Mitten av förra seklet markerade födelsen av en ny era i mänsklighetens historia. Stenåldern ersattes en gång av bronsåldern, sedan följde perioderna av järn, ånga och elektricitets regeringstid i följd. Vi är nu i början av atomens era. Till och med den mest ytliga kunskapen inom området för atomkärnans struktur öppnar för mänskligheten oöverträffade horisonter.
Vad vet vi om atomkärnan? Det faktum att den utgör 99,99% av hela atomens massa och består av partiklar som vanligtvis kallas nukleoner. Vad är nukleoner, hur många av dem, vad de är, nu vet alla gymnasieelever som har en fast fyra i fysik.
Hur föreställer vi oss atomens struktur
Ack, det kommer inte att dröja snart som en teknik som gör att du kan se partiklarna som utgör en atom, en atomkärna. Det finns tusentals frågor om hur materia är ordnad, och det finns också många teorier om elementarpartiklars struktur. Hittills teorin attsvarar på de flesta frågorna, är planetmodellen för atomens struktur.
Enligt den kretsar negativt laddade elektroner runt en positivt laddad kärna, som hålls av elektrisk attraktion. Vad är nukleoner? Faktum är att kärnan inte är monolitisk, den består av positivt laddade protoner och neutroner - partiklar med noll laddning. Det är dessa partiklar som atomkärnan är uppbyggd av, och det är brukligt att kalla dem nukleoner.
Var kom den här teorin ifrån, om partiklarna är så små? Forskare kom till slutsatsen om atomens planetariska struktur genom att rikta strålar av olika mikropartiklar mot de tunnaste metallplattorna.
Vilka är dess mått
Kunskapen om atomens struktur kommer inte att vara komplett om du inte föreställer dig dess grundämnen på en skala. Kärnan är extremt liten, även jämfört med själva atomen. Om du föreställer dig en atom, till exempel guld, i form av en enorm ballong med en diameter på 200 meter, kommer dess kärna att vara bara … en hasselnöt. Men vad är nukleoner och varför spelar de en så viktig roll? Ja, om så bara för att det är i dem som hela atomens massa är koncentrerad.
I kristallgittrets bon är guldatomer placerade ganska tätt, så avståndet mellan närliggande "nötter" på den av oss antagna skalan kommer att vara cirka 250-300 meter.
Proton
Forskare har länge misstänkt att kärnan i en atom inte är någon sorts monolitisk substans. Storleken på massa och laddning, som växte i "steg" från ett kemiskt element till ett annat, var smärtsamt slående. Det var logiskt att antaatt det finns vissa partiklar med en fast positiv laddning, från vilka kärnorna i alla atomer "samlas". Hur många positivt laddade nukleoner som finns i kärnan, detta kommer att vara dess laddning.
Antaganden om den komplexa strukturen hos atomkärnan gjordes redan under perioden då Mendelejev byggde sitt periodiska system av element. De tekniska möjligheterna att experimentellt bekräfta gissningar fanns dock inte vid den tiden. Först i början av 1900-talet gjorde Ernest Rutherford ett experiment som bekräftade att protonen fanns.
Som ett resultat av exponering för ämnet genom strålning från radioaktiva metaller, uppträdde då och då en partikel - en kopia av kärnan i en väteatom. Den hade samma vikt (1,67 ∙ 10-27 kg) och atomladdning +1,
Neutron
Slutsatsen om behovet av att söka efter en annan partikel, i frånvaro kallad neutronen, kom snabbt. Eftersom frågan om hur många nukleoner som finns i kärnan och vad de är, låg i den ojämna tillväxten av massa och laddning med en förändring av elementets ordningsnummer. Rutherford gjorde ett antagande om existensen av en protontvilling med noll laddning, men han kunde inte bekräfta sin gissning.
I allmänhet hade kärnkraftsforskare redan en god uppfattning om vad nukleoner är och den kvantitativa sammansättningen av atomkärnor. Och den svårfångade partikeln, men experimentellt upptäckt av ingen, väntade i kulisserna. James Chadwick anses vara dess upptäckare, som lyckades isolera det "osynliga" från ämnet,utsätter den för bombardement med heliumkärnor accelererade till ultrahöga hastigheter (α-partiklar). Massan av partikeln, som förväntat, visade sig vara lika med massan av den tidigare upptäckta protonen. Enligt modern forskning är neutronen något tyngre.
Litt mer om "tegelstenarna" i atomkärnan
Beräkna hur många nukleoner i kärnan av ett kemiskt element eller dess isotop som är lätt. Detta kräver två saker: ett periodiskt system och en miniräknare, även om du kan räkna i ditt sinne. Ett exempel är de två vanliga isotoper av uran: 235 och 238. Dessa siffror representerar atommassan. Serienumret för uran är 92, det anger alltid kärnans laddning.
Som du vet kan nukleoner i en atoms kärna antingen vara positivt laddade protoner eller neutroner med samma massa, men utan laddning. Serienummer 92 betecknar numret i kärnan av protoner. Antalet neutroner beräknas genom enkel subtraktion:
- - uran 235, antal neutroner=235 – 92=143;
- - uran 238, antal neutroner=238 – 92=146.
Och hur många nukleoner kan sammanföras åt gången? Man tror att i ett visst skede av stjärnors liv med tillräcklig massa, när den termonukleära reaktionen inte längre kan hålla tillbaka tyngdkraften, ökar trycket i stjärnans tarmar så mycket att det "klister" elektroner till protoner. Som ett resultat blir laddningen noll, och proton-elektronparet blir en neutron. Det resulterande materialet, som består av "pressade" neutroner, är extremt tätt.
En stjärna som väger i vår sol förvandlas till en bollflera tiotals kilometer i diameter. En tesked sådan "neutrongröt" skulle kunna väga flera hundra ton på jorden.
