinuiranom emisijom energije. Posljedično, energija atoma bi se morala kontinuirano iscrpljivati, a atom opet ne bi mogao održati svoja svojstva identična i nepromijenjena kroz vijekove i milenijume, te bi cijeli svijet i svi atomi morali iskusiti kontinuirano slabljenje, kontinuirani gubitak energije sadržane u njima. Ovo ni na koji način nije kompatibilno sa osnovnim svojstvima atoma.
Posljednja poteškoća osjetila se posebno akutno. Činilo se da je to dovelo cijelu nauku u nerješivu slijepu ulicu.
Ugledni fizičar Lorentz završio je naš razgovor o tome ovako: "Žao mi je što nisam umro prije pet godina, kada ova kontradikcija još nije postojala. Tada bih umro u uvjerenju da sam otkrio dio istine u prirodne pojave.”
Istovremeno, u proleće 1924. de Broglie, mladi Langevinov student, u svojoj disertaciji izražava ideju koja je u svom daljem razvoju dovela do nove sinteze.
De Broglieova ideja, tada prilično izmijenjena, ali još uvijek u velikoj mjeri očuvana, bila je da kretanje elektrona koji rotira oko jezgra u atomu nije jednostavno kretanje određene lopte, kao što se ranije zamišljalo, da je ovo kretanje praćeno nekim talas koji putuje zajedno sa elektronom koji se kreće. Elektron nije lopta, već neka električna supstanca zamagljena u prostoru, čije kretanje istovremeno predstavlja širenje talasa.
Ova ideja, proširena ne samo na elektrone, već i na kretanje bilo kojeg tijela – elektrona, atoma i čitavog skupa atoma – kaže da svako kretanje tijela sadrži dvije strane, s kojih u nekim slučajevima možemo vidi posebno jasno jednu stranu, dok se druga ne ispoljava primjetno. U jednom slučaju vidimo, takoreći, širenje valova i ne primjećujemo kretanje čestica; u drugom slučaju, naprotiv, same pokretne čestice dolaze do izražaja, a val izmiče našem opažanju.
Ali u stvari, obje ove strane su uvijek prisutne, a posebno u kretanju elektrona ne postoji samo kretanje samih naboja, već i širenje vala.
Ne može se reći da ne postoji kretanje elektrona po orbitama, već samo pulsiranje, samo talasi, tj. nešto drugo. Ne, ispravnije bi bilo reći ovo: mi ne poričemo kretanje elektroda, koje smo uporedili sa kretanjem planeta oko Sunca, ali samo to kretanje ima karakter pulsiranja, a ne karaktera pokret globus oko Sunca.
Neću ovdje opisivati strukturu atoma, strukturu njegove elektronske ljuske, koja određuje sve osnovno fizička svojstva- adhezija, elastičnost, kapilarnost, hemijska svojstva itd. Sve je to rezultat kretanja elektronske ljuske, ili, kako sada kažemo, pulsiranja atoma.
PROBLEM ATOMSKOG NUKLUSA
Jezgro igra najbitniju ulogu u atomu. Ovo je centar oko kojeg se svi elektroni okreću i čija svojstva u konačnici određuju sve ostalo.
Prvo što bismo mogli naučiti o jezgru je njegov naboj. Znamo da atom sadrži određeni broj negativno nabijenih elektrona, ali atom kao cjelina nema električni naboj. To znači da negdje moraju postojati odgovarajući pozitivni naboji. Ovi pozitivni naboji su koncentrisani u jezgru. Jezgro je pozitivno nabijena čestica oko koje pulsira elektronska atmosfera koja okružuje jezgro. Naboj jezgra također određuje broj elektrona.
Elektroni gvožđa i bakra, stakla i drveta su potpuno isti. Za atom nije problem izgubiti nekoliko svojih elektrona ili čak izgubiti sve svoje elektrone. Sve dok ostaje pozitivno nabijeno jezgro, ovo jezgro će privlačiti onoliko elektrona koliko mu je potrebno iz drugih okolnih tijela, a atom će biti očuvan. Atom gvožđa će ostati gvožđe sve dok je njegovo jezgro netaknuto. Ako izgubi nekoliko elektrona, pozitivni naboj na jezgri bit će veći od zbira preostalih negativnih naboja, a cijeli atom kao cjelina će dobiti višak pozitivnog naboja. Tada ga ne zovemo atom, već pozitivni ion gvožđa. U drugom slučaju, atom može, naprotiv, da privuče sebi više negativnih elektrona nego što ima pozitivnih naboja - tada će biti negativno nabijen, a mi ga nazivamo negativnim jonom; to će biti negativni ion istog elementa. Prema tome, individualnost elementa, sva njegova svojstva postoje i određuju ih jezgro, naboj ovog jezgra, prije svega.
Nadalje, ogromnu većinu mase atoma određuje upravo jezgro, a ne elektroni, - masa elektrona je manja od jedne tisućinke mase cijelog atoma; više od 0,999 ukupne mase je masa jezgra. Ovo je tim važnije jer smatramo da je masa mjera rezerve energije koju data supstanca posjeduje; masa je ista mjera energije kao erg, kilovat-sat ili kalorija.
Složenost jezgra otkrivena je u fenomenu radioaktivnosti, otkrivenom ubrzo nakon rendgenskih zraka, na prijelazu našeg stoljeća. Poznato je da radioaktivni elementi kontinuirano emituju energiju u obliku alfa, beta i gama zraka. Ali takvo kontinuirano zračenje energije mora imati neki izvor. Godine 1902. Rutherford je pokazao da jedini izvor ove energije mora biti atom, drugim riječima, nuklearne energije. Druga strana radioaktivnosti je da emisija ovih zraka prenosi jedan element koji se nalazi na jednom mjestu periodnog sistema na drugi element sa različitim hemijska svojstva. Drugim riječima, radioaktivni procesi transformišu elemente. Ako je istina da jezgro atoma određuje njegovu individualnost i da, sve dok je jezgro netaknuto, atom ostaje atom datog elementa, a ne nekog drugog, tada prijelaz jednog elementa u drugi znači promjenu u samo jezgro atoma.
Zrake koje emituju radioaktivne supstance predstavljaju prvi pristup koji vam omogućava da ih stvorite opšta ideja o tome šta je sadržano u jezgru.
Alfa zraci su jezgra helijuma, a helijum je drugi element periodnog sistema. Stoga se može misliti da jezgro sadrži jezgra helijuma. Ali mjerenje brzina pri kojima se emituju alfa zraci odmah dovodi do vrlo ozbiljnih poteškoća.
GAMOWOVA TEORIJA RADIOAKTIVNOSTI
Jezgro je pozitivno naelektrisano. Kada joj se približi, svaka nabijena čestica doživljava silu privlačenja ili odbijanja. U velikoj laboratorijskoj skali, interakcije električnih naboja određene su Coulombovim zakonom: dva naboja međusobno djeluju sa silom koja je obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih i direktno proporcionalna veličini jednog i drugog naboja. Proučavajući zakone privlačenja ili odbijanja koje čestice doživljavaju kada se približavaju jezgru, Rutherford je otkrio da do udaljenosti vrlo bliskih jezgru, reda veličine 10-12 cm, još uvijek vrijedi isti Kulonov zakon. Ako je to tako, onda možemo lako izračunati koliko posla jezgro mora obaviti da odgurne pozitivni naboj dok napušta jezgro i izbacuje se van. Alfa čestice i nabijena jezgra helijuma, izlazeći iz jezgra, kreću se pod odbojnim efektom njegovog naboja; a odgovarajući proračun pokazuje da su samo pod utjecajem odbijanja alfa čestice morale akumulirati kinetičku energiju koja odgovara najmanje 10 ili 20 miliona elektron volti, odnosno energiju koja se dobije prolaskom naelektrisanja jednakog naboju elektrona, potencijalna razlika od 20 miliona volti. Ali u stvari, kada lete iz atoma, izlaze sa mnogo manje energije, samo 1-5 miliona elektron-volti. Ali, osim toga,
Bilo je prirodno očekivati da jezgro, kada izbaci alfa česticu, da joj još nešto dodatno. U trenutku izbacivanja u jezgru se dešava nešto poput eksplozije, a sama ta eksplozija daje neku vrstu energije; Ovome se dodaje i rad odbojnih sila, i ispada da je zbir ovih energija manji od onoga što bi samo odbijanje trebalo dati. Ova kontradikcija se otklanja čim odbijemo da mehanički prenesemo u ovo područje stavove razvijene iz iskustva proučavanja velikih tijela, pri čemu ne uzimamo u obzir talasnu prirodu kretanja. G. A. Gamov je prvi dao ispravno tumačenje ove kontradikcije i stvorio talasnu teoriju jezgra i radioaktivnih procesa.
Poznato je da na dovoljno velikim udaljenostima (više od 10 -12 cm) jezgro odbija od sebe pozitivan naboj. S druge strane, nema sumnje da se unutar samog jezgra, koje sadrži mnogo pozitivnih naboja, iz nekog razloga ne odbijaju. Samo postojanje jezgra pokazuje da se pozitivni naboji unutar jezgra međusobno privlače, a izvan jezgra odbijaju.
Kako možemo opisati energetske uslove u i oko jezgra? Gamow je kreirao sljedeću reprezentaciju. Na dijagramu (slika 5) prikazat ćemo količinu energije pozitivnog naboja na datoj lokaciji udaljenosti od horizontalne linije A.
Kako se približava jezgru, energija naboja će se povećavati, jer će se raditi protiv sile odbijanja. Unutar jezgra, naprotiv, energija bi se ponovo trebala smanjiti, jer ovdje ne postoji međusobno odbijanje, već uzajamno privlačenje. Na granicama jezgra dolazi do naglog smanjenja energetske vrijednosti. Naš crtež je prikazan na ravni; u stvari, naravno, trebate ga zamisliti u svemiru sa istom raspodjelom energije u svim drugim smjerovima. Tada dobijamo da oko jezgra postoji sferni sloj sa visokom energijom, kao neka vrsta energetske barijere koja štiti jezgro od prodora pozitivnih naboja, takozvana “Gamow barijera”.
Ako stojimo na stanovištu uobičajenih pogleda na kretanje tijela i zaboravimo na njegovu talasnu prirodu, onda moramo očekivati da samo takav pozitivan naboj može prodrijeti u jezgro čija energija nije manja od visina barijere. Naprotiv, da bi napustio jezgro, naboj prvo mora doći do vrha barijere, nakon čega će njegova kinetička energija početi da raste kako se udaljava od jezgra. Ako je na vrhu barijere energija bila nula, onda će kada se ukloni iz atoma primiti onih istih 20 miliona elektron-volti, koji se zapravo nikada ne primjećuju. Novo razumijevanje jezgra koje je Gamow uveo je sljedeće. Kretanje čestice se mora posmatrati kao talas. Shodno tome, na ovo kretanje utiče energija ne samo u tački koju zauzima čestica, već i u čitavom difuznom talasu čestice, koji pokriva prilično veliki prostor. Na osnovu koncepata valne mehanike, možemo tvrditi da čak i ako energija u datoj tački nije dosegla granicu koja odgovara vrhu barijere, čestica može završiti na drugoj strani barijere, gdje je nema. duže uvučene u jezgro od strane privlačnih sila koje tamo djeluju.
Sljedeći eksperiment predstavlja nešto slično. Zamislite da se iza zida sobe nalazi bure vode. Iz ovog bureta se izvlači cijev, koja prolazi visoko iznad kroz rupu u zidu i dovodi vodu; voda izliva ispod. Ovo je dobro poznat uređaj koji se zove sifon. Ako je bure na toj strani postavljeno više od kraja cijevi, tada će voda kontinuirano teći kroz nju brzinom određenom razlikom u nivou vode u buretu i na kraju cijevi. Nema tu ništa iznenađujuće. Ali da niste znali za postojanje bureta s druge strane zida i vidjeli samo cijev kroz koju voda teče sa velike visine, onda bi vam se ova činjenica činila nepomirljivom kontradiktornošću. Voda teče sa velike visine i pritom ne akumulira energiju koja odgovara visini cijevi. Međutim, objašnjenje u u ovom slučaju očigledno.
Sličan fenomen imamo i u jezgru. Punite iz svog normalnog položaja A raste u stanje veće energije IN, ali uopće ne doseže vrh barijere WITH(Sl. 6).
Od države IN alfa čestica, prolazeći kroz barijeru, počinje da se odbija od jezgra, a ne od samog vrha WITH, i sa niže energetske visine B 1. Stoga, kada izađe napolje, energija koju akumulira čestica neće zavisiti od visine WITH, a sa niže visine jednake B 1(Sl. 7).
Ovo kvalitativno razmišljanje može se staviti u kvantitativni oblik i može se dati zakon koji određuje vjerovatnoću da alfa čestica prođe barijeru ovisno o energiji IN, koju posjeduje u jezgru, a samim tim i od energije koju prima napuštajući atom.
Kroz niz eksperimenata ustanovljen je vrlo jednostavan zakon koji je povezivao broj alfa čestica koje emitiraju radioaktivne tvari s njihovom energijom ili brzinom. Ali značenje ovog zakona bilo je potpuno nejasno.
Gamowov prvi uspjeh leži u činjenici da je ovaj kvantitativni zakon emisije alfa čestica potpuno precizno i lako slijedio iz njegove teorije. Sada su “Gamow energetska barijera” i njena talasna interpretacija osnova svih naših ideja o jezgru.
Svojstva alfa zraka su kvalitativno i kvantitativno dobro objašnjena Gamowovom teorijom, ali je poznato da radioaktivne tvari emituju i beta zrake – tokove brzih elektrona. Model ne može objasniti emisiju elektrona. Ovo je jedna od najozbiljnijih kontradikcija u teoriji atomskog jezgra, koja je donedavno ostala nerazjašnjena, ali se sada čini da se rešenje nazire.
STRUKTURA JEZGRA
Hajdemo sada da razmotrimo ono što znamo o strukturi jezgra.
Prije više od 100 godina, Prout je izrazio ideju da možda elementi periodnog sistema uopće nisu odvojeni, nepovezani oblici materije, već su samo različite kombinacije atoma vodika. Ako bi to bilo tako, onda bi se očekivalo da ne samo da naboji svih jezgara budu cjelobrojni višekratnici naboja vodika, već će se i mase svih jezgara izraziti kao cjelobrojni višekratnici mase jezgra vodika, tj. sve atomske težine bi morale biti izražene cijelim brojevima. Zaista, ako pogledate tablicu atomskih težina, možete vidjeti veliki broj cijelih brojeva. Na primjer, ugljenik je tačno 12, azot je tačno 14, kiseonik je tačno 16, fluor je tačno 19. Ovo, naravno, nije slučajno. Ali još uvijek postoje atomske težine koje su daleko od cijelih brojeva. Na primjer, neon ima atomsku težinu od 20,2, klor - 35,46. Stoga je Proutova hipoteza ostala djelomična pretpostavka i nije mogla postati teorija strukture atoma. Proučavajući ponašanje nabijenih jona, posebno je lako proučavati svojstva atomskog jezgra utječući na njih, na primjer, električnim i magnetskim poljem.
Metoda zasnovana na tome, koju je Aston doveo do izuzetno visoke preciznosti, omogućila je da se utvrdi da svi elementi čije atomske težine nisu izražene cijelim brojevima zapravo nisu homogena supstanca, već mješavina dva ili više - 3, 4 , 9 - različite vrste atomi. Na primjer, atomska težina hlora je 35,46 jer zapravo postoji nekoliko vrsta atoma hlora. Postoje atomi hlora sa atomskom težinom 35 i 37, a ove dve vrste hlora su pomešane zajedno u takvom omjeru da je njihova prosečna atomska težina 35,46. Ispostavilo se da ne samo u ovom konkretnom slučaju, već u svim slučajevima bez izuzetka, gdje atomske težine nisu izražene cijelim brojevima, imamo mješavinu izotopa, odnosno atoma istog naboja, dakle predstavljaju isti element, ali sa različitim masama. Svaki pojedinačni tip atoma uvijek ima cijelu atomsku težinu.
Tako je Proutova hipoteza odmah dobila značajno pojačanje, a pitanje bi se moglo smatrati riješenim da ne postoji jedan izuzetak, a to je sam vodonik. Činjenica je da naš sistem atomskih težina nije izgrađen na vodoniku, uzetom kao jedan, već na atomskoj težini kiseonika, koja se konvencionalno uzima kao 16. U odnosu na ovu težinu, atomske težine se izražavaju kao gotovo tačni celi brojevi. Ali sam vodonik u ovom sistemu ima atomsku težinu ne jedan, već nešto više, naime 1,0078. Ovaj broj se prilično značajno razlikuje od jedinice - za 3/4%, što daleko premašuje sve moguće greške u određivanju atomske težine.
Ispostavilo se da kiseonik ima i 3 izotopa: pored preovlađujućeg, atomske težine 16, drugog atomske težine 17 i trećeg atomske težine 18. Ako sve atomske težine dodijelimo izotopu 16, onda će atomska težina vodika i dalje biti nešto veća od jedan. Zatim je pronađen drugi izotop vodika - vodik atomske težine 2 - deuterijum, kako su ga nazvali Amerikanci koji su ga otkrili, ili diplogen, kako ga zovu Britanci. Samo oko 1/6000 ovog deuterija je umešano, i stoga prisustvo ove nečistoće ima vrlo mali uticaj na atomsku težinu vodonika.
Pored vodonika, helijum ima atomsku težinu od 4,002. Kada bi se sastojao od 4 vodonika, onda bi njegova atomska težina očito bila 4,031. Dakle, u ovom slučaju imamo određeni gubitak u atomskoj težini, odnosno: 4,031 - 4,002 = 0,029. Moguće je? Sve dok masu nismo smatrali nekom merom materije, naravno, ovo je bilo nemoguće: to bi značilo da je deo materije nestao.
Ali teorija relativnosti je bez sumnje utvrdila da masa nije mjera količine materije, već mjera energije koju ova materija posjeduje. Materija se ne mjeri masom, već brojem naboja koji čine tu materiju. Ovi naboji mogu imati više ili manje energije. Kada se identični naboji približavaju, energija se povećava; kada se udaljavaju, energija se smanjuje. Ali to, naravno, ne znači da se stvar promijenila.
Kada kažemo da je tokom formiranja helijuma iz 4 vodonika nestalo 0,029 atomskih težina, to znači da je nestala energija koja odgovara ovoj vrijednosti. Znamo da svaki gram supstance ima energiju jednaku 9. 10 20 erg. Kada se formira 4 g helijuma, izgubljena energija je 0,029. 9 . 10 20 ergama. Zbog ovog smanjenja energije, 4 jezgra vodika će se spojiti u novo jezgro. Višak energije će se osloboditi u okolni prostor, a ostat će jedinjenje sa nešto manje energije i mase. Dakle, ako se atomske težine ne mjere precizno cijelim brojevima 4 ili 1, već 4,002 i 1,0078, onda upravo te hiljaditinke dobivaju poseban značaj jer određuju energiju koja se oslobađa pri formiranju jezgra.
Što se više energije oslobodi tokom formiranja jezgra, tj. što je veći gubitak atomske težine, to je jezgro jače. Konkretno, jezgro helijuma je vrlo snažno, jer kada se formira, oslobađa se energija koja odgovara gubitku atomske težine - 0,029. Ovo je veoma visoka energija. Da bismo to prosudili, najbolje je zapamtiti ovaj jednostavan omjer: hiljaditi dio atomske težine odgovara približno 1 milion elektron-volti. Dakle, 0,029 je otprilike 29 miliona elektron-volti. Da bi se uništilo jezgro helijuma kako bi se ponovo razgradilo na 4 vodonika, potrebna je kolosalna energija. Jezgro ne prima takvu energiju, stoga je jezgro helijuma izuzetno stabilno i zato se iz radioaktivnih jezgara ne oslobađaju jezgra vodonika, već čitava jezgra helijuma, alfa čestice. Ova razmatranja nas dovode do nove procjene atomske energije. Već znamo da je gotovo sva energija atoma koncentrisana u jezgru, i to ogromna energija. 1 g supstance ima, ako se prevede na više vizuelni jezik, onoliko energije koliko se može dobiti sagorevanjem 10 vozova od 100 vagona nafte. Stoga je jezgro apsolutno izuzetan izvor energije. Uporedite 1 g sa 10 vlakova - ovo je omjer koncentracije energije u jezgri u odnosu na energiju koju koristimo u našoj tehnologiji.
Međutim, ako razmislite o činjenicama koje sada razmatramo, možete, naprotiv, doći do potpuno suprotnog pogleda na jezgro. Jezgro, sa ove tačke gledišta, nije izvor energije, već njegovo groblje: jezgro je ostatak nakon oslobađanja ogromne količine energije, a u njemu imamo najniže stanje energije.
Prema tome, ako možemo govoriti o mogućnosti korištenja nuklearne energije, onda samo u smislu da, možda, nisu sva jezgra dostigla ekstremno nisku energiju: na kraju krajeva, i vodik i helij postoje u prirodi, pa prema tome, ne postoji sav vodonik. kombinovano u helijum, iako helijum ima manje energije. Kada bismo mogli stopiti postojeći vodonik u helijum, dobili bismo određenu količinu energije. Ovo nije 10 vozova sa naftom, ali će ipak biti otprilike 10 vagona sa naftom. A to i nije tako loše kada bi se iz 1 g tvari moglo dobiti onoliko energije koliko iz sagorijevanja 10 vagona nafte.
To su moguće rezerve energije tokom preuređivanja jezgara. Ali mogućnost je, naravno, daleko od stvarnosti.
Kako se ove mogućnosti mogu realizovati? Da bismo ih procijenili, prijeđimo na razmatranje sastava atomskog jezgra.
Sada možemo reći da sve jezgre sadrže pozitivna jezgra vodika, koja se nazivaju protoni, imaju jediničnu atomsku težinu (1,0078 da budemo precizni) i jedinični pozitivan naboj. Ali jezgro se ne može sastojati samo od protona. Uzmimo, na primjer, najteži element, rangiran na 92. mjestu u periodnom sistemu, uranijum, sa atomskom težinom od 238. Ako pretpostavimo da je svih ovih 238 jedinica sastavljeno od protona, tada bi uranijum imao 238 naboja, dok ima samo 92. Shodno tome, ili nisu sve čestice naelektrisane, ili postoji 146 negativnih elektrona pored 238 protona. Tada je sve u redu: atomska težina bi bila 238, pozitivni naboji 238 i negativni naboji 146, dakle, ukupan naboj je 92. Ali već smo utvrdili da pretpostavka o prisutnosti elektrona u jezgru nije u skladu s našim idejama: niti po veličini niti u magnetnim svojstvima elektrona u jezgru ne mogu se postaviti. Ostala je neka vrsta kontradikcije.
OTKRIĆE NEUTRONA
Ovu kontradikciju uništila je nova eksperimentalna činjenica koju su prije otprilike dvije godine otkrili Irene Curie i njen suprug Joliot (Irene Curie je kćer Marie Curie, koja je otkrila radijum). Irene Curie i Joliot otkrili su da kada se berilij (četvrti element periodnog sistema) bombardira alfa česticama, berilij emituje neke čudne zrake koje prodiru u ogromne debljine materije. Čini se da, pošto tako lako prodiru u supstance, ne bi trebalo da izazovu nikakve značajne efekte, inače bi im energija bila iscrpljena i ne bi prodrle u supstancu. S druge strane, ispostavilo se da te zrake, sudarajući se s jezgrom atoma, odbacuju ga ogromnom silom, kao da ih pogađa teška čestica. Dakle, s jedne strane, mora se misliti da su ovi zraci teška jezgra, a s druge strane da su sposobni da prođu kroz ogromne debljine bez ikakvog uticaja.
Rješenje ove kontradikcije pronađeno je u činjenici da ova čestica nije nabijena. Ako čestica nema električni naboj, onda ništa neće djelovati na nju, a ni ona sama neće djelovati ni na što. Tek kada tokom svog kretanja negdje naleti na topovsku kuglu, baci je.
Tako su se pojavile nove nenabijene čestice - neutroni. Ispostavilo se da je masa ove čestice približno ista kao i masa čestice vodika - 1,0065 (jedan hiljaditi dio manje od protona, dakle, njegova energija je otprilike 1 milion elektron volti manja). Ova čestica je slična protonu, ali joj nedostaje samo pozitivan naboj, neutralna je, zvala se neutron.
Kada je postojanje neutrona postalo jasno, predložena je potpuno drugačija ideja o strukturi jezgra. Prvo ga je izrazio D. D. Ivanenko, a zatim ga je razvio, posebno Heisenberg, koji je primio nobelova nagrada prošle godine. Jezgro može sadržavati protone i neutrone. Moglo bi se pretpostaviti da je jezgro sastavljeno samo od protona i neutrona. Tada se cijela konstrukcija periodnog sistema čini potpuno drugačijom, ali vrlo jednostavnom. Kako, na primjer, zamisliti uranijum? Njegova atomska težina je 238, odnosno ima 238 čestica. Ali neki od njih su protoni, neki neutroni. Svaki proton ima pozitivan naboj; neutroni uopće nemaju naboj. Ako je naboj uranijuma 92, to znači da su 92 protoni, a ostalo neutroni. Ova ideja je već dovela do niza vrlo zapaženih uspjeha i odmah razjasnila niz svojstava periodnog sistema koji su se ranije činili potpuno misterioznima. Kada ima malo protona i neutrona, onda moderne ideje talasne mehanike, treba očekivati da je broj protona i neutrona u jezgru isti. Samo proton ima naboj, a broj protona daje atomski broj. A atomska težina elementa je zbir težina protona i neutrona, jer oba imaju jednu atomsku težinu. Na osnovu toga možemo reći da je atomski broj polovina atomske težine.
Sada i dalje ostaje jedna poteškoća, jedna kontradikcija. Ovo je kontradikcija koju stvaraju beta čestice.
OTKRIĆE POZITRONA
Došli smo do zaključka da u jezgru nema ničega osim pozitivno nabijenog protona. Kako se onda negativni elektroni izbacuju iz jezgra ako tamo uopće nema negativnih naboja? Kao što vidite, mi smo u teškoj situaciji.
Iz toga nas opet izvlači nova eksperimentalna činjenica, novo otkriće. Ovo otkriće je, možda po prvi put, napravio D.V. Skobeltsyn, koji je, proučavajući kosmičke zrake dugo vremena, otkrio da među nabojima koje emituju kosmičke zrake postoje i pozitivne svjetlosne čestice. Ali ovo otkriće bilo je toliko suprotno svemu što je bilo čvrsto utvrđeno da Skobeltsyn u početku nije dao takvo tumačenje svojim zapažanjima.
Sljedeća osoba koja je otkrila ovaj fenomen bio je američki fizičar Andersen u Pasadeni (Kalifornija), a nakon njega u Engleskoj, u Rutherfordovoj laboratoriji, Blackett. To su pozitivni elektroni ili, kako ih nije baš dobro zvalo, pozitroni. Da su to zaista pozitivni elektroni, najlakše se može vidjeti po njihovom ponašanju u magnetskom polju. U magnetskom polju, elektroni se odbijaju u jednom smjeru, a pozitroni u drugom, a smjer njihovog otklona određuje njihov predznak.
U početku su pozitroni uočeni samo tokom prolaska kosmičkih zraka. Nedavno su iste Irene Curie i Joliot otkrile novi izuzetan fenomen. Ispostavilo se da postoji novi tip radioaktivnosti, da jezgra aluminijuma, bora, magnezijuma, koji sami po sebi nisu radioaktivni, kada se bombarduju alfa zracima, postaju radioaktivni. Od 2 do 14 minuta nastavljaju da emituju čestice same od sebe, a te čestice više nisu alfa i beta zraci, već pozitroni.
Teorija pozitrona nastala je mnogo ranije nego što je pronađen sam pozitron. Dirac je sebi postavio zadatak da jednačinama valne mehanike da takav oblik da bi zadovoljile i teoriju relativnosti.
Ove Diracove jednadžbe, međutim, dovele su do vrlo čudne posljedice. Masa u njih ulazi simetrično, tj. kada se predznak mase promijeni u suprotan, jednadžbe se ne mijenjaju. Ova simetrija jednadžbi u odnosu na masu omogućila je Diracu da predvidi mogućnost postojanja pozitivnih elektrona.
U to vrijeme niko nije primijetio pozitivne elektrone, a postojalo je snažno uvjerenje da pozitivnih elektrona nema (o tome se može suditi po oprezu s kojim su i Skobeltsyn i Andersen pristupili ovom pitanju), pa je Diracova teorija odbačena. Dvije godine kasnije pozitivni elektroni su zapravo pronađeni i, naravno, prisjetili su se Diracove teorije, koja je predviđala njihov izgled.
"MATERIJALIZACIJA" I "ANNIHILACIJA"
Ova teorija je povezana sa brojnim neutemeljenim tumačenjima koja je okružuju sa svih strana. Ovde bih želeo da analiziram proces materijalizacije, tako nazvan na inicijativu Madame Curie - pojavu, kada gama zraci prolaze kroz materiju, istovremeno para pozitivnih i negativnih elektrona. Ova eksperimentalna činjenica se tumači kao transformacija elektromagnetne energije u dvije čestice materije koje prije nisu postojale. Ova činjenica se, dakle, tumači kao stvaranje i nestanak materije pod uticajem tih drugih zraka.
Ali ako bolje pogledamo ono što zapravo opažamo, lako je vidjeti da takvo tumačenje pojave parova nema osnova. Posebno, Skobeltsynov rad jasno pokazuje da se pojava para naboja pod utjecajem gama zraka uopće ne događa u praznom prostoru; pojava parova se uvijek opaža samo u atomima. Dakle, ovdje se ne radi o materijalizaciji energije, ne o pojavi neke nove materije, već samo o odvajanju naboja unutar materije koja već postoji u atomu. Gdje je ona bila? Mora se misliti da se proces cijepanja pozitivnog i negativnog naboja događa nedaleko od jezgra, unutar atoma, ali ne i unutar jezgra (na relativno ne baš velikoj udaljenosti od 10 -10 -10 -11 cm, dok je polumjer jezgra je 10 -12 -10 -13 cm).
Potpuno isto se može reći i za obrnuti proces „uništenja materije“ - kombinaciju negativnog i pozitivnog elektrona sa oslobađanjem milion elektron volti energije u obliku dva kvanta elektromagnetnih gama zraka. I ovaj proces se uvijek događa u atomu, očigledno blizu njegovog jezgra.
Ovdje dolazimo do mogućnosti rješavanja kontradikcije koju smo već primijetili, a koja proizlazi iz emisije beta zraka negativnih elektrona od strane jezgra, koje, kako mislimo, ne sadrži elektrone.
Očigledno, beta čestice ne lete iz jezgra, već zbog jezgra; Zbog oslobađanja energije unutar jezgre, u blizini jezgre dolazi do procesa cijepanja na pozitivne i negativne naboje, pri čemu se negativni naboj izbacuje, a pozitivni naboj uvlači u jezgro i vezuje se s neutronom, formirajući pozitivan proton. Ovo je pretpostavka koja se nedavno pojavila.
Evo šta znamo o sastavu atomskog jezgra.
ZAKLJUČAK
U zaključku, recimo nekoliko riječi o budućim izgledima.
Ako smo u proučavanju atoma došli do određenih granica iza kojih kvantitativne promjene prešli u nova kvalitativna svojstva, tada na granicama atomskog jezgra prestaju da funkcionišu oni zakoni valne mehanike koje smo otkrili u atomskoj ljusci; u srži se počinju osjećati još uvijek vrlo nejasne konture nove, još generaliziranije teorije, u odnosu na koju valna mehanika predstavlja samo jednu stranu fenomena, čija se druga strana sada počinje otvarati – i počinje, kao i uvek, sa kontradiktornostima.
Rad na atomskom jezgru ima i drugu vrlo zanimljivu stranu, usko isprepletenu s razvojem tehnologije. Jezgro je vrlo dobro zaštićeno Gamow barijerom od vanjskih utjecaja. Ako bismo, ne ograničavajući se samo na promatranje raspada jezgara u radioaktivnim procesima, željeli probiti jezgro izvana i obnoviti ga, onda bi to zahtijevalo izuzetno snažan udar.
Problem kernela najhitnije zahtijeva dalje razvoj tehnologije, prelazak sa onih napona koje je visokonaponska tehnologija već savladala, sa napona od nekoliko stotina hiljada volti, na milione volti. U tehnologiji se stvara nova faza. Ovaj rad na stvaranju novih izvora napona od milion volti sada se izvodi u svim zemljama - kako u inostranstvu tako i kod nas, posebno u laboratoriji u Harkovu, koja je prva započela ovaj posao, i na Lenjingradskom institutu za fiziku i tehnologiju. , i na drugim mjestima.
Problem kernela je jedan od najvećih trenutni problemi naše vrijeme u fizici; na njemu se mora raditi s krajnjim intenzitetom i istrajnošću, a u tom poslu je potrebno imati veliku hrabrost misli. U svom izlaganju ukazao sam na nekoliko slučajeva kada smo se, prelazeći na nove razmjere, uvjerili da naše logičke navike, sve naše ideje izgrađene na ograničenom iskustvu, nisu pogodne za nove pojave i nove razmjere. Moramo prevazići ovaj zdravorazumski konzervativizam svojstven svakom od nas. Zdrav razum je koncentrisano iskustvo prošlosti; ne može se očekivati da će ovo iskustvo u potpunosti obuhvatiti budućnost. U centralnom regionu, više nego u bilo kom drugom, treba stalno imati na umu mogućnost novih kvalitativnih svojstava i ne plašiti ih se. Čini mi se da se tu treba osjetiti snaga dijalektičke metode, metode lišene ovog konzervativizma koji je predvidio cijeli tok razvoja moderna fizika. Naravno, ono što ovdje mislim pod dijalektičkom metodom nije skup fraza preuzetih od Engelsa. Nisu njegove riječi, već njihovo značenje ono što se mora prenijeti na naš rad; Samo jedna dijalektička metoda može nas pokrenuti naprijed u tako potpuno novom i naprednom području kao što je problem jezgre.
Mnogo prije pojave pouzdanih podataka o unutrašnjoj strukturi svih stvari, grčki mislioci su zamišljali materiju u obliku sićušnih vatrenih čestica koje su bile u stalnom kretanju. Vjerovatno je ova vizija svjetskog poretka stvari izvedena iz čisto logičkih zaključaka. Uprkos određenoj naivnosti i apsolutnom nedostatku dokaza ove izjave, ispostavilo se da je tačna. Iako su naučnici uspeli da potvrde ovu smelu pretpostavku tek dvadeset i tri veka kasnije.
Atomska struktura
IN kasno XIX vijeka proučavana su svojstva cijevi za pražnjenje kroz koju je prolazila struja. Zapažanja su pokazala da se u ovom slučaju emituju dvije struje čestica:
Negativne čestice katodnih zraka zvale su se elektroni. Nakon toga, čestice sa istim omjerom naboja i mase otkrivene su u mnogim procesima. Činilo se da su elektroni univerzalne komponente različitih atoma, koje se prilično lako odvajaju kada ih bombardiraju joni i atomi.
Čestice koje nose pozitivan naboj bile su predstavljene kao fragmenti atoma nakon što su izgubili jedan ili više elektrona. U stvari, pozitivne zrake su bile grupe atoma bez negativnih čestica i, kao rezultat, imaju pozitivan naboj.
Thompson model
Na osnovu eksperimenata je ustanovljeno da pozitivne i negativne čestice predstavljaju bit atoma i da su njegove komponente. Engleski naučnik J. Thomson predložio je svoju teoriju. Po njegovom mišljenju, struktura atoma i atomskog jezgra bila je neka vrsta mase u kojoj su negativni naboji bili stisnuti u pozitivno nabijenu kuglicu, poput grožđica u kolačić. Kompenzacija punjenja učinila je „klapčić“ električno neutralnim.
Rutherfordov model
Mladi američki naučnik Rutherford je, analizirajući tragove koje su ostavile alfa čestice, došao do zaključka da je Thompsonov model nesavršen. Neke alfa čestice su se skretale pod malim uglovima - 5-10 o. U rijetkim slučajevima alfa čestice su se skretale pod velikim uglovima od 60-80 o, au izuzetnim slučajevima uglovi su bili vrlo veliki - 120-150 o. Thompsonov model atoma nije mogao objasniti razliku.
Rutherford predlaže novi model koji objašnjava strukturu atoma i atomskog jezgra. Fizika procesa kaže da bi atom trebao biti 99% prazan, sa sićušnim jezgrom i elektronima koji rotiraju oko njega, krećući se po orbitama.
Odstupanja prilikom udara objašnjava činjenicom da čestice atoma imaju svoje električno naboje. Pod uticajem bombardovanja naelektrisanih čestica, atomski elementi se ponašaju kao obična naelektrisana tela u makrokosmosu: čestice sa istim nabojem se međusobno odbijaju, a one sa suprotnim naelektrisanjem privlače.
Stanje atoma
Početkom prošlog stoljeća, kada su lansirani prvi akceleratori čestica, sve teorije koje su objašnjavale strukturu atomskog jezgra i samog atoma čekale su eksperimentalnu provjeru. Do tada su interakcije alfa i beta zraka s atomima već bile temeljno proučavane. Sve do 1917. vjerovalo se da su atomi ili stabilni ili radioaktivni. Stabilni atomi se ne mogu razdvojiti, a raspad radioaktivnih jezgara se ne može kontrolisati. Ali Rutherford je uspio opovrgnuti ovo mišljenje.
Prvi proton
E. Rutherford je 1911. iznio ideju da se sva jezgra sastoje od identičnih elemenata, čija je osnova atom vodonika. Naučnika je na ovu ideju potaknuo važan zaključak iz prethodnih studija strukture materije: mase svih hemijski elementi dijele se bez ostatka masom vodonika. Nova pretpostavka je otvorila neviđene mogućnosti, omogućavajući nam da sagledamo strukturu atomskog jezgra na nov način. Nuklearne reakcije trebale su potvrditi ili opovrgnuti novu hipotezu.
Eksperimenti su izvedeni 1919. s atomima dušika. Bombardirajući ih alfa česticama, Rutherford je postigao zadivljujući rezultat.
Atom N je apsorbovao alfa česticu, zatim se pretvorio u atom kiseonika O 17 i emitovao jezgro vodika. Ovo je bila prva umjetna transformacija atoma jednog elementa u drugi. Takvo iskustvo dalo je nadu da struktura atomskog jezgra i fizika postojećih procesa omogućavaju izvođenje drugih nuklearnih transformacija.
Naučnik je u svojim eksperimentima koristio metodu scintilacionog bljeska. Na osnovu učestalosti baklji izveo je zaključke o sastavu i strukturi atomskog jezgra, o karakteristikama nastalih čestica, o njihovim atomska masa i serijski broj. Nepoznatu česticu je Rutherford nazvao proton. Imao je sve karakteristike atoma vodika bez svog jednog elektrona - jednog pozitivnog naboja i odgovarajuće mase. Tako je dokazano da su proton i jezgro vodika iste čestice.
1930. godine, kada su izgrađeni i lansirani prvi veliki akceleratori, Rutherfordov model atoma je testiran i dokazan: svaki atom vodika sastoji se od usamljenog elektrona, čiji se položaj ne može odrediti, i labavog atoma s usamljenim pozitivnim protonom unutar . Budući da protoni, elektroni i alfa čestice mogu izletjeti iz atoma tokom bombardiranja, naučnici su mislili da su to komponente bilo kojeg atomskog jezgra. Ali takav model atoma jezgre izgledao je nestabilan - elektroni su bili preveliki da bi stali u jezgro, osim toga, postojale su ozbiljne poteškoće povezane s kršenjem zakona količine kretanja i očuvanja energije. Ova dva zakona, poput strogih računovođa, govore da zamah i masa tokom bombardovanja nestaju u nepoznatom pravcu. Pošto su ovi zakoni bili opšteprihvaćeni, bilo je potrebno pronaći objašnjenja za takvo curenje.
Neutroni
Naučnici širom svijeta provodili su eksperimente s ciljem otkrivanja novih komponenti atomskih jezgara. 1930-ih, njemački fizičari Becker i Bothe bombardirali su atome berilijuma alfa česticama. Istovremeno je zabilježeno nepoznato zračenje koje je odlučeno nazvati G-zracima. Detaljne studije otkrile su neke od karakteristika novih zraka: mogle su se širiti striktno pravolinijski, nisu bile u interakciji s električnim i magnetna polja, imao je visoku prodornu sposobnost. Kasnije su čestice koje formiraju ovu vrstu zračenja pronađene tokom interakcije alfa čestica sa drugim elementima - borom, hromom i drugima.
Chadwickova pretpostavka
Zatim je James Chadwick, kolega i učenik Rutherforda, dao kratku poruku u časopisu Nature, koja je kasnije postala opšte poznata. Chadwick je skrenuo pažnju na činjenicu da se kontradikcije u zakonima održanja mogu lako riješiti ako pretpostavimo da je novo zračenje tok neutralnih čestica, od kojih svaka ima masu približno jednaku masi protona. Uzimajući u obzir ovu pretpostavku, fizičari su značajno proširili hipotezu koja objašnjava strukturu atomskog jezgra. Ukratko, suština dodataka je svedena na novu česticu i njenu ulogu u strukturi atoma.
Svojstva neutrona
Otkrivena čestica dobila je naziv "neutron". Novootkrivene čestice nisu formirale elektromagnetna polja oko sebe i lako su prolazile kroz materiju bez gubitka energije. U rijetkim sudarima s lakim atomskim jezgrama, neutron je u stanju da izbaci jezgro iz atoma, gubeći značajan dio svoje energije. Struktura atomskog jezgra pretpostavljala je prisustvo različitog broja neutrona u svakoj tvari. Atomi s istim nuklearnim nabojem, ali različitim brojem neutrona nazivaju se izotopi.
Neutroni su poslužili kao odlična zamjena za alfa čestice. Trenutno se koriste za proučavanje strukture atomskog jezgra. Nemoguće je ukratko opisati njihov značaj za nauku, ali zahvaljujući bombardovanju atomskih jezgara neutronima, fizičari su uspjeli dobiti izotope gotovo svih poznatih elemenata.
Sastav jezgra atoma
Trenutno je struktura atomskog jezgra skup protona i neutrona koje zajedno drže nuklearne sile. Na primjer, jezgro helijuma je grudva od dva neutrona i dva protona. Lagani elementi imaju skoro jednak broj protoni i neutroni, teški elementi broj neutrona je mnogo veći.
Ovu sliku strukture jezgra potvrđuju eksperimenti na modernim velikim akceleratorima s brzim protonima. Električne odbojne sile protona uravnotežene su nuklearnim silama, koje djeluju samo u samom jezgru. Iako priroda nuklearnih sila još nije u potpunosti proučena, njihovo postojanje je praktično dokazano i u potpunosti objašnjava strukturu atomskog jezgra.
Odnos mase i energije
Godine 1932. Wilsonova kamera je snimila nevjerovatnu fotografiju koja dokazuje postojanje pozitivno nabijenih čestica s masom elektrona.
Prije toga, pozitivne elektrone je teoretski predvidio P. Dirac. Pravi pozitivni elektron je takođe otkriven u kosmičkim zracima. Nova čestica nazvana je pozitron. Prilikom sudara s njegovim dvojnikom - elektronom, dolazi do anihilacije - međusobnog uništenja dvije čestice. Time se oslobađa određena količina energije.
Stoga je teorija razvijena za makrokosmos bila potpuno prikladna za opisivanje ponašanja najmanjih elemenata materije.
Kladionica Fonbet zauzima vodeću poziciju u pružanju ovih usluga. Ima dobru reputaciju i prepoznatljiv je po tome što je prvi prihvatio online opklade. Najveći portal za igre ima i druge službene resurse. Korisnici će moći da se klade na sport čak i ako je sajt blokiran.
Idi do ogledala
Šta je ogledalo kako se registrovati na ogledalu
BC Fonbet ima resurse u svim aspektima koji su u skladu sa zakonskim normama. Za korisnike koji žele, kao i do sada, da imaju pristup ličnom nalogu u com domenu, kompanija je kreirala sve neophodne uslove, omogućavajući pristup stranici. To uvelike pojednostavljuje rad zbog dostupnosti lični račun novac na računu. Neće biti izgubljeni zbog blokiranja stranice.
Ako korisnik naiđe na poteškoće u pristupu stranici, onda mora otići do ogledala. Ova opcija je tražena, kao što pokazuje praksa. Funkcionalno Fonbet ogledalo je uobičajen zahtjev na Internet lokacijama koje su posvećene klađenju u Rusiji.
Zašto je glavna stranica blokirana?
To je zbog problema sa zakonodavstvom u informacionom prostoru. S tim u vezi, Roskomnadzor blokira resurse ureda. Iz tih razloga, domen periodično nestaje, ali se zahvaljujući ogledalu ponovo pojavljuje. Zbog toga portal izgleda pristojno u poređenju sa ostalima.
Korisnik može lako pronaći alternativnu adresu. To se može učiniti ako odete na bilo koji forum koji pokriva aktivnosti kladionice i odlučite se za trenutnu opciju za pristup ogledalu. Prilikom kontaktiranja službe tehničke podrške, klijent brzo dobija potrebne varijacije za ulazak na portal. Istovremeno, njihova funkcionalnost je identična, što klijentu pruža sve ključne alate za predviđanje ishoda sportska takmičenja. Fonbet ogledalo omogućava korisniku da radi u dostupnim režimima.
Korisnik također može obavljati aktivnosti na mreži. Uz pomoć klađenja uživo proširuju se taktičke komponente za prognozera. Ovo vam omogućava da prilagodite opklade tokom utakmice u skladu sa analizom toka utakmice.
Kako se registrovati na ogledalu
Procedura registracije je prilično jednostavna. Glavni uslov je da imate više od 18 godina. Važna stvar je da tačno popunite sva polja osim polja „Promotivni kod“. Ovo će vam omogućiti da izbjegnete poteškoće ako trebate vratiti svoj račun.
Prilikom registracije morate obratiti posebnu pažnju na sljedeće ključne tačke:
- Podaci. Moraju biti precizno uneseni kako bi se izbjegli problemi sa web lokacijom.
- Valuta. Klijent ima različite opcije za izbor: američki dolar, bjeloruska rublja. Vrijedi se odlučiti za valutu koja će vam omogućiti da jednostavno dopunite svoj depozit.
- Registrujte nalog putem telefona. Za registraciju možete nazvati broj telefona koji je naveden na web stranici. Ovo će uvelike pojednostaviti proceduru za korisnika.
Možete koristiti uslugu Fonbet koristeći svoj pametni telefon. Mobilna verzija vam omogućava da lako koristite radno Fonbet ogledalo, koje je identično službenom resursu. Koristeći mobilnu verziju, korisniku je omogućen ugodan ritam igranja.
Protonsko-elektronska teorija
Do početka 1932. godine bila su poznata samo tri elementarne čestice: elektron, proton i neutron. Iz tog razloga se pretpostavljalo da se jezgro atoma sastoji od protona i elektrona (proton-elektron hipoteza). Smatralo se da je sastav jezgra sa brojem $Z$ u periodni sistem elementi D.I. Mendeljejeva i maseni broj $A$ uključuje $A$ protone i $Z-A$ neutrone. U skladu s ovom hipotezom, elektroni koji su bili dio jezgre djelovali su kao "cementirajući" agens, uz pomoć kojeg su se pozitivno nabijeni protoni zadržavali u jezgru. Pristalice protonsko-elektronske hipoteze o sastavu atomskog jezgra vjerovale su da je $\beta ^-$ - radioaktivnost potvrda tačnosti hipoteze. Ali ova hipoteza nije mogla objasniti rezultate eksperimenta i odbačena je. Jedna od ovih poteškoća bila je nemogućnost objašnjenja činjenice da je spin jezgra azota $^(14)_7N$ jednak jedinici $(\hbar)$. Prema hipotezi proton-elektrona, jezgro azota $^(14)_7N$ trebalo bi da se sastoji od $14$ protona i $7$ elektrona. Spin protona i elektrona jednak je $1/2$. Iz tog razloga, jezgro atoma dušika, koje se prema ovoj hipotezi sastoji od $21$ čestica, treba da ima spin od $1/2,\3/2,\5/2,\dots 21/2$. Ovo neslaganje sa teorijom proton-elektrona naziva se "azotna katastrofa". Takođe je bilo neshvatljivo da u prisustvu elektrona u jezgru njegov magnetni moment ima mali magnetni moment u odnosu na magnetni moment elektrona.
U 1932 dolara, J. Chadwick je otkrio neutron. Nakon ovog otkrića, D. D. Ivanenko i E. G. Gapon iznijeli su hipotezu o protonsko-neutronskoj strukturi atomskog jezgra, koju je detaljno razvio W. Heisenberg.
Napomena 1
Protonsko-neutronski sastav jezgra potvrđen je ne samo teorijskim zaključcima, već i direktno eksperimentima o cijepanju jezgra na protone i neutrone. Danas je općeprihvaćeno da se atomsko jezgro sastoji od protona i neutrona, koji se također nazivaju nukleoni(iz latinskog jezgro- jezgro, zrno).
Struktura atomskog jezgra
Core je središnji dio atoma, u kojem su koncentrirani pozitivni električni naboj i najveći dio mase atoma. Dimenzije jezgra su, u poređenju sa orbitama elektrona, izuzetno male: $10^(-15)-10^(-14)\ m$. jezgra se sastoje od protona i neutrona, koji su gotovo jednaki po masi, ali samo proton nosi električni naboj. Ukupan broj protona naziva se atomski broj $Z$ atoma, koji se poklapa sa brojem elektrona u neutralnom atomu. Nukleone drže u jezgru jake sile; po svojoj prirodi te sile nisu ni električne ni gravitacijske, a po veličini su mnogo veće od sila koje vežu elektrone za jezgro.
Prema protonsko-neutronskom modelu strukture jezgra:
- jezgra svih hemijskih elemenata sastoje se od nukleona;
- naelektrisanje jezgra je samo zbog protona;
- broj protona u jezgru jednak je atomskom broju elementa;
- broj neutrona je jednak razlici između masenog broja i broja protona ($N=A-Z$)
Proton ($^2_1H\ ili\ p$) je pozitivno nabijena čestica: njegov naboj je jednak naboju elektrona $e=1.6\cdot 10^(-19)\ C$, a njegova masa mirovanja $m_p =1.627\cdot 10^( -27)\ kg$. Proton je jezgro najlakšeg nukleona atoma vodika.
Radi pojednostavljenja snimanja i proračuna, masa jezgra se često određuje u jedinicama atomske mase (a.m.u.) ili u energetskim jedinicama (zapisivanjem odgovarajuće energije $E=mc^2$ u elektron-voltima umjesto mase). Jedinica atomske mase je $1/12$ mase nuklida ugljenika $^(12)_6C$. U ovim jedinicama dobijamo:
Proton, kao i elektron, ima svoj ugaoni moment - spin, koji je jednak $1/2$ (u jedinicama od $\hbar$). Potonji, u vanjskom magnetskom polju, može biti orijentisan samo na način da njegova projekcija i smjer polja budu jednaki $+1/2$ ili $-1/2$. Proton je, kao i elektron, predmet Fermi-Diracove kvantne statistike, tj. pripada fermionima.
Proton karakteriše sopstveni magnetni moment, koji je za česticu sa spinom $1/2$, naelektrisanjem $e$ i masom $m$ jednaka
Za elektron je njegov vlastiti magnetni moment jednak
Da bi se opisao magnetizam nukleona i jezgara, koristi se nuklearni magneton (1836$ puta manji od Borovog magnetona):
U početku se vjerovalo da je magnetni moment protona jednak nuklearnom magnetonu, jer njegova masa je 1836$ puta veća od mase elektrona. Ali mjerenja su pokazala da je zapravo vlastiti magnetni moment protona 2,79$ puta veći od nuklearnog magnetrona i ima pozitivan predznak, tj. smjer se poklapa sa spinom.
Moderna fizika objašnjava ova neslaganja činjenicom da se protoni i neutroni međusobno pretvaraju i neko vrijeme ostaju u stanju disocijacije u $\pi ^\pm $ - mezon i još jedan nukleon odgovarajućeg predznaka:
Masa mirovanja $\pi ^\pm $ mezona je $193,63$ MeV, tako da je njegov vlastiti magnetni moment $6,6$ puta veći od nuklearnog magnetona. U mjerenjima se pojavljuje određena efektivna vrijednost magnetnog momenta protona i $\pi ^+$ okoline mezona.
Neutron ($n$) je električki neutralna čestica; njegova masa mirovanja
Iako je neutron lišen naboja, ima magnetni moment $\mu _n=-1,91\mu _I$. Znak “$-$” pokazuje da je smjer magnetskog momenta suprotan od spina protona. Magnetizam neutrona je određen efektivnom vrijednošću magnetskog momenta čestica na koje je sposoban da se disocira.
U slobodnom stanju, neutron je nestabilna čestica i raspada se nasumično (vrijeme poluraspada $12$ min): emitirajući $\beta $ česticu i antineutrino, pretvara se u proton. Shema raspada neutrona je napisana na sljedeći način:
Za razliku od intranuklearnog raspada neutrona, $\beta$ raspad pripada i unutrašnjem raspadu i fizici elementarnih čestica.
Međusobna transformacija neutrona i protona, jednakost spinova, blizina masa i svojstava daju razlog za pretpostavku da je riječ o dvije varijante iste nuklearne čestice - nukleonu. Proton-neutronska teorija se dobro slaže s eksperimentalnim podacima.
Kao sastavni dijelovi jezgara, protoni i neutroni se nalaze u brojnim reakcijama fisije i fuzije.
U proizvoljnim i pojedinačnim nuklearnim fisijama uočavaju se i tokovi elektrona, pozitrona, mezona, neutrina i antineutrina. Masa $\beta $ čestice (elektrona ili pozitrona) je $1836$ puta manja od mase nukleona. Mezoni - pozitivne, negativne i nulte čestice - zauzimaju srednje mjesto u masi između $\beta $ - čestica i nukleona; Životni vijek takvih čestica je vrlo kratak i iznosi milioniti dio sekunde. Neutrini i antineutrini su elementarne čestice čija je masa mirovanja nula. Međutim, elektroni, pozitroni i mezoni ne mogu biti komponente jezgra. Ove svjetlosne čestice se ne mogu lokalizirati u malom volumenu, koji je jezgro poluprečnika $\sim 10^(-15)\ m$.
Da bismo to dokazali, određujemo energiju električne interakcije (na primjer, elektron s pozitronom ili protonom u jezgru)
i uporedi je sa sopstvenom energijom elektrona
Budući da energija vanjske interakcije premašuje vlastitu energiju elektrona, on ne može postojati i održavati sopstvenu individualnost, u uslovima jezgra će biti uništen. Situacija sa nukleonima je drugačija; njihova sopstvena energija je više od $900$ MeV, tako da mogu zadržati svoje karakteristike u jezgru.
Svetlosne čestice se emituju iz jezgara tokom njihovog prelaska iz jednog stanja u drugo.
