Անցյալ դարի կեսերը նշանավորեցին մարդկության պատմության նոր դարաշրջանի ծնունդը: Քարի դարը ժամանակին փոխարինվեց բրոնզի դարով, այնուհետև հաջորդեցին երկաթի, գոլորշու և էլեկտրաէներգիայի թագավորության ժամանակաշրջանները: Այժմ մենք գտնվում ենք ատոմի դարաշրջանի հենց սկզբում: Ատոմային միջուկի կառուցվածքի ոլորտում նույնիսկ ամենամակերեսային գիտելիքներն աննախադեպ հորիզոններ են բացում մարդկության համար։
Ի՞նչ գիտենք ատոմային միջուկի մասին: Այն փաստը, որ այն կազմում է ամբողջ ատոմի զանգվածի 99,99%-ը և բաղկացած է մասնիկներից, որոնք սովորաբար կոչվում են նուկլեոններ։ Ի՞նչ են նուկլոնները, դրանցից քանի՞սն են, ինչ են դրանք, այժմ գիտի ֆիզիկայում պինդ քառյակ ունեցող ավագ դպրոցի յուրաքանչյուր աշակերտ։
Ինչպե՞ս ենք պատկերացնում ատոմի կառուցվածքը
Ավաղ, շուտով չի հայտնվի տեխնիկա, որը թույլ է տալիս տեսնել ատոմը, ատոմի միջուկը կազմող մասնիկները: Հազարավոր հարցեր կան այն մասին, թե ինչպես է դասավորված նյութը, և կան նաև տարրական մասնիկների կառուցվածքի բազմաթիվ տեսություններ։ Մինչ օրս տեսությունը, որպատասխանում է հարցերի մեծամասնությանը, արդյոք ատոմի կառուցվածքի մոլորակային մոդելն է։
Ըստ դրա՝ բացասական լիցքավորված էլեկտրոնները պտտվում են դրական լիցքավորված միջուկի շուրջ, որը պահվում է էլեկտրական ձգողականությամբ։ Ի՞նչ են նուկլեոնները: Բանն այն է, որ միջուկը միաձույլ չէ, այն բաղկացած է դրական լիցքավորված պրոտոններից և նեյտրոններից՝ զրոյական լիցք ունեցող մասնիկներից։ Սրանք այն մասնիկներն են, որոնցից կառուցված է ատոմային միջուկը, և ընդունված է դրանք անվանել նուկլոններ։
Որտեղի՞ց է առաջացել այս տեսությունը, եթե մասնիկները այդքան փոքր են: Գիտնականները եզրակացության են եկել ատոմի մոլորակային կառուցվածքի մասին՝ տարբեր միկրոմասնիկների ճառագայթներ ուղղելով ամենաբարակ մետաղական թիթեղների վրա։
Որո՞նք են դրա չափերը
Ատոմի կառուցվածքի մասին գիտելիքը ամբողջական չի լինի, եթե չպատկերացնեք դրա տարրերը մասշտաբով: Միջուկը չափազանց փոքր է, նույնիսկ համեմատած հենց ատոմի հետ: Եթե պատկերացնեք ատոմը, օրինակ՝ ոսկին, 200 մետր տրամագծով հսկայական օդապարիկի տեսքով, ապա նրա միջուկը կլինի ընդամենը … պնդուկ: Բայց ինչ են նուկլոնները և ինչու են նրանք այդքան կարևոր դեր խաղում: Այո, եթե միայն այն պատճառով, որ հենց դրանցում է կենտրոնացված ատոմի ամբողջ զանգվածը։
Բյուրեղյա ցանցի բներում ոսկու ատոմները տեղակայված են բավականին խիտ, ուստի մեր կողմից ընդունված սանդղակով հարևան «ընկույզների» միջև հեռավորությունը կկազմի մոտ 250-300 մետր։
Պրոտոն
Գիտնականները վաղուց էին կասկածում, որ ատոմի միջուկը միաձույլ նյութ չէ: Զանգվածի և լիցքի մեծությունները, որոնք «քայլերով» աճում էին մի քիմիական տարրից մյուսը, ցավալիորեն ապշեցուցիչ էին։ Տրամաբանական էր ենթադրելոր կան հաստատուն դրական լիցքով որոշակի մասնիկներ, որոնցից «հավաքվում են» բոլոր ատոմների միջուկները։ Քանի՞ դրական լիցքավորված նուկլոն կա միջուկում, սա կլինի նրա լիցքը։
Ատոմային միջուկի բարդ կառուցվածքի մասին ենթադրություններ արվել են դեռ Մենդելեևի կողմից իր տարրերի պարբերական աղյուսակը կառուցելու ժամանակաշրջանում։ Այնուամենայնիվ, ենթադրությունները փորձնականորեն հաստատելու տեխնիկական հնարավորություններ այն ժամանակ չկային։ Միայն 20-րդ դարի սկզբին Էռնեստ Ռադերֆորդը փորձ կատարեց, որը հաստատեց պրոտոնի գոյությունը։
Ռադիոակտիվ մետաղների ճառագայթման միջոցով նյութի ազդեցության արդյունքում ժամանակ առ ժամանակ առաջանում էր մասնիկ՝ ջրածնի ատոմի միջուկի պատճեն։ Այն ուներ նույն քաշը (1,67 ∙ 10-27 կգ) և ատոմային լիցք +1։
Նեյտրոն
Եզրակացությունը մեկ այլ մասնիկի որոնման անհրաժեշտության մասին, որը բացակայությամբ կոչվում է նեյտրոն, արագ եկավ: Քանի որ հարցը, թե քանի նուկլոն կա միջուկում և որոնք են դրանք, դրված է զանգվածի և լիցքի անհավասար աճի մեջ՝ տարրի հերթական թվի փոփոխությամբ: Ռադերֆորդը ենթադրություն արեց զրոյական լիցքով պրոտոնային երկվորյակի գոյության մասին, սակայն նա չկարողացավ հաստատել իր ենթադրությունը։
Ընդհանուր առմամբ, միջուկային գիտնականներն արդեն լավ պատկերացում ունեին այն մասին, թե ինչ են նուկլոնները և ատոմային միջուկների քանակական կազմը: Եվ անորսալի մասնիկը, որը, սակայն, փորձարարորեն ոչ ոքի կողմից հայտնաբերված, սպասում էր թեւերի մեջ: Դրա հայտնաբերողը համարվում է Ջեյմս Չեդվիքը, ով կարողացել է նյութից մեկուսացնել «անտեսանելիին»,ենթարկելով այն ռմբակոծության հելիումի միջուկներով, որոնք արագացել են գերբարձր արագությամբ (α-մասնիկներ): Մասնիկի զանգվածը, ինչպես և սպասվում էր, հավասար է նախկինում հայտնաբերված պրոտոնի զանգվածին։ Ըստ ժամանակակից հետազոտությունների՝ նեյտրոնը մի փոքր ավելի ծանր է։
Մի փոքր ավելին ատոմային միջուկի «աղյուսների» մասին
Հաշվե՛ք, թե քիմիական տարրի կամ նրա իզոտոպի միջուկում քանի նուկլեոն է հեշտ: Սա պահանջում է երկու բան՝ պարբերական աղյուսակ և հաշվիչ, թեև դուք կարող եք հաշվարկել ձեր մտքում: Օրինակ՝ ուրանի երկու ընդհանուր իզոտոպները՝ 235 և 238: Այս թվերը ներկայացնում են ատոմային զանգվածը: Ուրանի սերիական համարը 92 է, այն միշտ ցույց է տալիս միջուկի լիցքը։
Ինչպես գիտեք, ատոմի միջուկում նուկլոնները կարող են լինել կամ դրական լիցքավորված պրոտոններ կամ նույն զանգվածի նեյտրոններ, բայց առանց լիցքի: Սերիական համարը 92 նշանակում է պրոտոնների միջուկի թիվը։ Նեյտրոնների թիվը հաշվարկվում է պարզ հանումով՝
- - ուրան 235, նեյտրոնների թիվը=235 – 92=143;
- - ուրան 238, նեյտրոնների թիվը=238 – 92=146:
Եվ քանի՞ նուկլոն կարելի է միաժամանակ միացնել: Ենթադրվում է, որ բավականաչափ զանգված ունեցող աստղերի կյանքի որոշակի փուլում, երբ ջերմամիջուկային ռեակցիան այլևս չի կարողանում զսպել ձգողության ուժը, աստղի աղիքներում ճնշումն այնքան է մեծանում, որ այն «կպչում է» էլեկտրոններին։ պրոտոններ. Արդյունքում լիցքը դառնում է զրոյական, իսկ պրոտոն-էլեկտրոն զույգը՝ նեյտրոն։ Ստացված նյութը, որը բաղկացած է «սեղմված» նեյտրոններից, չափազանց խիտ է։
Մեր Արևում կշռող աստղը վերածվում է գնդակիմի քանի տասնյակ կիլոմետր տրամագծով: Նման «նեյտրոնային շիլա»-ի մեկ թեյի գդալը կարող է կշռել մի քանի հարյուր տոննա Երկրի վրա։
