KOMPIUTERIZUOTA IZOTOPŲ LENTELĖ

“NUKLIDŲ TAKAS” (NT)

Tai kompiuterizuota interaktyvi izotopų (nuklidų, atomų branduolių) svarbiausių parametrų ir jų priklausomybių nuo branduolio protonų skaičiaus (atominio numerio) Z, neutronų skaičiaus N ir masės skaičiaus A=Z+N pateikimo ir atvaizdavimo lentelėse bei grafikuose programa . Duomenys išrenkami iš mūsų programos “Nuklidų Takas” Duomenų Bazės (NTDB), pertvarkomi ir pateikiami patogia , reikalinga vartotojui forma.

Turinys

KOMPIUTERIZUOTAS IZOTOPŲ IŠSIDĖSTYUMO VIETOLAPIS.. 1

“NUKLIDŲ TAKAS” (NT) 1

Ugdymo sritis. 1

Pagrindimas. 1

Bendras Izotopų lentelės aprašymas. 2

Izotopų lentelės “Nulkidų Takas” pavyzdys. 2

Programos “Nuklidų Takas” duomenų bazė. 4

Naudojimosi “Nuklidų Tako” programos interfeisu aprašymas. 5

Grafinės priemonės. 6

Dažniausių klausimų (DK) paketas. 6

Programos komplektacija, laikmenos ir kitos žinios. 7

Ugdymo sritis

“Nuklidų tako” programa turėtų būti naudojama bendro lavinimo, vidurinėse ir aukštosiose mokyklose, fizikos ir chemijos kurse, ir, kaip papildomas izotopų žinynas – kitose gamtamokslinėse disciplinose. Programa skirta visiems: moksleiviams ir studentams, mokytojams ir dėstytojams. Paprastas, interaktyvus programos interfeisas leidžia net nepasiruošusiam žmogui greitai ir lengvai surasti jį dominančią informaciją.

Pagrindimas

Technologijos pasiekimai beveik visose srityse yra pagrįsti mūsų žiniomis apie atomų ir jų branduolių sandarą bei savybes. Su atomo ir branduolio fizika susiję didžiausi 20-to amžiaus atradimai. Kiekvienam žmogui yra būtinas žinių apie atomus ir jų branduolius pagrindas, kuris turi būti padėtas bendrojo lavinimo ir vidurinėse mokyklose. Šios žinios moksleiviams ir studentams yra pateikiamos fizikos ir chemijos kursuose. Tų žinių kondensatas sutelktas atomų ir branduolių duomenų bazėse. Atomų ir branduolių parametrus patogiausia peržiūrėti kompiuterinėmis priemonėmis, kurios leidžia pačiam vartotojui pasirinkti jį dominančius atomo branduolius, jų parametrus ir nuspręsti, kokia forma šią informaciją atvaizduoti: lentelėse ar grafikuose , kompiuterio ekrane ar atsispausdinti popieriuje. Kadangi svarbiausi duomenys apie atomų branduolių parametrus gauti per paskutiniuosius kelius dešimtmečius, tai branduolių savybės dar nėra pakankamai pilnai atspindėtos mokomojoje literatūroje. Izotopų Lentelė dar nėra tiek įprasta, kaip periodinė elementų lentelę (PEL).

Bendras Izotopų lentelės aprašymas

Atomų ir juos atitinkančių elementų atveju patogiausia šiuos duomenis išgauti per periodinę elementų lentelę (PEL) ( kitaip sakant PEL yra patogiausias interfeisas tiems duomenims išgauti ir atvaizduoti). PEL struktūrą apsprendžia atomo elektroninio apvalkalo konfigūracija, elektroninio apvalkalo struktūros periodiškumas.

Atomo branduolių atveju duomenų bazės interfeisas (izotopų lentelė) turi atitikti branduolio struktūrą. Kaip žinoma atomo branduolys yra sudarytas iš teigiamai įelektrintų protonų ir panašių savybių neutralių dalelių – neutronų. Todėl natūraliausias interfeisas duomenims apie nuklidus išgauti yra izotopų (branduolių) lentelė, kurios kiekvienas langelis atitinka vieną nuklidą. Langelio eilutės numeris lygus atomo branduolio protonų skaičiui, o stulpelio numeris lygus šio branduolio neutronų skaičiui. Žemiau (Pav.1) pateiktas mūsų programoje sudarytos izotopų lentelės pavyzdys.

Izotopų lentelės “Nulkidų Takas” pavyzdys

Pav. 1. Izotopų lentelės “Nuklidų Takas” pradinė dalis.

Izotopų lentelėje stulpeliai sunumeruoti iš kairės į dešinę nuo N=0 iki N=165, pagal į atomo branduolį įeinančių neutronų skaičių. Eilutės sunumeruotos iš apačios į viršų, nuo Z=0 iki Z=112, pagal branduoliui priklausančių protonų skaičių. Nuklidai, apie kurių parametrus nėra tikslesnės informacijos, į izotopų lentelę neįtraukti .

Kiekvienas izotopų lentelės langelis atitinka atomo branduolį su apibrėžtu protonų skaičiumi Z ir neutronų skaičiumi N bei masės skaičiumi A=Z+N. Per šį langelį ir išgauname kiekvieno konkretaus nuklido (branduolio) parametrus.

Nuklonus branduolyje riša neutronų ir protonų branduolinės prisotinamos tarpusavio traukos jėgos, o kuloninės neprisotinamos protonų tarpusavio stūmos jėgos, apytikriai proporcingos Z² , ardo branduolį. Dėl šios priežasties negali egzistuoti branduoliai su dideliais neutronų N ir protonų Z skaičiais. Gamtoje žinomi egzistuojant tik tokie branduoliai, kurių neutronų skaičius N<170 ir protonų skaičius Z<118 ir kuriuose neutronų ir protonų skaičiaus skirtumas N-Z nėra didelis. Visi atomų branduoliai koncentruojasi apie taip vadinamą branduolių stabilumo taką (arba stabilių izotopų taką), prasidedantį ties N=0 Z=0 ir mūsų lentelėje besibaigiantį ties N=165 Z=112.

Mūsų pateiktame izotopų Z,N vietolapyje ( žr. 1.pav.) stabilių izotopų langeliai nuspalvinti pilka ir juoda spalva, juodo stačiakampio plotis pilkame izotopo langelyje yra proporcingas procentiniam izotopo kiekiui elemente . Šiais pilkai ir juodai nuspalvintais langeliais nužymėtas izotopų stabilumo takas.

Apie branduolių stabilumo taką, iš abiejų pusių, grupuojasi radioaktyvūs nuklidai. Stabilūs ir radioaktyvūs branduoliai izotopų vietolapyje suformuoja panašią į taką izotopų (nuklidų) struktūrą, kurios viduriu eina siauras stabilių izotopų takas (kaip takelis platesnio tako viduryje). Radioaktyvūs nuklidai išsidėstę periferijoje, iš abiejų stabilumo tako pusių. Visą šią struktūrą būtų tikslinga pavadinti bendru „Nuklidų Tako” (NT) vardu

Virš arba kairiau siauro stabilių nuklidų tako, t.y. tarp nuklidų su didesniais Z arba mažesniais N, aptinkami daugiausia beta+ radioaktyvumo nuklidai, ir/arba nuklidai, skylantys elektrono pagavimo būdu. Šių nuklidų langeliai nuspalvinti mėlyna spalva. Abiem skilimo atvejais , radioaktyvaus virsmo metu nuklido protonų skaičius Z sumažėja vienetu ir nuklido vieta Z,N vietolapyje,Nuklidų Take, pasislenka langeliu žemyn.

Žemiau arba dešiniau stabilių nuklidų tako, t.y. tarp nuklidų su mažesniais Z arba didesniais N aptinkami daugiausia „beta-” radioaktyvumo nuklidai, kuriems skylant, iš branduolio emituojama beta- dalelė (elektronas) ir vienas iš branduolio neutronų virsta protonu, o branduolio krūvis Z padidėja vienetu ir šio branduolio pozicija nuklidų Take pasislenka langeliu aukštyn.

Kiekviena Nuklidų Tako eilutė atstovauja vieną elementą, visus stabilius ir radioaktyvius šio elemento izotopus – nuklidus su vienodu protonų skaičiumi ir skirtingu neutronų skaičiumi ir Nuklidų Take sudaro izotopų grandinę, kurią galima pažymėti jos horizontaliu rausvos spalvos valdikliu. Lyginių Z izotopų grandinėlės pažymėtos ištisinėmis linijomis. Visų elementų, nuo Z=1 iki Z=112 , visų izotopų skaičius lygus bendram visų lentelėje esančių nuklidų skaičiui.

Kiekvienas Nuklidų Tako stulpelis atstovauja visus nuklidus su vienodu neutronų skaičiumi ir skirtingu protonų skačiumi. Šių nuklidų visuma vadinama izotonais su neutronų skaičiumi lygiu N. Visą izotonų grandinėlę galima išskirti jos vertikalios formos mėlynos spalvos valdikliu, lentelėje esančiu žemiau Nuklidų tako. Lyginių N izotonų grandinėlės pažymėtos ištisinėmis linijomis. Visų izotonų grandinėlių nuo N=0 iki N=165 visų izotonų skaičius lygus visų nuklidų skaičiui.

Visi nuklidai su vienodu masės skaičiumi A=Z+N vadinami izobarais. Nuklidų Take izobarus atstovauja nuklidų grandinė, beveik statmena stabilumo takui ir esanti ant vienos iš nuklidų lentelės A įstrižainių, kur A gali kisti nuo 0 iki 277. Kiekvieną A grandinėlę galima išrinkti jos gelsvos spalvos valdikliu, lentelėje esančiu žemiau Nuklidų Tako. Lyginių A izobarų grandinėlės pažymėtos ištisinėmis linijomis. Visų izobarų grandinėlių nuo A=1 iki 277, izobarų skaičius lygus visų nuklidų skaičiui.

Be to programoje numatyta galimybė išskirti nuklidų grandines su fiksuotu neutronų skaičiaus N ir protonų skaičiaus Z skirtumu N-Z . Nuklidų Take jos pažymėtos violetinėmis linijomis.

Dvejose apatinėse, papildomose lentelės eilutėse sužymėti neutronų posluoksniai su nurodytais neutronų pagrindiniu ir orbitiniu kvantiniais skaičiais ir maksimaliu neutronų skaičiumi juose (viršutinė iš dviejų papildomų eilučių) ir sluoksniai su neutronų skaičiumi juose ir magiškais skaičiais (apatinė papildoma eilutė), sutinkamai su viendaleliniu branduolio modeliu. Vertikalios raudonos linijos pažymi magiškus neutronų skaičius ir atskiria branduolio neutronų sluoksnius .

Du analogiški papildomi stulpeliai kairėje lentelės pusėje atitinkamai žymi branduolio protonų sluoksnius ir pasluoksnius bei protonų skaičius juose. O horizontalios raudonos linijos, ribojančios protonų sluoksnių ribas branduolyje, žymi magiškuosius protonų skaičius, kurie, beje, yra tokie pat, kaip ir neutronų atveju.

Programos “Nuklidų Takas” duomenų bazė

Pagrindinėje “Nuklidų Tako” lentelėje kiekvienas įrašas atitinka atskirą nuklidą ir yra patalpintas atskiroje lentelės eilutėje. Tad lentelėje viso 2934 informaciniai įrašai.

Kiekvienas lentelės stulpelis skirtas pateikti informacijai, apie skaitmeninius nuklidų parametrus arba jų aprašomąsias savybes. Skaitmeniniai parametrai gali būti pateikti kartu su jų paklaidomis, pastabomis ir nuorodomis į parametro informacijos šaltinius. Be to stulpelyje gali būti patalpintos nuorodos į kįtas lenteles arba kokią nors kitą informaciją.

Naudodamasis “Nuklidų Tako” duomenų baze vartotojas galės susipažinti su šįais pagrindiniais nuklidų parametrais:

1. izotopą identifikuojančiais atominiu numeriu Z, neutronų skaičiumi N, masės skaičiumi A=Z+N;

2. atomine mase, masės defektu ir ryšio energija;

3. santykiniu izotopo kiekiu elemente;

4. kiekvieno atskiro nuklido koncentracija žemės paviršiuje, meteorituose ir bendrai kosmose, išreikšta absoliučiais dydžiais ir jų logaritmais;

5. radioaktyvių izotopų gyvavimo trukmėmii, absoliučiais dydžiais ir jų logaritmais;

6. izotopo pagrindinės būsenos sukiniu ir lyginumu;

7. radioaktyvaus izotopo skilimo pobūdžiu ir jo procentine tikimybe, tame tarpe :

izomerinio šuolio tikimybe;

beta+ skilimo tikimybe;

beta- skilimo tikimybe;

skilimo, pagaunant atomo elektroną, tikimybe;

alfa skilimo tikimybe;

protono emisijos tikimybe;

neutrono emisijos tikimybe;

vienkartinio beta- dalelės ir neutrono emisijos tikimybe;

spontaninio dalijimosi tikimybe;

8. neutrono atskyrimo energija;

9. protono atskyrimo energija;

10. alfa dalelės atskyrimo energija;

11. kitų dalelių atskyrimo energijomis;

12. pagrindinės būsenos magnetiniu momentu;

13. pagrindinės būsenos kvadrupoliniu momentu;

14. branduolio formos deformacija;

15. nuklidų energijos lygmenimis;

Iš viso “Nuklidų Tako” duomenų bazėje sukaupta informacija apie daugiau nei 40 nuklidų parametrų. Visa ši informacija gali būti išgaunama ir atvaizduojama naudojantis “Nuklidų Tako” programos interfeisu.

Naudojimosi “Nuklidų Tako” programos interfeisu aprašymas

“Nuklidų Tako” programa valdoma iš atskirame paslankiame lange patalpinto programos valdumo pulto ( sutrumpintai – Tako Pultas) .

Atvaizduojamo Nuklidų Tako dydį galima keisti nuspaudus didinimo ir mažinimo mygtukus.

Vaizduojamą Nuklidų Tako dalį galima keisti, nuspaudus kairįjį pelytės klavišą laisvoje lentelės dalyje, ir pertempiant lentelę į reikiamą ekrano vietą. Arba tą patį galima padaryti, valdymo pulte nurodžius N ir Z langelio, kuris turi būti ekrano centre.

Informacija apie visus vieno nuklido parametrus gaunama pelyte dukart spragtelėjus virš nuklidą atitinkančio Izotopų lentelės langelio. Informacija pateikiama atskiroje lentelėje su parametrų pavadinimais ir jų reikšmėmis. Šios lentelės struktūra iš esmės panaši į naudojamą mūsų PEL programoje, kurioje atvaizduoti visi vieno elemento parametrai.

Norint atvaizduoti išrinktųjų parametrų reikšmes visuose nuklidų tako langeliuose būtina:

1. naudojantis valdymo pulte esančiu bendru visų parametrų sąrašu, pelytės spragtelėjimais pažymėti visus norimus atvaizduoti parametrus (išrinktuosiusparametrus) .

2. pulto pozicionavimo bloke išrinkti lamgelį, kuris turėtų būti ekrano viduryje, nustatyti tako langelių dydį ir paleisti Nukldų tako atnaujinimo (performavimo) programą.

Paties Nuklidų tako langeliai, įjungus pelytės žymeklio sekimo programą, reaguoja į pelytės judesius ir įšrinktųjų parametrų pavadinimai bei vertės rodomi informacinėje Pulto lentelėje. Po pelytės spragtelėjimo virš pasirinkto langelio jo išrinktųjų parametrų vertės užsifiksuoja Pulto informacinėje lentelėje. Po sekančio pelytės spragtelėjimo atnaujina darbą pelytės žymeklio sekimo paprogramė.

Nuklidų take numatytas atskiras nuklidų rikiavimo langas. Šio lango nuklidų sąraše pažymėjus kurio nors vieno parametro pavadinimą, visi Nuklidų Tako nuklidai gali būti išrikiuoti pagal to parametro vertės dydį.

Grafinės priemonės

Grafinės programos priemonės leidžia atvaizduoti pasirinkto parametro reikšmės priklausomybę nuo nuklido pozicijos kurioje nors iš Nuklidų Tako grandinių.

Pavyzdžiui, kurio nors elemento izotopų grandinėje galima atvaizduoti nuklido ryšio energijos priklausomybę nuo izotopo neutronų skaičiaus ir ją sulyginti su analogiška priklausomybe kito elemento izotopų grandinėje. Grafikus galima atvaizduoti tiesiog izotopų lentelėje. Toks atvaizdavimo būdas labai patogus mokantis arba tyrinėjant izotopų lentelę, kai svarbus akivaizdus prisirišimas prie izotopų lentelės. Grafines parametrų priklausomybes galima atvaizduoti ir įprastuose grafikuose, kur abscisių ašyje atidedamas elemento izotopo neutronų skaičius, o ordinačių ašyje – skaitmeninės parametro reikšmės dydis.

Analogiškai grafines parametrų priklausomybes galima atvaizduoti ir izotonų bei izobarų grandinėse.

Yra galimybė atspausdinti šias grafines nuklidų parametrų reikšmių priklausomybes.

Dažniausi klausimai

Programoje suformuotas dažniausių klausimų (DK) paketas. Pavyzdžiui: Kokie izotopai gamtoje aptinkami dažniausiai?; Kurių izotopų ryšio energija yra didžiausia?; Kaip izotopus išrikiuoti parametro reikšmės mažėjimo arba didėjimo tvarka?; ir t.t. Čia pat pateikiami atsakymai – kelias, kaip tai padaryti, naudojantis programos interfeisu.

Kiekvienas programos vartotojas , naudodamasis jos interfeisu, gali pats suformuoti jam rūpimus klausimus ir gauti atsakymus jam pageidaujama forma.

Programos komplektacija, laikmenos ir kitos žinios

Programos aprašyme, atskiroje knygelėje, vartotojui papildomai pateikiama būtiniausia informacija apie materijos ir atomo branduolio sandarą, svarbiausias sąvokas, elementarių dalelių parametrus, programos darbo režimus ir programos panaudojimo instrukciją.

Programos interfeisas apipavidalintas lietuvių kalba.

Programa”Nuklidų Takas” parašyta WINDOWS operacinės sistemos terpei. Ja galima naudotis su WINDOWS 95, 98, Millenium, XP, 2000, NT operacinėmis sistemomis

“Nuklidų Takas” yra instaliuojamas iš kompaktinio disko. Programos algoritmo teksto dydis – apie 0,7 MB, o su duomenų baze ir kitais priklausiniais – apie 70 MB.

Programa parašyta VISUAL BASIC kalba, duomenų bazė – MS Access variante. Vartotojo kompiuteryje VISUAL BASIC nėra būtinas.

Programa pateikiama kompaktiniame diske, o trumpas jos aprašymas – knygelėje.

Orientacinė vieno komplekto kaina, perkant daugiau tūkstančio egzempliorių – arti 40Lt. Perkant mažesnį egzempliorių skaičių kaina būtų didesnė.

Įmonės “Akmenos malūnas” vadovas

Gamtos mokslų daktaras Rimgaudas Žirgulevičius

2004 m. vasario 25 d.