दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन का एक कण। परमाणुओं की संरचना - पदार्थ के प्राथमिक कण, इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन। एक प्रोटॉन का 3डी पोर्ट्रेट

पदार्थ की संरचना का अध्ययन करके, भौतिकविदों ने सीखा कि परमाणु किस चीज से बने होते हैं, परमाणु नाभिक तक पहुंचे और इसे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में विभाजित किया। इन सभी चरणों को काफी आसानी से दिया गया था - केवल आवश्यक ऊर्जा के लिए कणों को फैलाने के लिए आवश्यक था, उन्हें एक दूसरे के खिलाफ धक्का देना, और फिर वे स्वयं अपने घटक भागों में गिर गए।

लेकिन प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के साथ यह तरकीब काम नहीं आई। यद्यपि वे मिश्रित कण हैं, वे किसी भी सबसे हिंसक टक्कर में भी "अलग" नहीं हो सकते हैं। इसलिए, भौतिकविदों को प्रोटॉन के अंदर देखने, इसकी संरचना और आकार को देखने के विभिन्न तरीकों के साथ आने में दशकों लग गए। आज, प्रोटॉन की संरचना का अध्ययन प्राथमिक कण भौतिकी के सबसे सक्रिय क्षेत्रों में से एक है।

प्रकृति संकेत देती है

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संरचना का अध्ययन करने का इतिहास 1930 के दशक का है। जब, प्रोटॉन के अलावा, न्यूट्रॉन की खोज की गई (1932), उनके द्रव्यमान को मापकर, भौतिकविदों को यह जानकर आश्चर्य हुआ कि यह एक प्रोटॉन के द्रव्यमान के बहुत करीब है। इसके अलावा, यह पता चला कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन परमाणु बातचीत को बिल्कुल उसी तरह "महसूस" करते हैं। इतना ही कि, परमाणु बलों के दृष्टिकोण से, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को एक ही कण के दो अभिव्यक्तियों के रूप में माना जा सकता है - न्यूक्लियॉन: प्रोटॉन एक विद्युत आवेशित न्यूक्लियॉन है, और न्यूट्रॉन एक तटस्थ न्यूक्लियॉन है। न्यूट्रॉन और परमाणु बलों के लिए स्वैप प्रोटॉन (लगभग) कुछ भी नोटिस नहीं करेंगे।

भौतिक विज्ञानी प्रकृति की इस संपत्ति को समरूपता के रूप में व्यक्त करते हैं - न्यूट्रॉन द्वारा प्रोटॉन के प्रतिस्थापन के संबंध में परमाणु बातचीत सममित है, जैसे एक तितली बाएं से दाएं के प्रतिस्थापन के संबंध में सममित है। यह समरूपता, परमाणु भौतिकी में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के अलावा, वास्तव में पहला संकेत था कि न्यूक्लियंस में एक दिलचस्प आंतरिक संरचना होती है। यह सच है कि 1930 के दशक में भौतिकविदों को इस संकेत का एहसास नहीं था।

समझ बाद में आई। इसकी शुरुआत इस तथ्य से हुई कि 1940 और 50 के दशक में, विभिन्न तत्वों के नाभिक के साथ प्रोटॉन के टकराव की प्रतिक्रियाओं में, वैज्ञानिक अधिक से अधिक नए कणों की खोज करके आश्चर्यचकित थे। प्रोटॉन नहीं, न्यूट्रॉन नहीं, उस समय तक न खोजे गए पाई-मेसन, जो न्यूक्लियॉन को नाभिक में रखते हैं, लेकिन कुछ पूरी तरह से नए कण। उनकी सभी विविधता के लिए, इन नए कणों में दो थे सामान्य गुण. पहले, वे, न्यूक्लियंस की तरह, बहुत स्वेच्छा से परमाणु बातचीत में भाग लेते थे - अब ऐसे कणों को हैड्रॉन कहा जाता है। और दूसरी बात, वे बेहद अस्थिर थे। उनमें से सबसे अस्थिर एक नैनोसेकंड के सिर्फ एक खरबवें हिस्से में अन्य कणों में क्षय हो गया, यहां तक ​​​​कि परमाणु नाभिक के आकार से उड़ने का समय भी नहीं था!

लंबे समय तक, हैड्रोन का "चिड़ियाघर" एक पूर्ण हॉजपॉज था। 1950 के दशक के अंत तक, भौतिकविदों ने पहले ही काफी कुछ सीख लिया था विभिन्न प्रकारहैड्रॉन ने एक दूसरे के साथ उनकी तुलना करना शुरू कर दिया और अचानक एक निश्चित सामान्य समरूपता देखी, यहां तक ​​​​कि उनके गुणों की आवधिकता भी। यह अनुमान लगाया गया था कि सभी हैड्रॉन (न्यूक्लिऑन सहित) के अंदर कुछ साधारण वस्तुएं होती हैं, जिन्हें "क्वार्क" कहा जाता है। क्वार्क का संयोजन विभिन्न तरीके, इस प्रकार के विभिन्न हैड्रॉन प्राप्त करना संभव है और ऐसे गुणों के साथ जो प्रयोग में पाए गए थे।

प्रोटॉन को प्रोटॉन क्या बनाता है?

भौतिकविदों द्वारा हैड्रॉन की क्वार्क संरचना की खोज करने के बाद और पता चला कि क्वार्क कई में आते हैं विभिन्न किस्में, यह स्पष्ट हो गया कि क्वार्क से कई अलग-अलग कणों का निर्माण किया जा सकता है। इसलिए किसी को आश्चर्य नहीं हुआ जब बाद के प्रयोगों में एक के बाद एक नए हैड्रॉन मिलते रहे। लेकिन सभी हैड्रॉन के बीच, कणों का एक पूरा परिवार पाया गया, जिसमें केवल दो प्रोटॉन की तरह ही शामिल थे। तुम-क्वार्क और एक डी-क्वार्क। प्रोटॉन का एक प्रकार का "भाइयों"। और यहाँ भौतिक विज्ञानी आश्चर्यचकित थे।

आइए पहले एक साधारण अवलोकन करें। यदि हमारे पास समान "ईंटों" से युक्त कई वस्तुएं हैं, तो भारी वस्तुओं में अधिक "ईंटें" होती हैं, और हल्की वाली - कम। यह एक बहुत ही प्राकृतिक सिद्धांत है, जिसे संयोजन का सिद्धांत या अधिरचना का सिद्धांत कहा जा सकता है, और यह रोजमर्रा की जिंदगी और भौतिकी दोनों में पूरी तरह से पूरा होता है। यह परमाणु नाभिक की संरचना में भी प्रकट होता है - आखिरकार, भारी नाभिक में बड़ी संख्या में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं।

हालांकि, क्वार्क के स्तर पर, यह सिद्धांत बिल्कुल भी काम नहीं करता है, और, माना जाता है कि भौतिकविदों ने अभी तक पूरी तरह से पता नहीं लगाया है कि क्यों। यह पता चला है कि प्रोटॉन के भारी भाइयों में भी प्रोटॉन के समान क्वार्क होते हैं, हालांकि वे प्रोटॉन से डेढ़ या दो गुना भारी होते हैं। वे प्रोटॉन से भिन्न होते हैं (और एक दूसरे से भिन्न होते हैं) नहीं संयोजन,लेकिन आपसी स्थानक्वार्क, उस अवस्था के अनुसार जिसमें ये क्वार्क एक दूसरे के सापेक्ष होते हैं। क्वार्कों की पारस्परिक स्थिति को बदलने के लिए यह पर्याप्त है - और हमें प्रोटॉन से एक और, विशेष रूप से भारी, कण मिलेगा।

लेकिन क्या होता है यदि आप अभी भी तीन से अधिक क्वार्क एक साथ लेते और एकत्र करते हैं? क्या एक नया भारी कण प्राप्त होगा? हैरानी की बात है कि यह काम नहीं करेगा - क्वार्क तीन में टूट जाएगा और कई अलग-अलग कणों में बदल जाएगा। किसी कारण से, प्रकृति कई क्वार्कों को एक में मिलाना "पसंद नहीं करती"! अभी हाल ही में, सचमुच में पिछले साल, संकेत मिलने लगे कि कुछ मल्टीक्वार्क कण मौजूद हैं, लेकिन यह केवल इस बात पर जोर देता है कि प्रकृति उन्हें कितना पसंद नहीं करती है।

इस कॉम्बिनेटरिक्स से एक बहुत ही महत्वपूर्ण और गहरा निष्कर्ष निकलता है - हैड्रॉन के द्रव्यमान में क्वार्क का द्रव्यमान बिल्कुल नहीं होता है। लेकिन अगर किसी हैड्रॉन के द्रव्यमान को उसके बिल्डिंग ब्लॉक्स को फिर से जोड़कर बढ़ाया या घटाया जा सकता है, तो क्वार्क स्वयं हैड्रॉन के द्रव्यमान के लिए ज़िम्मेदार नहीं हैं। दरअसल, बाद के प्रयोगों में, यह पता लगाना संभव था कि क्वार्क का द्रव्यमान स्वयं प्रोटॉन के द्रव्यमान का केवल दो प्रतिशत है, और शेष गुरुत्वाकर्षण बल क्षेत्र (विशेष कण - ग्लून्स) के कारण उत्पन्न होता है। क्वार्कों को एक साथ बांधें। क्वार्कों की पारस्परिक व्यवस्था को बदलकर, उदाहरण के लिए, उन्हें एक दूसरे से दूर ले जाकर, हम ग्लूऑन क्लाउड को बदलते हैं, इसे और अधिक विशाल बनाते हैं, यही कारण है कि हैड्रॉन का द्रव्यमान बढ़ता है (चित्र 1)।

तेजी से उड़ने वाले प्रोटॉन के अंदर क्या चल रहा है?

ऊपर वर्णित सब कुछ एक गतिहीन प्रोटॉन से संबंधित है, भौतिकविदों की भाषा में, यह इसके बाकी फ्रेम में एक प्रोटॉन की संरचना है। हालाँकि, प्रयोग में, प्रोटॉन की संरचना पहली बार अन्य स्थितियों में खोजी गई थी - अंदर तेज उड़ानप्रोटॉन

1960 के दशक के उत्तरार्ध में, त्वरक पर कण टकराव के प्रयोगों में, यह देखा गया कि निकट-प्रकाश गति से उड़ने वाले प्रोटॉन ऐसा व्यवहार करते थे जैसे उनके अंदर की ऊर्जा समान रूप से वितरित नहीं की गई थी, लेकिन अलग-अलग कॉम्पैक्ट वस्तुओं में केंद्रित थी। प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी रिचर्ड फेनमैन ने प्रोटॉन के अंदर पदार्थ के इन गुच्छों को बुलाने का प्रस्ताव रखा पार्टन(अंग्रेज़ी से अंश-अंश)।

बाद के प्रयोगों में, पार्टनों के कई गुणों का अध्ययन किया गया- उदाहरण के लिए, उनका विद्युत आवेश, उनकी संख्या, और प्रत्येक में प्रोटॉन ऊर्जा का अनुपात। यह पता चला है कि चार्ज किए गए पार्टन क्वार्क हैं और तटस्थ भाग ग्लून्स हैं। हां, हां, वही ग्लून्स, जो प्रोटॉन के बाकी फ्रेम में क्वार्क को बस "सेवा" करते हैं, उन्हें एक-दूसरे की ओर आकर्षित करते हैं, अब स्वतंत्र पार्टन हैं और क्वार्क के साथ, "पदार्थ" और ऊर्जा को तेजी से ले जाते हैं उड़ान प्रोटॉन। प्रयोगों से पता चला है कि लगभग आधी ऊर्जा क्वार्क में और आधी ग्लून्स में संग्रहित होती है।

इलेक्ट्रॉनों के साथ प्रोटॉन की टक्कर में पार्टन का सबसे आसानी से अध्ययन किया जाता है। तथ्य यह है कि, प्रोटॉन के विपरीत, इलेक्ट्रॉन मजबूत परमाणु अंतःक्रियाओं में भाग नहीं लेता है और प्रोटॉन के साथ इसकी टक्कर बहुत सरल दिखती है: इलेक्ट्रॉन बहुत अधिक होता है छोटी अवधिएक आभासी फोटॉन का उत्सर्जन करता है जो एक आवेशित पार्टन में दुर्घटनाग्रस्त हो जाता है और अंततः बड़ी संख्या में कण उत्पन्न करता है (चित्र 2)। हम कह सकते हैं कि इलेक्ट्रॉन प्रोटॉन को "खोलने" और इसे अलग-अलग हिस्सों में विभाजित करने के लिए एक उत्कृष्ट स्केलपेल है - हालांकि, केवल बहुत ही कम समय के लिए। यह जानकर कि त्वरक पर ऐसी प्रक्रियाएं कितनी बार होती हैं, प्रोटॉन के अंदर पार्टनों की संख्या और उनके आवेशों को मापना संभव है।

असली साथी कौन हैं?

और यहाँ हम एक और आश्चर्यजनक खोज पर आते हैं जो भौतिकविदों ने उच्च ऊर्जाओं पर प्राथमिक कणों के टकराव का अध्ययन करते हुए की है।

सामान्य परिस्थितियों में, इस या उस वस्तु में क्या होता है, इस सवाल का संदर्भ के सभी फ़्रेमों के लिए एक सार्वभौमिक उत्तर है। उदाहरण के लिए, एक पानी के अणु में दो हाइड्रोजन परमाणु और एक ऑक्सीजन परमाणु होते हैं - और इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि हम एक स्थिर या गतिमान अणु को देख रहे हैं। हालाँकि, यह नियम - यह इतना स्वाभाविक लगेगा! - उल्लंघन किया अगर हम बात कर रहे हैंप्रकाश की गति के करीब गति से चलने वाले प्राथमिक कणों के बारे में। संदर्भ के एक फ्रेम में, एक जटिल कण में उप-कणों का एक सेट हो सकता है, और संदर्भ के दूसरे फ्रेम में, दूसरे का। पता चला कि रचना एक सापेक्ष अवधारणा है!

यह कैसे हो सकता है? यहां कुंजी एक महत्वपूर्ण संपत्ति है: हमारी दुनिया में कणों की संख्या निश्चित नहीं है - कण पैदा हो सकते हैं और गायब हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, यदि पर्याप्त रूप से उच्च ऊर्जा वाले दो इलेक्ट्रॉनों को एक साथ धकेला जाता है, तो इन दो इलेक्ट्रॉनों के अलावा, या तो एक फोटॉन, या एक इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़ी, या कुछ अन्य कण पैदा हो सकते हैं। यह सब क्वांटम कानूनों द्वारा अनुमत है, और वास्तविक प्रयोगों में ऐसा ही होता है।

लेकिन कणों का यह "गैर-संरक्षण का नियम" काम करता है टक्करों मेंकण। लेकिन यह कैसे होता है कि एक ही प्रोटॉन अलग-अलग दृष्टिकोण से ऐसा दिखता है जैसे इसमें कणों का एक अलग सेट होता है? तथ्य यह है कि एक प्रोटॉन केवल तीन क्वार्क को एक साथ नहीं रखता है। क्वार्कों के बीच एक ग्लूऑन बल क्षेत्र होता है। सामान्य तौर पर, एक बल क्षेत्र (जैसे, उदाहरण के लिए, एक गुरुत्वाकर्षण या विद्युत क्षेत्र) एक प्रकार की सामग्री "इकाई" है जो अंतरिक्ष में प्रवेश करती है और कणों को एक दूसरे पर बल लगाने की अनुमति देती है। में क्वांटम सिद्धांतक्षेत्र में कण भी होते हैं, हालांकि विशेष वाले - आभासी वाले। इन कणों की संख्या निश्चित नहीं है, वे लगातार क्वार्क से "नवोदित" होते हैं और अन्य क्वार्क द्वारा अवशोषित होते हैं।

आरामप्रोटॉन को वास्तव में तीन क्वार्क के रूप में माना जा सकता है, जिसके बीच ग्लून्स कूदते हैं। लेकिन अगर हम एक ही प्रोटॉन को संदर्भ के एक अलग फ्रेम से देखते हैं, जैसे कि एक "सापेक्ष ट्रेन" की खिड़की से गुजरती है, तो हम एक पूरी तरह से अलग तस्वीर देखेंगे। वे आभासी ग्लून्स जो क्वार्कों को एक साथ चिपकाते हैं वे कम आभासी, "अधिक वास्तविक" कण प्रतीत होंगे। बेशक, वे अभी भी पैदा होते हैं और क्वार्क द्वारा अवशोषित होते हैं, लेकिन साथ ही वे कुछ समय के लिए अपने दम पर रहते हैं, वास्तविक कणों की तरह क्वार्क के बगल में उड़ते हैं। संदर्भ के एक फ्रेम में एक साधारण बल क्षेत्र जैसा दिखता है वह दूसरे फ्रेम में कणों की धारा में बदल जाता है! ध्यान दें कि हम प्रोटॉन को स्वयं नहीं छूते हैं, लेकिन इसे केवल संदर्भ के एक अलग फ्रेम से देखते हैं।

आगे और भी। हमारी "सापेक्ष ट्रेन" की गति प्रकाश की गति के जितनी करीब होगी, प्रोटॉन के अंदर उतनी ही अद्भुत तस्वीर हम देखेंगे। जैसे-जैसे हम प्रकाश की गति के करीब पहुंचते हैं, हम देखेंगे कि प्रोटॉन के अंदर अधिक से अधिक ग्लून्स होते हैं। इसके अलावा, वे कभी-कभी क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े में विभाजित हो जाते हैं, जो अगल-बगल उड़ते भी हैं और इन्हें पार्टन भी माना जाता है। नतीजतन, एक अल्ट्रारिलेटिविस्टिक प्रोटॉन, यानी, प्रकाश की गति के बहुत करीब गति से हमारे सापेक्ष गतिमान एक प्रोटॉन, क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लून्स के परस्पर बादलों के रूप में प्रकट होता है जो एक साथ उड़ते हैं और एक दूसरे का समर्थन करते प्रतीत होते हैं (चित्र 3)। )

सापेक्षता के सिद्धांत से परिचित पाठक चिंतित हो सकता है। सभी भौतिकी इस सिद्धांत पर आधारित है कि कोई भी प्रक्रिया संदर्भ के सभी जड़त्वीय फ्रेम में उसी तरह आगे बढ़ती है। और यहाँ यह पता चला है कि प्रोटॉन की संरचना उस संदर्भ के फ्रेम पर निर्भर करती है जिससे हम इसे देखते हैं?!

हाँ, यह सही है, लेकिन यह किसी भी तरह से सापेक्षता के सिद्धांत का उल्लंघन नहीं करता है। परिणाम शारीरिक प्रक्रियाएं- उदाहरण के लिए, टक्कर के परिणामस्वरूप कौन से कण और कितने पैदा होते हैं - वास्तव में अपरिवर्तनीय हो जाते हैं, हालांकि प्रोटॉन की संरचना संदर्भ के फ्रेम पर निर्भर करती है।

यह स्थिति, पहली नज़र में असामान्य है, लेकिन भौतिकी के सभी नियमों को संतुष्ट करती है, चित्र 4 में योजनाबद्ध रूप से चित्रित किया गया है। यह दर्शाता है कि दो उच्च-ऊर्जा प्रोटॉन की टक्कर संदर्भ के विभिन्न फ्रेम में कैसे दिखती है: एक प्रोटॉन के बाकी फ्रेम में, में द्रव्यमान फ्रेम का केंद्र, दूसरे प्रोटॉन के बाकी फ्रेम में। प्रोटॉन के बीच की बातचीत को विभाजित ग्लून्स के एक कैस्केड के माध्यम से किया जाता है, लेकिन केवल एक मामले में इस कैस्केड को एक प्रोटॉन के "अंदर" माना जाता है, दूसरे मामले में यह दूसरे प्रोटॉन का हिस्सा होता है, और तीसरे मामले में यह सिर्फ होता है दो प्रोटॉन के बीच एक वस्तु का आदान-प्रदान। यह झरना मौजूद है, यह वास्तविक है, लेकिन प्रक्रिया के किस हिस्से को इसके लिए जिम्मेदार ठहराया जाना चाहिए, यह संदर्भ के फ्रेम पर निर्भर करता है।

एक प्रोटॉन का 3डी पोर्ट्रेट

हमने अभी जिन परिणामों का वर्णन किया है, वे बहुत समय पहले किए गए प्रयोगों पर आधारित थे - पिछली सदी के 60 और 70 के दशक में। ऐसा लगता है कि तब से सब कुछ पहले से ही अध्ययन किया जाना चाहिए और सभी सवालों के जवाब खोजने चाहिए। लेकिन नहीं - प्रोटॉन डिवाइस अभी भी सबसे अधिक में से एक है दिलचस्प विषयप्राथमिक कण भौतिकी में। इसके अलावा, हाल के वर्षों में, इसमें रुचि फिर से बढ़ गई है, क्योंकि भौतिकविदों ने यह पता लगाया है कि एक तेज गति वाले प्रोटॉन का "त्रि-आयामी" चित्र कैसे प्राप्त किया जाए, जो एक स्थिर प्रोटॉन के चित्र की तुलना में बहुत अधिक जटिल निकला।

शास्त्रीय प्रोटॉन टक्कर प्रयोग केवल पार्टनों की संख्या और उनके ऊर्जा वितरण के बारे में बताते हैं। ऐसे प्रयोगों में, पार्टन स्वतंत्र वस्तुओं के रूप में भाग लेते हैं, जिसका अर्थ है कि उनसे यह सीखना असंभव है कि पार्टन एक दूसरे के सापेक्ष कैसे स्थित हैं, वे वास्तव में एक प्रोटॉन में कैसे जुड़ते हैं। यह कहा जा सकता है कि लंबे समय तक भौतिकविदों के लिए तेजी से उड़ने वाले प्रोटॉन का केवल "एक-आयामी" चित्र उपलब्ध था।

प्रोटॉन का वास्तविक, त्रि-आयामी, चित्र बनाने और अंतरिक्ष में पार्टनों के वितरण को जानने के लिए, 40 साल पहले की तुलना में बहुत अधिक सूक्ष्म प्रयोगों की आवश्यकता होती है। भौतिकविदों ने हाल ही में, सचमुच पिछले दशक में ऐसे प्रयोग करना सीखा है। उन्होंने महसूस किया कि एक इलेक्ट्रॉन के प्रोटॉन से टकराने पर होने वाली विभिन्न प्रतिक्रियाओं की एक बड़ी संख्या में एक विशेष प्रतिक्रिया होती है - डीप वर्चुअल कॉम्पटन स्कैटरिंग, - जो प्रोटॉन की त्रिविमीय संरचना के बारे में बता सकेगा।

सामान्य तौर पर, कॉम्पटन स्कैटरिंग, या कॉम्पटन प्रभाव, एक प्रोटॉन जैसे किसी कण के साथ एक फोटॉन की लोचदार टक्कर है। यह इस तरह दिखता है: एक फोटॉन आता है, एक प्रोटॉन द्वारा अवशोषित किया जाता है, जो कुछ समय के लिए उत्तेजित अवस्था में चला जाता है, और फिर किसी दिशा में एक फोटॉन उत्सर्जित करते हुए अपनी मूल स्थिति में लौट आता है।

साधारण प्रकाश फोटॉन के कॉम्पटन प्रकीर्णन से कुछ भी दिलचस्प नहीं होता है - यह एक प्रोटॉन से प्रकाश का एक साधारण प्रतिबिंब है। प्रोटॉन की आंतरिक संरचना को "खेलने" के लिए और क्वार्क के वितरण को "महसूस" करने के लिए, बहुत अधिक ऊर्जा के फोटॉन का उपयोग करना आवश्यक है - सामान्य प्रकाश की तुलना में अरबों गुना अधिक। और ऐसे ही फोटॉन - हालांकि, आभासी - एक घटना इलेक्ट्रॉन द्वारा आसानी से उत्पन्न होते हैं। यदि अब हम एक को दूसरे के साथ जोड़ते हैं, तो हमें डीप-वर्चुअल कॉम्पटन स्कैटरिंग (चित्र 5) प्राप्त होता है।

इस अभिक्रिया की मुख्य विशेषता यह है कि यह प्रोटॉन को नष्ट नहीं करती है। घटना फोटॉन न केवल प्रोटॉन से टकराता है, बल्कि, जैसा कि था, ध्यान से इसे महसूस करता है और फिर उड़ जाता है। यह किस दिशा में उड़ता है और प्रोटॉन इससे कितनी ऊर्जा लेता है, यह प्रोटॉन की संरचना पर निर्भर करता है, इसके अंदर के पार्टनों की सापेक्ष स्थिति पर। इसलिए, इस प्रक्रिया का अध्ययन करके, प्रोटॉन की त्रि-आयामी उपस्थिति को बहाल करना संभव है, जैसे कि "इसकी मूर्तिकला को फैशन करना।"

सच है, एक प्रायोगिक भौतिक विज्ञानी के लिए ऐसा करना बहुत कठिन है। वांछित प्रक्रिया बहुत कम होती है, और इसे पंजीकृत करना मुश्किल है। इस प्रतिक्रिया पर पहला प्रायोगिक डेटा केवल 2001 में हैम्बर्ग में जर्मन त्वरक परिसर DESY में HERA त्वरक पर प्राप्त किया गया था; नई डेटा श्रृंखला अब प्रयोगकर्ताओं द्वारा संसाधित की जा रही है। हालांकि, पहले से ही आज, पहले डेटा के आधार पर, सिद्धांतवादी प्रोटॉन में क्वार्क और ग्लून्स के त्रि-आयामी वितरण को आकर्षित करते हैं। भौतिक मात्रा, जिसके बारे में भौतिक विज्ञानी केवल धारणाएँ बनाते थे, अंततः प्रयोग से "प्रकट" होने लगी।

क्या हम किसी का इंतजार कर रहे हैं? अप्रत्याशित खोजेंइस क्षेत्र में? संभावना है कि हाँ। उदाहरण के तौर पर, मान लें कि नवंबर 2008 में एक दिलचस्प सैद्धांतिक लेख सामने आया, जिसमें कहा गया है कि एक तेज़-तर्रार प्रोटॉन को एक सपाट डिस्क की तरह नहीं दिखना चाहिए, बल्कि एक उभयलिंगी लेंस होना चाहिए। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि प्रोटॉन के मध्य क्षेत्र में बैठे भाग, किनारों पर बैठे पार्टनों की तुलना में अनुदैर्ध्य दिशा में अधिक संकुचित होते हैं। प्रयोगात्मक रूप से इन सैद्धांतिक भविष्यवाणियों का परीक्षण करना बहुत दिलचस्प होगा!

भौतिकविदों के लिए यह सब दिलचस्प क्यों है?

भौतिकविदों को यह जानने की आवश्यकता क्यों है कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के अंदर पदार्थ कैसे वितरित किया जाता है?

सबसे पहले, यह भौतिकी के विकास के तर्क के लिए आवश्यक है। दुनिया में कई आश्चर्यजनक रूप से जटिल प्रणालियां हैं जिनका आधुनिक सैद्धांतिक भौतिकी अभी तक पूरी तरह से सामना नहीं कर सका है। हैड्रॉन एक ऐसी प्रणाली है। हैड्रॉन की संरचना को समझते हुए, हम सैद्धांतिक भौतिकी की क्षमता को सुधारते हैं, जो सार्वभौमिक हो सकती है और शायद, कुछ पूरी तरह से अलग करने में मदद करती है, उदाहरण के लिए, सुपरकंडक्टर्स या असामान्य गुणों वाले अन्य सामग्रियों के अध्ययन में।

दूसरे, परमाणु भौतिकी के लिए तत्काल लाभ है। परमाणु नाभिक के अध्ययन के लगभग एक सदी के इतिहास के बावजूद, सिद्धांतकार अभी भी प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की बातचीत के सटीक नियम को नहीं जानते हैं।

उन्हें इस नियम का आंशिक रूप से प्रायोगिक आंकड़ों के आधार पर अनुमान लगाना होता है, और आंशिक रूप से इसका निर्माण नाभिकों की संरचना के बारे में ज्ञान के आधार पर करना होता है। यह वह जगह है जहां न्यूक्लिऑन की त्रि-आयामी संरचना पर नया डेटा मदद करेगा।

तीसरा, कुछ साल पहले, भौतिक विज्ञानी पदार्थ की एक नई समग्र अवस्था - क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा से कम कुछ भी प्राप्त करने में कामयाब रहे। इस अवस्था में क्वार्क अलग-अलग प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के अंदर नहीं बैठते हैं, बल्कि स्वतंत्र रूप से परमाणु पदार्थ के पूरे समूह के चारों ओर घूमते हैं। इसे प्राप्त किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, इस प्रकार: त्वरक में भारी नाभिक प्रकाश की गति के बहुत करीब गति से त्वरित होते हैं, और फिर वे आमने-सामने टकराते हैं। इस टक्कर में बहुत कम समय के लिए खरबों डिग्री का तापमान पैदा हो जाता है, जो नाभिक को पिघलाकर क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा में बदल देता है। तो, यह पता चला है कि इस परमाणु पिघलने की सैद्धांतिक गणना के लिए न्यूक्लियंस की त्रि-आयामी संरचना के अच्छे ज्ञान की आवश्यकता होती है।

अंत में, ये डेटा खगोल भौतिकी के लिए बहुत आवश्यक हैं। जब भारी तारे अपने जीवन के अंत में विस्फोट करते हैं, तो वे अक्सर अत्यंत कॉम्पैक्ट वस्तुओं - न्यूट्रॉन और संभवतः क्वार्क सितारों को छोड़ देते हैं। इन तारों के मूल में पूरी तरह से न्यूट्रॉन होते हैं, और शायद ठंडे क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा के भी होते हैं। ऐसे तारे लंबे समय से खोजे गए हैं, लेकिन उनके अंदर क्या होता है, इसका अंदाजा ही लगाया जा सकता है। तो क्वार्क वितरण की अच्छी समझ से खगोल भौतिकी में भी प्रगति हो सकती है।

सबसे पहले, आपको यह समझने की जरूरत है कि चार अलग-अलग प्रकार की ऊर्जा निकलती है:

1) रासायनिक ऊर्जा, जो हमारी कारों के साथ-साथ आधुनिक सभ्यता के अधिकांश उपकरणों को शक्ति प्रदान करता है;

2) परमाणु विखंडन ऊर्जा, जो हमारे द्वारा उपभोग की जाने वाली बिजली का लगभग 15% उत्पन्न करती है;

3) गर्म परमाणु संलयन की ऊर्जा, जो सूर्य और अधिकांश सितारों को शक्ति प्रदान करती है;

4) ठंडे परमाणु संलयन की ऊर्जा, जिसे कुछ प्रयोगकर्ताओं ने प्रयोगशाला अध्ययनों में देखा है और जिसके अस्तित्व को अधिकांश वैज्ञानिकों ने खारिज कर दिया है।

तीनों प्रकार की परमाणु ऊर्जा (ईंधन की ऊष्मा/पाउंड) की मात्रा रासायनिक ऊर्जा से 10 मिलियन गुना अधिक है। इस प्रकार की ऊर्जा कैसे भिन्न होती है? इस मुद्दे को समझने के लिए रसायन विज्ञान और भौतिकी के क्षेत्र में कुछ ज्ञान की आवश्यकता है।

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प्रकृति ने हमें दो प्रकार के स्थिर आवेशित कण दिए हैं: प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन। एक प्रोटॉन एक भारी, आमतौर पर बहुत छोटा, धनात्मक आवेशित कण होता है। इलेक्ट्रॉन आमतौर पर हल्का, बड़ा, फजी सीमाओं के साथ होता है और इसमें ऋणात्मक आवेश होता है। जिस प्रकार चुम्बक का उत्तरी ध्रुव दक्षिणी ध्रुव को आकर्षित करता है, उसी प्रकार धनात्मक और ऋणात्मक आवेश एक दूसरे को आकर्षित करते हैं। यदि किसी चुम्बक को उसके उत्तरी ध्रुव के साथ पर लाया जाता है दक्षिणी ध्रुवएक और चुंबक, वे टकराएंगे। टक्कर गर्मी के रूप में थोड़ी मात्रा में ऊर्जा जारी करेगी, लेकिन यह बहुत छोटा है जिसे आसानी से मापा जा सकता है। चुम्बकों को अलग करने के लिए आपको काम करना होगा, यानी ऊर्जा खर्च करनी होगी। यह लगभग उसी तरह है जैसे किसी पत्थर को वापस पहाड़ी पर उठाना।

जब कोई पत्थर पहाड़ी से लुढ़कता है, तो थोड़ी मात्रा में ऊष्मा निकलती है, लेकिन पत्थर को वापस ऊपर उठाने की प्रक्रिया में ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

उसी तरह, प्रोटॉन का धनात्मक आवेश इलेक्ट्रॉन के ऋणात्मक आवेश से टकराता है, वे "एक साथ चिपकते हैं", ऊर्जा छोड़ते हैं। परिणाम एक हाइड्रोजन परमाणु है, जिसे एच कहा जाता है। एक हाइड्रोजन परमाणु एक छोटे प्रोटॉन को ढके हुए धुंधले इलेक्ट्रॉन से ज्यादा कुछ नहीं है। यदि आप हाइड्रोजन परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालते हैं, तो आपको एक धनावेशित H + आयन मिलता है, जो मूल प्रोटॉन से अधिक कुछ नहीं है। "आयन" एक परमाणु या अणु पर लागू होने वाला नाम है जो एक या अधिक इलेक्ट्रॉनों को खो चुका है या प्राप्त कर चुका है और इसलिए अब तटस्थ नहीं है।

जैसा कि आप जानते हैं, प्रकृति में एक से अधिक प्रकार के परमाणु होते हैं। हमारे पास ऑक्सीजन परमाणु, नाइट्रोजन परमाणु, लौह परमाणु, हीलियम परमाणु और अन्य हैं। वे सभी अलग कैसे हैं? उन सभी में नाभिक होता है विभिन्न प्रकार, और सभी नाभिक होते हैं अलग राशिप्रोटॉन, जिसका अर्थ है कि उनके पास एक अलग सकारात्मक चार्ज है। एक हीलियम नाभिक में 2 प्रोटॉन होते हैं, जिसका अर्थ है कि इसमें प्लस 2 चार्ज होता है, और चार्ज को बेअसर करने के लिए 2 इलेक्ट्रॉनों की आवश्यकता होती है। जब 2 इलेक्ट्रॉन इससे "चिपके" होते हैं, तो एक हीलियम परमाणु बनता है। ऑक्सीजन नाभिक में 8 प्रोटॉन होते हैं और 8 का चार्ज होता है। जब 8 इलेक्ट्रॉनों को "चिपकाया" जाता है, तो ऑक्सीजन परमाणु बनता है। एक नाइट्रोजन परमाणु में 7 इलेक्ट्रॉन होते हैं, एक लोहे के परमाणु में लगभग 26 होते हैं। हालांकि, सभी परमाणुओं की संरचना लगभग समान होती है: एक छोटा, धनात्मक आवेशित नाभिक, फैलाना इलेक्ट्रॉनों के एक बादल में स्थित होता है। नाभिक और इलेक्ट्रॉनों के बीच आकार में अंतर बहुत बड़ा है।

सूर्य का व्यास पृथ्वी के व्यास का केवल 100 गुना है। एक परमाणु में इलेक्ट्रॉन बादल का व्यास नाभिक के व्यास का 100,000 गुना होता है। आयतन में अंतर प्राप्त करने के लिए, इन संख्याओं को एक घन में बढ़ाना आवश्यक है।

अब हम यह समझने के लिए तैयार हैं कि रासायनिक ऊर्जा क्या है। परमाणु, विद्युत रूप से तटस्थ होने के कारण, वास्तव में एक दूसरे के साथ बंध सकते हैं, अधिक ऊर्जा जारी कर सकते हैं। दूसरे शब्दों में, उन्हें अधिक स्थिर विन्यास में जोड़ा जा सकता है। पहले से ही परमाणु में, इलेक्ट्रॉन खुद को इस तरह से वितरित करने की कोशिश करते हैं कि जितना संभव हो सके नाभिक के करीब पहुंचें, लेकिन उनकी अस्पष्ट प्रकृति के कारण, उन्हें एक निश्चित मात्रा में स्थान की आवश्यकता होती है। हालांकि, जब दूसरे परमाणु के इलेक्ट्रॉनों के साथ मिलकर, वे आम तौर पर एक करीबी विन्यास बनाते हैं, जो उन्हें नाभिक तक पहुंचने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, 2 हाइड्रोजन परमाणु अधिक कॉम्पैक्ट कॉन्फ़िगरेशन में संयोजित हो सकते हैं यदि प्रत्येक हाइड्रोजन परमाणु अपने इलेक्ट्रॉन को 2 इलेक्ट्रॉनों के एक बादल को दान कर देता है, जो दो प्रोटॉन के बीच विभाजित होता है।

इस प्रकार, वे एक समूह बनाते हैं जिसमें एक ही बादल में दो इलेक्ट्रॉन होते हैं और दो प्रोटॉन होते हैं, जो एक दूसरे से अंतरिक्ष से अलग होते हैं, लेकिन फिर भी, इलेक्ट्रॉनों के बादल के अंदर स्थित होते हैं। नतीजतन, एक रासायनिक प्रतिक्रिया होती है जो गर्मी की रिहाई के साथ आगे बढ़ती है: एच + एच => एच जी (चिह्न "=>" का अर्थ है "में जाता है" या "हो जाता है")। एच 2 विन्यास एक हाइड्रोजन अणु है; जब आप हाइड्रोजन का एक गुब्बारा खरीदते हैं, तो आपको एच अणुओं से ज्यादा कुछ नहीं मिलता है। इसके अलावा, जब दो एच 2 इलेक्ट्रॉन और 8 ओ परमाणु इलेक्ट्रॉन संयुक्त होते हैं तो एक और भी अधिक कॉम्पैक्ट कॉन्फ़िगरेशन बना सकते हैं - एक पानी का अणु एच ओ प्लस गर्मी। दरअसल, पानी का अणु इलेक्ट्रॉनों का एक अकेला बादल होता है, जिसके अंदर तीन बिंदु नाभिक होते हैं। ऐसा अणु न्यूनतम ऊर्जा विन्यास है।

इस प्रकार, तेल या कोयले को जलाने से, हम इलेक्ट्रॉनों का पुनर्वितरण करते हैं। यह इलेक्ट्रॉन बादलों के अंदर बिंदु नाभिक के अधिक स्थिर विन्यास के गठन की ओर जाता है और इसके साथ गर्मी भी निकलती है। यह रासायनिक ऊर्जा की प्रकृति है।

पिछली चर्चा में, हम एक बिंदु से चूक गए थे। प्रकृति में नाभिक में शुरू में दो या दो से अधिक प्रोटॉन क्यों होते हैं? प्रत्येक प्रोटॉन पर एक धनात्मक आवेश होता है, और जब धनात्मक आवेशों के बीच की दूरी इतनी कम होती है कि यह नाभिक के आस-पास के स्थान के अनुरूप होती है, तो वे एक-दूसरे को दृढ़ता से पीछे हटाते हैं। समान आवेशों का प्रतिकर्षण दो चुम्बकों के उत्तरी ध्रुवों के बीच होने वाले प्रतिकर्षण के समान होता है जब वे उन्हें गलत तरीके से जोड़ने का प्रयास कर रहे होते हैं। कुछ ऐसा होना चाहिए जो इस प्रतिकर्षण पर काबू पा सके, अन्यथा केवल हाइड्रोजन परमाणु ही मौजूद होंगे। सौभाग्य से, हम देखते हैं कि ऐसा नहीं है।

एक अन्य प्रकार का बल है जो प्रोटॉन पर कार्य करता है। यह परमाणु शक्ति है। इस तथ्य के कारण कि यह बहुत बड़ा है, कण लगभग एक दूसरे के ऊपर मजबूती से टिके रहते हैं। इसके अलावा, एक दूसरे प्रकार के भारी कण होते हैं, जो प्रोटॉन से केवल इस मायने में भिन्न होते हैं कि उनके पास न तो धनात्मक और न ही ऋणात्मक आवेश होता है। वे प्रोटॉन के धनात्मक आवेश से प्रतिकर्षित नहीं होते हैं। इन कणों को "न्यूट्रॉन" कहा जाता है क्योंकि वे विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं। ख़ासियत यह है कि कणों की अपरिवर्तित अवस्था केवल नाभिक के अंदर ही संभव है। जब कोई कण नाभिक के बाहर होता है, तो लगभग 10 मिनट के भीतर वह एक प्रोटॉन, एक इलेक्ट्रॉन और एक बहुत ही हल्के एंटीन्यूट्रिनो में बदल जाता है। हालांकि, नाभिक के अंदर, यह मनमाने ढंग से लंबे समय तक अपरिवर्तित रह सकता है। चाहे जो भी हो, न्यूट्रॉन और प्रोटॉन एक-दूसरे के प्रति बहुत अधिक आकर्षित होते हैं। पर्याप्त दूरी पर संपर्क करने के बाद, वे जुड़ते हैं, एक बहुत मजबूत जोड़ी बनाते हैं, तथाकथित ड्यूटेरॉन, जिसे डी + द्वारा दर्शाया जाता है। एक एकल ड्यूटेरॉन एक एकल इलेक्ट्रॉन के साथ मिलकर एक भारी हाइड्रोजन परमाणु या ड्यूटेरियम बनाता है, जिसे डी कहा जाता है।

दूसरी परमाणु प्रतिक्रिया तब होती है जब दो ड्यूटेरॉन परस्पर क्रिया करते हैं। जब दो ड्यूटरॉन परस्पर क्रिया करने के लिए बाध्य होते हैं, तो वे एक कण बनाने के लिए जुड़ते हैं जिसमें दोहरा चार्ज होता है। दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन का एक गुच्छा एक गुच्छा से भी अधिक स्थिर होता है प्रोटॉन-न्यूट्रॉनड्यूटरॉन में। नया कण, 2 इलेक्ट्रॉनों द्वारा बेअसर, हीलियम परमाणु का केंद्रक बन जाता है, जिसे He नामित किया जाता है। प्रकृति में बड़े समूह भी होते हैं जो कार्बन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, लोहा और अन्य परमाणुओं के नाभिक होते हैं। इन सभी समूहों का अस्तित्व परमाणु बल के कारण संभव है जो कणों के बीच उत्पन्न होता है जब वे एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं या नाभिक के आकार के बराबर अंतरिक्ष की कुल मात्रा साझा करते हैं।

अब हम साधारण परमाणु ऊर्जा की प्रकृति को समझ सकते हैं, जो वास्तव में परमाणु विखंडन ऊर्जा है। के लिये आरंभिक इतिहासब्रह्मांड में बने विशाल तारे। इतने बड़े तारे के विस्फोट के दौरान कई प्रकार के नाभिक बने और फिर से बाहरी अंतरिक्ष में फट गए। इस द्रव्यमान से सूर्य सहित ग्रह और तारे बने हैं।

यह संभव है कि विस्फोट के दौरान प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के सभी संभावित स्थिर विन्यास, साथ ही यूरेनियम नाभिक जैसे व्यावहारिक रूप से स्थिर समूह दिखाई दिए। वास्तव में, यूरेनियम नाभिक तीन प्रकार के होते हैं: यूरेनियम -234, यूरेनियम -235 और यूरेनियम -238। ये "आइसोटोप" न्यूट्रॉन की संख्या में भिन्न होते हैं, हालांकि, इन सभी में 92 प्रोटॉन होते हैं। किसी भी प्रकार के यूरेनियम परमाणु के नाभिक हीलियम नाभिक को बाहर निकालकर निम्न ऊर्जा विन्यास में बदल सकते हैं, हालांकि, यह प्रक्रिया इतनी दुर्लभ है कि स्थलीय यूरेनियम लगभग 4 अरब वर्षों तक अपने गुणों को बरकरार रखता है।

हालांकि, यूरेनियम नाभिक के विन्यास को तोड़ने का एक और तरीका है। में सामान्य शब्दों में, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के समूह सबसे अधिक स्थिर होते हैं यदि उनमें लगभग 60 प्रोटॉन-न्यूट्रॉन जोड़े हों। यूरेनियम के नाभिक में निहित ऐसे युग्मों की संख्या इस आंकड़े से तीन गुना अधिक है। नतीजतन, यह बड़ी मात्रा में गर्मी जारी करते हुए दो भागों में विभाजित हो जाता है। लेकिन प्रकृति इसे अलग होने नहीं देती। ऐसा करने के लिए, इसे पहले एक उच्च ऊर्जा विन्यास में जाने की जरूरत है। हालांकि, एक प्रकार का यूरेनियम, यूरेनियम -235, जिसे 235 यू नामित किया गया है, न्यूट्रॉन पर कब्जा करके उसे आवश्यक ऊर्जा प्राप्त करता है। इस प्रकार आवश्यक ऊर्जा प्राप्त करने के बाद, नाभिक विघटित हो जाता है, मुक्त हो जाता है बड़ी राशिऊर्जा और अतिरिक्त न्यूट्रॉन जारी करना। ये अतिरिक्त न्यूट्रॉन बदले में यूरेनियम -235 नाभिक को विखंडन कर सकते हैं, जिससे एक श्रृंखला प्रतिक्रिया हो सकती है।

यह वह प्रक्रिया है जो में होती है परमाणु ऊर्जा संयंत्र, जहां गर्मी, जो परमाणु विखंडन का अंतिम उत्पाद है, का उपयोग पानी उबालने, भाप उत्पन्न करने और विद्युत जनरेटर को चालू करने के लिए किया जाता है। (इस पद्धति का नुकसान रेडियोधर्मी कचरे की रिहाई है, जिसका मज़बूती से निपटान किया जाना चाहिए)।

अब हम गर्म परमाणु संलयन के सार को समझने के लिए तैयार हैं। जैसा कि पाठ 5 में उल्लेख किया गया है, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन क्लस्टर सबसे अधिक स्थिर होते हैं जब प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या लगभग एक लोहे के परमाणु के नाभिक में उनकी संख्या से मेल खाती है। यूरेनियम की तरह, जिसमें सामान्य रूप से बहुत अधिक न्यूट्रॉन-प्रोटॉन होते हैं, हाइड्रोजन, हीलियम, कार्बन, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन जैसे हल्के तत्वों में इनमें से बहुत कम जोड़े होते हैं।

यदि आप इन नाभिकों के परस्पर क्रिया के लिए आवश्यक परिस्थितियाँ बनाते हैं, तो वे गर्मी की रिहाई के साथ अधिक स्थिर समूहों में जुड़ जाएंगे। यह संश्लेषण की प्रक्रिया है। प्रकृति में यह सूर्य जैसे तारों में पाया जाता है। प्रकृति में, संपीड़ित हाइड्रोजन बहुत गर्म होती है, और थोड़ी देर बाद, एक संलयन प्रतिक्रिया होती है। यदि प्रक्रिया मूल रूप से ड्यूटरॉन के साथ हुई थी, जिसमें पहले से ही एक दोगुना प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, तो सितारों में प्रतिक्रियाएं अपेक्षाकृत आसानी से आगे बढ़ती हैं। जिस गति से प्रत्येक विशेष प्रकार का परमाणु समान परमाणुओं के एक बादल के अंदर चलता है, वह सीधे तापमान पर निर्भर करता है। तापमान जितना अधिक होता है, गति उतनी ही अधिक होती है, और परमाणु एक-दूसरे के जितने करीब होते हैं, एक बार की टक्कर होती है।

तारों में, तापमान इतना अधिक होता है कि इलेक्ट्रॉन कोर को छोड़ सकते हैं। इस प्रकार, हम कह सकते हैं कि वास्तव में हम इलेक्ट्रॉनों और नाभिकों के मिश्रित बादल से निपट रहे हैं। बहुत उच्च तापमानटक्कर के समय नाभिक एक-दूसरे के इतने करीब होते हैं कि परमाणु बल चालू हो जाते हैं, उन्हें एक-दूसरे की ओर आकर्षित करते हैं। नतीजतन, नाभिक "एक साथ चिपक सकते हैं" और गर्मी जारी करते हुए प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के कम-ऊर्जा गुच्छा में बदल सकते हैं। गर्म संलयन एक गैस के रूप में ड्यूटेरियम और टर्नरी हाइड्रोजन (जिसके नाभिक में 1 प्रोटॉन और 2 न्यूट्रॉन होते हैं) का उपयोग करके प्रयोगशाला में इस प्रक्रिया को अंजाम देने का एक प्रयास है। गर्म संलयन के लिए, गैस के तापमान को करोड़ों डिग्री बनाए रखने की आवश्यकता होती है, जिसकी मदद से चुंबकीय क्षेत्रपहुँचा जा सकता है, लेकिन केवल 1-2 सेकंड के लिए। यह आशा की जाती है कि गैस के तापमान को अधिक समय तक बनाए रखना संभव होगा। जब तक तापमान काफी अधिक होता है, नाभिक के टकराने के क्षण में परमाणु प्रतिक्रिया आगे बढ़ती है।

मुख्य रूप जिसमें ऊर्जा जारी की जाती है, उच्च-ऊर्जा न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की रिहाई है। प्रोटॉन बहुत जल्दी गर्मी में परिवर्तित हो जाते हैं। न्यूट्रॉन की ऊर्जा भी गर्मी में बदल सकती है, हालांकि, उसके बाद उपकरण रेडियोधर्मी हो जाते हैं। उपकरण को कीटाणुरहित करना बहुत मुश्किल है, इसलिए गर्म संलयन व्यावसायिक बिजली उत्पादन के लिए एक विधि के रूप में उपयुक्त नहीं है। किसी भी मामले में, गर्म संलयन की ऊर्जा एक सपना है जो पहले से मौजूद है, के अनुसार कम से कम, 50 साल। हालांकि, अधिकांश वैज्ञानिक गर्म संलयन को संलयन ऊर्जा उत्पन्न करने का एकमात्र तरीका मानते हैं। गर्म संलयन की प्रक्रिया विखंडन की तुलना में कम विकिरण पैदा करती है, यह पर्यावरण के अनुकूल और व्यावहारिक रूप से पृथ्वी पर ईंधन का असीमित स्रोत है (आधुनिक ऊर्जा खपत के सापेक्ष, यह कई लाखों वर्षों के लिए पर्याप्त होगा)।

अंत में, हम शीत संलयन की व्याख्या पर आते हैं। शीत संलयन संलयन ऊर्जा को मुक्त करने का एक सरल और गैर-रेडियोधर्मी तरीका हो सकता है। शीत संलयन की प्रक्रिया में, एक नाभिक के प्रोटॉन और न्यूट्रॉन दूसरे के प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के साथ पूरी तरह से अलग तरीके से बातचीत करते हैं।

इसी समय, परमाणु बल इस तथ्य में योगदान देता है कि वे एक अधिक स्थिर विन्यास बनाते हैं। किसी भी नाभिकीय अभिक्रिया के लिए यह आवश्यक है कि अभिक्रिया करने वाले नाभिकों में स्थान का आयतन समान हो। इस आवश्यकता को कण संरेखण कहा जाता है। गर्म संलयन में, कण थोड़े समय के लिए संयुक्त होते हैं, जब दो धनात्मक आवेशों के प्रतिकर्षण बल पर काबू पाया जाता है, और नाभिक टकराते हैं। शीत संलयन के दौरान, ड्यूटेरियम नाभिक को छोटे बिंदु कणों के बजाय इलेक्ट्रॉनों की तरह फजी कणों की तरह व्यवहार करने के लिए मजबूर करके कण संरेखण प्राप्त किया जाता है। जब किसी भारी धातु में हल्का या भारी हाइड्रोजन मिलाया जाता है, तो हाइड्रोजन का प्रत्येक "परमाणु" एक ऐसी स्थिति ले लेता है, जहां यह भारी धातु के परमाणुओं से चारों ओर से घिरा होता है।

हाइड्रोजन के इस रूप को मध्यवर्ती कहा जाता है। हाइड्रोजन परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन, मध्यवर्ती हाइड्रोजन के साथ, धातु में इलेक्ट्रॉनों के द्रव्यमान का हिस्सा बन जाते हैं। प्रत्येक हाइड्रोजन नाभिक एक पेंडुलम की तरह दोलन करता है, जो धातु के इलेक्ट्रॉनों के एक नकारात्मक रूप से आवेशित बादल से होकर गुजरता है। क्वांटम यांत्रिकी के अभिधारणाओं के अनुसार, ऐसा कंपन बहुत कम तापमान पर भी होता है। इस मूवमेंट को जीरो पॉइंट मूवमेंट कहते हैं। इस मामले में, नाभिक धुंधली वस्तु बन जाते हैं, जैसे परमाणु में इलेक्ट्रॉन। हालांकि, इस तरह की अस्पष्टता एक हाइड्रोजन नाभिक को दूसरे के साथ बातचीत करने की अनुमति देने के लिए पर्याप्त नहीं है।

दो या दो से अधिक हाइड्रोजन नाभिकों के लिए समान स्थान रखने के लिए एक और शर्त आवश्यक है। बिजली, एक धातु में इलेक्ट्रॉनों द्वारा ले जाया जाता है, एक कंपन सामग्री तरंग की तरह व्यवहार करता है, न कि बिंदु कणों की तरह। यदि इलेक्ट्रॉन ठोस में तरंगों की तरह व्यवहार नहीं करते हैं, तो कोई ट्रांजिस्टर नहीं होगा या आधुनिक कंप्यूटर. तरंग के रूप में एक इलेक्ट्रॉन को बलोच फ़ंक्शन का इलेक्ट्रॉन कहा जाता है। शीत संलयन का रहस्य बलोच फ़ंक्शन का एक ड्यूटेरॉन प्राप्त करने की आवश्यकता है। दो या दो से अधिक ड्यूटरॉन के लिए एक सामान्य मात्रा में स्थान होने के लिए, एक ठोस की सतह पर या अंदर तरंग ड्यूटेरॉन का उत्पादन किया जाना चाहिए। जैसे ही बलोच फ़ंक्शन के ड्यूटेरॉन बनाए जाते हैं, परमाणु बल कार्य करना शुरू कर देता है, और प्रोटॉन और न्यूट्रॉन जो ड्यूटरॉन बनाते हैं, उन्हें बलोच फ़ंक्शन के अधिक स्थिर हीलियम कॉन्फ़िगरेशन में पुनर्गठित किया जाता है, जो गर्मी की रिहाई के साथ होता है।

शीत संलयन का अध्ययन करने के लिए, प्रयोगकर्ता को ड्यूटरॉन को एक तरंग अवस्था में लाने और उन्हें उस अवस्था में रखने की आवश्यकता होती है। अतिरिक्त गर्मी की रिहाई को प्रदर्शित करने वाले शीत संलयन प्रयोग यह साबित करते हैं कि यह संभव है। हालांकि, अभी तक कोई नहीं जानता कि इस तरह की प्रक्रिया को सबसे विश्वसनीय तरीके से कैसे किया जाए। शीत संलयन का उपयोग एक ऊर्जा संसाधन प्राप्त करने का वादा करता है जो लाखों वर्षों तक चलेगा, और कोई समस्या नहीं होगी ग्लोबल वार्मिंग, और न ही रेडियोधर्मिता - इसलिए इस घटना का अध्ययन करने के लिए गंभीर प्रयास किए जाने चाहिए।

अक्टोबे, 2014

हैड्रॉन।प्रबल अंतःक्रिया में भाग लेने वाले प्राथमिक कणों का वर्ग। हैड्रॉन क्वार्क से बने होते हैं और दो समूहों में विभाजित होते हैं: बेरियन (तीन क्वार्क से बने) और मेसन (क्वार्क और एंटीक्वार्क से बने)। हमारे द्वारा देखे जाने वाले अधिकांश पदार्थ में बैरियन होते हैं: प्रोटॉन और न्यूक्लियॉन जो परमाणुओं के नाभिक का हिस्सा होते हैं।

विकिरण स्रोत गतिविधिएक रेडियोधर्मी स्रोत में रेडियोधर्मी नाभिक के क्षय की कुल संख्या और क्षय समय का अनुपात है।

अल्फा विकिरण- आयनकारी विकिरण का प्रकार - रेडियोधर्मी क्षय और परमाणु प्रतिक्रियाओं के दौरान उत्सर्जित धनात्मक आवेशित कणों (अल्फा कणों) की एक धारा। अल्फा विकिरण की मर्मज्ञ शक्ति कम है (कागज की एक शीट द्वारा विलंबित)। अल्फा विकिरण स्रोतों के लिए भोजन, वायु या त्वचा के घावों के माध्यम से शरीर में प्रवेश करना बेहद खतरनाक है।

अल्फा क्षय(या α-क्षय) - परमाणु नाभिक द्वारा अल्फा कणों (हीलियम परमाणु के नाभिक) का सहज उत्सर्जन

अल्फा कण- एक कण जिसमें दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं। हीलियम परमाणु के नाभिक के समान।

विनाश- एक प्राथमिक कण और एक एंटीपार्टिकल की परस्पर क्रिया, जिसके परिणामस्वरूप वे गायब हो जाते हैं, और उनकी ऊर्जा विद्युत चुम्बकीय विकिरण में परिवर्तित हो जाती है।

विनाश एक कण और एक एंटीपार्टिकल के अन्य कणों में टकराव पर परिवर्तन की प्रतिक्रिया है।

एक एंटीपार्टिकल एक कण होता है जिसमें द्रव्यमान, स्पिन, चार्ज और अन्य भौतिक गुणों के समान "जुड़वां" कण होते हैं, लेकिन कुछ इंटरैक्शन विशेषताओं के संकेतों में इससे भिन्न होता है (उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रिक चार्ज के संकेत में )

एंटीपार्टिकल्स साधारण प्राथमिक कणों के जुड़वां होते हैं, जो बाद वाले से विद्युत आवेश के संकेत और कुछ अन्य विशेषताओं के संकेतों से भिन्न होते हैं। कणों और एंटीपार्टिकल्स का द्रव्यमान, स्पिन और जीवनकाल समान होता है।

एसी- परमाणु ऊर्जा संयंत्र - एक या एक से अधिक परमाणु ऊर्जा रिएक्टरों और एक परिसर का उपयोग करके विद्युत या तापीय ऊर्जा के उत्पादन के लिए एक औद्योगिक उद्यम आवश्यक प्रणाली, उपकरणों, उपकरणों और संरचनाओं के साथ आवश्यक कर्मचारी,

परमाणु- किसी रासायनिक तत्व का सबसे छोटा कण जो अपने गुणों को बरकरार रखता है। नाभिक के चारों ओर घूमते हुए प्रोटॉन और न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों के साथ एक नाभिक से मिलकर बनता है। एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या नाभिक में प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती है।

परमाणु भारएक रासायनिक तत्व के परमाणु का द्रव्यमान, परमाणु द्रव्यमान इकाइयों (एएमयू) में व्यक्त किया जाता है। 1 एमयू के लिए 12 के परमाणु द्रव्यमान वाले कार्बन समस्थानिक के द्रव्यमान का 1/12 स्वीकार किया जाता है। 1amu = 1.6605655 10-27 किग्रा। परमाणु द्रव्यमान किसी दिए गए परमाणु में सभी प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान का योग होता है।

परमाणु नाभिक- परमाणु का धनावेशित केंद्रीय भाग, जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन घूमते हैं और जिसमें परमाणु का लगभग पूरा द्रव्यमान केंद्रित होता है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से मिलकर बनता है। परमाणु आवेश नाभिक में प्रोटॉन के कुल आवेश से निर्धारित होता है और तत्वों की आवधिक प्रणाली में रासायनिक तत्व की परमाणु संख्या से मेल खाता है।

बेरिऑनों- तीन क्वार्क वाले कण जो उनकी क्वांटम संख्या निर्धारित करते हैं। प्रोटॉन को छोड़कर सभी बेरियन अस्थिर हैं।

भंडारण पूल- रेडियोधर्मिता और क्षय गर्मी को कम करने के लिए पानी की एक परत के नीचे खर्च किए गए परमाणु ईंधन के अस्थायी भंडारण के लिए एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र के रिएक्टर स्थल पर स्थित एक स्थापना।

Becquerel(बीक्यू) एक रेडियोधर्मी पदार्थ की गतिविधि की एसआई इकाई है। 1 बीक्यू ऐसे रेडियोधर्मी पदार्थ की गतिविधि के बराबर है, जिसमें 1 एस में क्षय का एक कार्य होता है।
β -किरणेंतेज इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह है।
α-रेहीलियम नाभिक का प्रवाह है।
किरणें - विद्युतचुम्बकीय तरंगेंबहुत कम तरंग दैर्ध्य (एल ~ 10 -10 मीटर) के साथ।

बीटा विकिरण- आयनकारी विकिरण का प्रकार - परमाणु प्रतिक्रियाओं या रेडियोधर्मी क्षय के दौरान उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों या पॉज़िट्रॉन की एक धारा। बीटा विकिरण शरीर के ऊतकों में 1 सेमी की गहराई तक प्रवेश कर सकता है। यह बाहरी और आंतरिक दोनों तरह से मनुष्यों के लिए खतरा पैदा करता है।

बीटा कण- परमाणु नाभिक द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन, साथ ही बीटा क्षय के दौरान एक मुक्त न्यूट्रॉन। एक परमाणु नाभिक के इलेक्ट्रॉनिक बीटा क्षय के दौरान, एक इलेक्ट्रॉन ई - (साथ ही एक एंटीन्यूट्रिनो) उत्सर्जित होता है, नाभिक के पॉज़िट्रॉन क्षय के दौरान - एक पॉज़िट्रॉन ई + (और एक न्यूट्रिनो ν)। जब एक मुक्त न्यूट्रॉन (n) का क्षय होता है, तो एक प्रोटॉन (p) बनता है, एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो: n → p + e - +।
इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन- स्पिन जे = 1/2 (आंतरिक यांत्रिक कोणीय गति) के साथ स्थिर कण, लेप्टान के वर्ग से संबंधित हैं। पॉज़िट्रॉन इलेक्ट्रॉन के संबंध में एंटीपार्टिकल है।

जैविक सुरक्षा- रिएक्टर कोर और इसकी शीतलन प्रणाली के चारों ओर विकिरण अवरोध को रोकने के लिए बनाया गया हानिकारक प्रभावकर्मियों, जनता और पर न्यूट्रॉन और गामा विकिरण वातावरण. कंक्रीट एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र में मुख्य जैविक सुरक्षा सामग्री है। उच्च शक्ति वाले रिएक्टरों के लिए, कंक्रीट सुरक्षात्मक स्क्रीन की मोटाई कई मीटर तक पहुंच जाती है।

बोसॉनों(भारतीय भौतिक विज्ञानी एस बोस के नाम से) - प्राथमिक कण, परमाणु नाभिक, शून्य या पूर्णांक स्पिन वाले परमाणु (0ћ, 1ћ, 2ћ, ...)।

तेज न्यूट्रॉन- न्यूट्रॉन, जिसकी गतिज ऊर्जा कुछ निश्चित मान से अधिक होती है। यह मान एक विस्तृत श्रृंखला में भिन्न हो सकता है और अनुप्रयोग (रिएक्टर भौतिकी, सुरक्षा या डोसिमेट्री) पर निर्भर करता है। रिएक्टर भौतिकी में, इस मान को अक्सर 0.1 MeV चुना जाता है।

बादल कक्ष- प्राथमिक आवेशित कणों का एक ट्रैक डिटेक्टर, जिसमें एक कण का ट्रैक (ट्रेस) अपने आंदोलन के प्रक्षेपवक्र के साथ तरल की छोटी बूंदों की एक श्रृंखला बनाता है।

गामा विकिरण- आयनकारी विकिरण का प्रकार - रेडियोधर्मी क्षय और परमाणु प्रतिक्रियाओं के दौरान उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय विकिरण, प्रकाश की गति से फैलता है और उच्च ऊर्जा और मर्मज्ञ शक्ति रखता है। सीसा जैसे भारी तत्वों के साथ बातचीत करते समय यह प्रभावी रूप से कमजोर हो जाता है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के परमाणु रिएक्टरों में गामा विकिरण को क्षीण करने के लिए, कंक्रीट से बनी मोटी दीवार वाली सुरक्षात्मक स्क्रीन का उपयोग किया जाता है।

रेडियोधर्मी क्षय का नियम- वह कानून जिसके द्वारा अघोषित परमाणुओं की संख्या पाई जाती है: N \u003d N 0 2 -t / T।

ड्यूटेरियम- परमाणु द्रव्यमान 2 के साथ हाइड्रोजन का "भारी" समस्थानिक।

आयनकारी विकिरण डिटेक्टर- आयनकारी विकिरण के पंजीकरण के लिए मापक यंत्र का संवेदनशील तत्व। इसकी क्रिया उस परिघटना पर आधारित होती है जो तब होती है जब विकिरण पदार्थ से होकर गुजरता है।

विकिरण खुराक- विकिरण सुरक्षा में - एक जैविक वस्तु, विशेष रूप से एक व्यक्ति पर आयनकारी विकिरण के प्रभाव का एक उपाय। एक्सपोजर, अवशोषित और समकक्ष खुराक हैं।

अतिरिक्त द्रव्यमान(या सामूहिक दोष) - ऊर्जा की इकाइयों में व्यक्त, एक तटस्थ परमाणु के द्रव्यमान और परमाणु द्रव्यमान इकाई प्रति इस परमाणु के नाभिक में न्यूक्लियंस (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या) के उत्पाद के बीच का अंतर

आइसोटोप- एक ही परमाणु क्रमांक लेकिन विभिन्न परमाणु द्रव्यमान वाले न्यूक्लाइड (उदाहरण के लिए, यूरेनियम -235 और यूरेनियम -238)।

आइसोटोप- परमाणु नाभिक वही नंबरप्रोटॉन जेड, न्यूट्रॉन की एक अलग संख्या एन और, परिणामस्वरूप, एक अलग द्रव्यमान संख्या ए \u003d जेड + एन। उदाहरण: कैल्शियम आइसोटोप सीए (जेड \u003d 20) - 38 सीए, 39 सीए, 40 सीए, 41 सीए, 42 सीए .

रेडियोधर्मी समस्थानिक- आइसोटोप नाभिक रेडियोधर्मी क्षय से गुजर रहा है। अधिकांश ज्ञात समस्थानिक रेडियोधर्मी (~3500) हैं।

बादल कक्ष- उच्च गति (इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, ए-कण, आदि) पर चलने वाले सूक्ष्म कणों के निशान देखने के लिए एक उपकरण। 1912 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी विल्सन द्वारा बनाया गया।

क्वार्क एक प्राथमिक आवेशित कण है जो मजबूत अंतःक्रिया में भाग लेता है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन प्रत्येक तीन क्वार्क से बने होते हैं।

ब्रह्मांडीय विकिरण- पृष्ठभूमि आयनकारी विकिरण, जिसमें प्राथमिक विकिरण होता है वाह़य ​​अंतरिक्ष, और माध्यमिक विकिरण वातावरण के साथ प्राथमिक विकिरण की बातचीत से उत्पन्न होता है।

कॉस्मिक किरणें उच्च ऊर्जा (मुख्य रूप से प्रोटॉन, अल्फा कण और इलेक्ट्रॉन) के आवेशित प्राथमिक कणों की धाराएं हैं जो इंटरप्लेनेटरी और इंटरस्टेलर स्पेस में फैलती हैं और पृथ्वी पर लगातार "बमबारी" करती हैं।

गुणन कारक- एक विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता, किसी दी गई पीढ़ी के न्यूट्रॉन की संख्या के अनुपात को पिछली पीढ़ी के न्यूट्रॉन की संख्या में एक अनंत माध्यम में दर्शाती है। गुणन कारक की एक और परिभाषा अक्सर प्रयोग की जाती है - न्यूट्रॉन की पीढ़ी और अवशोषण की दर का अनुपात।

क्रांतिक द्रव्यमान- ईंधन का सबसे छोटा द्रव्यमान जिसमें परमाणु विखंडन की एक आत्मनिर्भर श्रृंखला प्रतिक्रिया एक निश्चित डिजाइन और कोर की संरचना के साथ आगे बढ़ सकती है (कई कारकों पर निर्भर करती है, उदाहरण के लिए: ईंधन संरचना, मॉडरेटर, कोर आकार, आदि)।

क्यूरी (सीआई)- गतिविधि की ऑफ-सिस्टम इकाई, प्रारंभ में रेडियम -226 आइसोटोप के 1 ग्राम की गतिविधि। 1Ci=3.7 1010 Bq.

क्रांतिक द्रव्यमान(टी के) - परमाणु ईंधन (यूरेनियम, प्लूटोनियम) का सबसे छोटा द्रव्यमान, जिस पर परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है।

क्यूरी(की) एक रेडियोधर्मी पदार्थ की गतिविधि की एक ऑफ-सिस्टम इकाई है। 1 सीआई \u003d 3.7 10 10 बीक्यू।

लेप्टॉन(ग्रीक लेप्टोस से - हल्का, छोटा) - 1/2ћ के स्पिन के साथ बिंदु कणों का एक समूह, जो मजबूत बातचीत में भाग नहीं लेता है। लेप्टन आकार (यदि यह मौजूद है)<10 -17 см. Лептоны считаются точечными бесструктурными частицами. Существует три пары лептонов:

• इलेक्ट्रॉन (ई -) और इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो (ν ई),
• म्यूऑन (μ -) और म्यूऑन न्यूट्रिनो (ν μ),
• ताऊ लेप्टन (τ -) और ताऊ न्यूट्रिनो (ν ),

मैजिक न्यूक्लियर परमाणु नाभिक होते हैं जिनमें प्रोटॉन या न्यूट्रॉन की तथाकथित जादुई संख्याएँ होती हैं।

जेड
एन

इन नाभिकों में बाध्यकारी ऊर्जा पड़ोसी नाभिक से अधिक होती है। उनके पास एक उच्च न्यूक्लियॉन पृथक्करण ऊर्जा और प्रकृति में एक बढ़ी हुई बहुतायत है।

जन अंक(ए) परमाणु नाभिक में न्यूक्लियंस (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) की कुल संख्या है; परमाणु नाभिक की मुख्य विशेषताओं में से एक।

खुराक की दर- इस अंतराल के लिए एक समय अंतराल पर विकिरण खुराक वृद्धि का अनुपात (उदाहरण के लिए: रेम/एस, एसवी/एस, एमआरईएम/एच, एमएसवी/एच, माइक्रोरेम/एच, μएसवी/एच)।

न्यूट्रॉन- प्रोटॉन द्रव्यमान के करीब द्रव्यमान के साथ तटस्थ प्राथमिक अक्सर। प्रोटॉन के साथ, न्यूट्रॉन परमाणु नाभिक बनाते हैं। मुक्त अवस्था में, यह अस्थिर होता है और एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन में क्षय हो जाता है।

न्यूक्लाइड- एक प्रकार का परमाणु जिसमें नाभिक में एक निश्चित संख्या में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, जो परमाणु द्रव्यमान और परमाणु (क्रमिक) संख्या की विशेषता होती है।

संवर्धन (आइसोटोप द्वारा):

2. एक प्रक्रिया जो समस्थानिकों के मिश्रण में किसी विशेष समस्थानिक की सामग्री को बढ़ाती है।

समृद्ध यूरेनियम अयस्क - अयस्क बनाने वाले अन्य खनिजों से यूरेनियम को अलग करने के उद्देश्य से खनिज यूरेनियम युक्त कच्चे माल के प्राथमिक प्रसंस्करण के लिए प्रक्रियाओं का एक सेट। इस मामले में, खनिजों की संरचना में कोई परिवर्तन नहीं होता है, लेकिन अयस्क सांद्र के उत्पादन के साथ केवल उनका यांत्रिक पृथक्करण होता है।

समृद्ध परमाणु ईंधन- परमाणु ईंधन, जिसमें प्रारंभिक प्राकृतिक कच्चे माल की तुलना में विखंडनीय न्यूक्लाइड की सामग्री अधिक होती है।

समृद्ध यूरेनियम- यूरेनियम, जिसमें यूरेनियम-235 के समस्थानिक की मात्रा प्राकृतिक यूरेनियम की तुलना में अधिक होती है।

हाफ लाइफ(टी) वह समय अंतराल है जिसके दौरान नाभिक की प्रारंभिक संख्या का आधा क्षय हो जाएगा।

हाफ लाइफआधे रेडियोधर्मी नाभिक को क्षय होने में लगने वाला समय है। यह मात्रा, जिसे T 1/2 निरूपित किया जाता है, किसी दिए गए रेडियोधर्मी नाभिक (आइसोटोप) के लिए एक स्थिरांक है। टी 1/2 का मान स्पष्ट रूप से रेडियोधर्मी नाभिक की क्षय दर को दर्शाता है और दो अन्य स्थिरांक के बराबर है जो इस दर की विशेषता है: एक रेडियोधर्मी नाभिक का औसत जीवनकाल और प्रति इकाई समय में एक रेडियोधर्मी नाभिक के क्षय की संभावना ।

अवशोषित विकिरण खुराक- आयनित विकिरण की अवशोषित ऊर्जा E का विकिरणित पदार्थ के द्रव्यमान से अनुपात।

बोहर की अभिधारणाएं- एन बोहर द्वारा बिना सबूत के पेश की गई मुख्य धारणाएं, जो परमाणु के क्वांटम सिद्धांत का आधार बनती हैं।

विस्थापन नियम:क्षय के दौरान, नाभिक अपना धन आवेश 2e खो देता है, और इसका द्रव्यमान लगभग 4 a.m.u. घट जाता है; b-क्षय में, नाभिक का आवेश 1e बढ़ जाता है, और द्रव्यमान नहीं बदलता है।

एक रेडियोन्यूक्लाइड का आधा जीवनवह समय है जिसके दौरान किसी दिए गए रेडियोन्यूक्लाइड के नाभिकों की संख्या स्वतःस्फूर्त क्षय के परिणामस्वरूप आधी हो जाती है।

पोजीट्रान- एक इलेक्ट्रॉन का एक एंटीपार्टिकल जिसका द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के बराबर होता है, लेकिन एक सकारात्मक विद्युत आवेश के साथ।

प्रोटोन- 1.61 10-19 C के आवेश वाला एक स्थिर धनात्मक आवेशित प्राथमिक कण और 1.66 10-27 किग्रा का द्रव्यमान। प्रोटॉन हाइड्रोजन परमाणु (प्रोटियम) के "प्रकाश" समस्थानिक का केंद्रक बनाता है। किसी भी तत्व के नाभिक में प्रोटॉन की संख्या उस तत्व के नाभिक के आवेश और परमाणु क्रमांक को निर्धारित करती है।

रेडियोधर्मिता- एक अस्थिर न्यूक्लाइड का एक अन्य न्यूक्लाइड में सहज परिवर्तन (रेडियोधर्मी क्षय), आयनकारी विकिरण के उत्सर्जन के साथ।

रेडियोधर्मिता- विभिन्न कणों का उत्सर्जन करते हुए कुछ परमाणु नाभिकों की अनायास अन्य नाभिकों में बदलने की क्षमता।

रेडियोधर्मी क्षय- सहज परमाणु परिवर्तन।

ब्रीडर रिएक्टर- एक तेज रिएक्टर, जिसमें रूपांतरण कारक 1 से अधिक होता है और परमाणु ईंधन का विस्तारित प्रजनन किया जाता है।

गीगर काउंटर(या गीजर-मुलर काउंटर) - आवेशित प्राथमिक कणों का एक गैस से भरा काउंटर, जिससे विद्युत संकेत काउंटर के गैस आयतन के द्वितीयक आयनीकरण के कारण प्रवर्धित होता है और इसमें कण द्वारा छोड़ी गई ऊर्जा पर निर्भर नहीं होता है आयतन।

टीवीईएल- उष्मा उत्पन्न करने वाला तत्व। एक विषम रिएक्टर के सक्रिय क्षेत्र का मुख्य संरचनात्मक तत्व, जिसके रूप में इसमें ईंधन लोड किया जाता है। ईंधन की छड़ में, भारी नाभिक U-235, Pu-239 या U-233 का विखंडन होता है, साथ में ऊर्जा निकलती है, और तापीय ऊर्जा उनसे शीतलक में स्थानांतरित हो जाती है। फ्यूल रॉड्स में फ्यूल कोर, क्लैडिंग और एंड पीस होते हैं। ईंधन तत्व का प्रकार रिएक्टर के प्रकार और उद्देश्य, शीतलक मापदंडों द्वारा निर्धारित किया जाता है। ईंधन तत्व को ईंधन से शीतलक तक विश्वसनीय गर्मी हटाने को सुनिश्चित करना चाहिए।

वर्किंग बॉडी- माध्यम (ऊष्मा वाहक) थर्मल ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए प्रयोग किया जाता है।

काला पदार्थ- अदृश्य (गैर-विकिरण और गैर-अवशोषित) पदार्थ। इसका अस्तित्व निश्चित रूप से गुरुत्वाकर्षण प्रभावों से प्रमाणित होता है। अवलोकन संबंधी आंकड़े यह भी बताते हैं कि यह डार्क मैटर-ऊर्जा दो भागों में विभाजित है:

• पहला घनत्व वाला तथाकथित डार्क मैटर है
  डब्ल्यू डीएम = 0.20–0.25, अज्ञात हैं, कमजोर रूप से बड़े पैमाने पर बातचीत कर रहे हैं (बैरियन नहीं)। ये, उदाहरण के लिए, 10 GeV/c2 से 10 TeV/c2 के द्रव्यमान वाले स्थिर तटस्थ कण हो सकते हैं, जिनकी भविष्यवाणी सुपरसिमेट्रिक मॉडल द्वारा की जाती है, जिसमें काल्पनिक भारी न्यूट्रिनो भी शामिल हैं;

दूसरा घनत्व के साथ तथाकथित डार्क एनर्जी है
W = 0.70–0.75), जिसकी व्याख्या निर्वात के रूप में की जाती है। यह पदार्थ के एक विशेष रूप को संदर्भित करता है - भौतिक निर्वात, अर्थात। अंतरिक्ष में प्रवेश करने वाले भौतिक क्षेत्रों की न्यूनतम ऊर्जा अवस्था।

थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं- उच्च तापमान पर होने वाले प्रकाश नाभिक की संलयन प्रतिक्रियाएं (संश्लेषण)। ये प्रतिक्रियाएं आमतौर पर ऊर्जा की रिहाई के साथ आगे बढ़ती हैं, क्योंकि संलयन के परिणामस्वरूप बनने वाले भारी नाभिक में, नाभिक अधिक मजबूती से बंधे होते हैं, अर्थात। प्रारंभिक विलय वाले नाभिक की तुलना में औसतन एक उच्च बाध्यकारी ऊर्जा होती है। न्यूक्लियंस की अतिरिक्त कुल बाध्यकारी ऊर्जा तब प्रतिक्रिया उत्पादों की गतिज ऊर्जा के रूप में जारी की जाती है। "संलयन प्रतिक्रिया" नाम इस तथ्य को दर्शाता है कि ये प्रतिक्रियाएं उच्च तापमान पर होती हैं ( > 10 7-10 8 K), क्योंकि विलय के लिए, प्रकाश नाभिक को एक दूसरे के पास आकर्षण के परमाणु बलों की क्रिया की त्रिज्या के बराबर दूरी तक पहुंचना चाहिए, अर्थात। 10 -13 सेमी की दूरी तक।

ट्रांसयूरेनियम तत्व- यूरेनियम की तुलना में अधिक चार्ज (प्रोटॉन की संख्या) वाले रासायनिक तत्व, यानी। जेड> 92।

विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया- भारी नाभिक के विखंडन की एक आत्मनिर्भर प्रतिक्रिया, जिसमें न्यूट्रॉन लगातार पुनरुत्पादित होते हैं, अधिक से अधिक नए नाभिक विभाजित करते हैं।

विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया- भारी परमाणुओं के नाभिक की विखंडन प्रतिक्रिया का क्रम जब वे न्यूट्रॉन या अन्य प्राथमिक कणों के साथ बातचीत करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप हल्के नाभिक, नए न्यूट्रॉन या अन्य प्राथमिक कण बनते हैं और परमाणु ऊर्जा निकलती है।

परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया- परवर्ती परमाणु प्रतिक्रिया, प्रतिक्रिया के प्रत्येक कार्य में उत्पन्न कणों (उदाहरण के लिए, न्यूट्रॉन) द्वारा उत्साहित। पिछले एक के बाद प्रतिक्रियाओं की औसत संख्या के आधार पर - एक से कम, बराबर या अधिक से अधिक - प्रतिक्रिया को नम, आत्मनिर्भर या बढ़ती कहा जाता है।

श्रृंखला परमाणु प्रतिक्रियाएं- आत्मनिर्भर परमाणु प्रतिक्रियाएं, जिसमें नाभिक की एक श्रृंखला क्रमिक रूप से शामिल होती है। यह तब होता है जब एक परमाणु प्रतिक्रिया के उत्पादों में से एक दूसरे नाभिक के साथ प्रतिक्रिया करता है, दूसरी प्रतिक्रिया का उत्पाद अगले नाभिक के साथ प्रतिक्रिया करता है, और इसी तरह। क्रमिक परमाणु प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला होती है। अधिकांश प्रसिद्ध उदाहरणऐसी प्रतिक्रिया एक न्यूट्रॉन के कारण होने वाली परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया है

ऊष्माक्षेपी अभिक्रियाएँ- ऊर्जा की रिहाई के साथ आगे बढ़ने वाली परमाणु प्रतिक्रियाएं।

प्राथमिक कण- भौतिक पदार्थ के सबसे छोटे कण। प्राथमिक कणों के बारे में विचार पदार्थ की संरचना के ज्ञान में उस चरण को दर्शाते हैं, जिसे आधुनिक विज्ञान द्वारा प्राप्त किया गया है। एंटीपार्टिकल्स के साथ मिलकर लगभग 300 प्राथमिक कणों की खोज की गई है। शब्द "प्राथमिक कण" मनमाना है, क्योंकि कई प्राथमिक कणों में एक जटिल आंतरिक संरचना होती है।

प्राथमिक कण- भौतिक वस्तुएं जिन्हें घटक भागों में विभाजित नहीं किया जा सकता है। इस परिभाषा के अनुसार, अणु, परमाणु और परमाणु नाभिक जिन्हें घटक भागों में विभाजित किया जा सकता है, उन्हें प्राथमिक कणों के लिए जिम्मेदार नहीं ठहराया जा सकता है - एक परमाणु एक नाभिक और कक्षीय इलेक्ट्रॉनों में विभाजित होता है, एक नाभिक - नाभिक में।

परमाणु प्रतिक्रिया की ऊर्जा उपज- प्रतिक्रिया से पहले और बाद में नाभिक और कणों की बाकी ऊर्जाओं के बीच का अंतर।

एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाएं- ऊर्जा के अवशोषण के साथ आगे बढ़ने वाली परमाणु प्रतिक्रियाएं।

परमाणु नाभिक की बंधन ऊर्जा(ई सेंट) - नाभिक में न्यूक्लियंस की बातचीत की तीव्रता को दर्शाता है और अधिकतम ऊर्जा के बराबर होता है जिसे नाभिक को अलग-अलग गैर-अंतःक्रियात्मक न्यूक्लियों में विभाजित करने के लिए उन्हें गतिज ऊर्जा प्रदान किए बिना खर्च किया जाना चाहिए।

मोस्बा प्रभाव यूरा - गति वापसी के लिए ऊर्जा हानि के बिना परमाणु नाभिक द्वारा गामा क्वांटा के गुंजयमान अवशोषण की घटना।

परमाणु का परमाणु (ग्रहीय) मॉडल- केंद्र में एक धनात्मक आवेशित नाभिक होता है (व्यास लगभग 10 -15 मीटर); नाभिक के चारों ओर, सौर मंडल के ग्रहों की तरह, इलेक्ट्रॉन वृत्ताकार कक्षाओं में घूमते हैं।

परमाणु मॉडल- पूर्व निर्धारित विशेषता गुणों वाली वस्तु के रूप में नाभिक के प्रतिनिधित्व के आधार पर परमाणु नाभिक का सरलीकृत सैद्धांतिक विवरण।

परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया- न्यूट्रॉन की क्रिया के तहत भारी तत्वों के परमाणु नाभिक के विखंडन की प्रतिक्रिया।

परमाणु प्रतिक्रिया- एक दूसरे के साथ या किसी भी प्राथमिक कणों के साथ बातचीत के परिणामस्वरूप परमाणु नाभिक के परिवर्तन की प्रतिक्रिया।

परमाणु ऊर्जापरमाणु नाभिक के आंतरिक पुनर्गठन के परिणामस्वरूप जारी ऊर्जा है। परमाणु ऊर्जा परमाणु प्रतिक्रियाओं या नाभिक के रेडियोधर्मी क्षय में प्राप्त की जा सकती है। नाभिकीय ऊर्जा के मुख्य स्रोत भारी नाभिकों की विखंडन अभिक्रियाएँ तथा प्रकाश नाभिकों का संश्लेषण (संयोजन) हैं। बाद की प्रक्रिया को थर्मोन्यूक्लियर रिएक्शन भी कहा जाता है।

परमाणु बल- परमाणु नाभिक में नाभिक के बीच कार्य करने वाले और नाभिक की संरचना और गुणों का निर्धारण करने वाले बल। वे छोटी दूरी के हैं, उनकी सीमा 10-15 मीटर है।

परमाणु भट्टी - एक उपकरण जिसमें परमाणु विखंडन की एक नियंत्रित श्रृंखला प्रतिक्रिया की जाती है।

एक आत्मनिर्भर विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया एक माध्यम में एक श्रृंखला प्रतिक्रिया है जिसके लिए गुणन कारक k>= 1 है।

परमाणु दुर्घटना- एक परमाणु दुर्घटना एक रिएक्टर में एक श्रृंखला प्रतिक्रिया के नियंत्रण का नुकसान है, या ईंधन तत्वों के पुनः लोड, परिवहन और भंडारण के दौरान एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान का गठन है। एक परमाणु दुर्घटना के परिणामस्वरूप, रेडियोधर्मी विखंडन उत्पादों को बाहर छोड़ने के साथ, उत्पन्न और हटाई गई गर्मी के असंतुलन के कारण ईंधन की छड़ें क्षतिग्रस्त हो जाती हैं। ऐसे में लोगों का संभावित खतरनाक एक्सपोजर और आसपास के क्षेत्र का दूषित होना संभव हो जाता है। .

परमाणु सुरक्षा- एक सामान्य शब्द जो सामान्य ऑपरेशन के दौरान परमाणु स्थापना के गुणों की विशेषता है और दुर्घटना की स्थिति में, कर्मियों, जनता और पर्यावरण पर विकिरण प्रभाव को स्वीकार्य सीमा तक सीमित करने के लिए।

परमाणु विखंडन- एक न्यूट्रॉन या अन्य प्राथमिक कण के साथ बातचीत पर एक भारी परमाणु के नाभिक के विभाजन के साथ एक प्रक्रिया, जिसके परिणामस्वरूप हल्के नाभिक, नए न्यूट्रॉन या अन्य प्राथमिक कण बनते हैं और ऊर्जा निकलती है।

परमाणु सामग्री- कोई भी स्रोत सामग्री, विशेष परमाणु सामग्री और कभी-कभी अयस्क और अयस्क अपशिष्ट।

परमाणु परिवर्तन - एक न्यूक्लाइड का दूसरे में परिवर्तन।

परमाणु भट्टी- एक उपकरण जिसमें एक नियंत्रित परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया की जाती है। परमाणु रिएक्टरों को उद्देश्य, न्यूट्रॉन ऊर्जा, शीतलक के प्रकार और मॉडरेटर, कोर संरचना, डिजाइन और अन्य विशिष्ट विशेषताओं के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है।

परमाणु प्रतिक्रिया- प्राथमिक कणों के साथ या एक दूसरे के साथ उनकी बातचीत के कारण परमाणु नाभिक का परिवर्तन, और नाभिक के द्रव्यमान, आवेश या ऊर्जा अवस्था में परिवर्तन के साथ।

परमाणु ईंधन - विखंडनीय न्यूक्लाइड युक्त सामग्री, जिसे जब परमाणु रिएक्टर में रखा जाता है, तो परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है। इसकी ऊर्जा तीव्रता बहुत अधिक है (यू-235 के 1 किलो के पूर्ण विखंडन के साथ, जे के बराबर ऊर्जा जारी की जाती है, जबकि 1 किलो कार्बनिक ईंधन के दहन से (3-5) जे के क्रम की ऊर्जा निकलती है, जो निर्भर करती है ईंधन के प्रकार पर)।

परमाणु ईंधन चक्र- परमाणु सामग्री के प्रवाह से जुड़े उद्यमों की एक प्रणाली में किए गए परमाणु रिएक्टरों के संचालन को सुनिश्चित करने के लिए उपायों का एक सेट और यूरेनियम खानों, यूरेनियम अयस्क प्रसंस्करण संयंत्रों, यूरेनियम रूपांतरण, ईंधन संवर्धन और निर्माण, परमाणु रिएक्टर, खर्च किए गए ईंधन भंडारण सहित रेडियोधर्मी कचरे के निपटान के लिए सुविधाएं, खर्च किए गए ईंधन पुनर्संसाधन संयंत्र ईंधन और संबद्ध मध्यवर्ती भंडारण और भंडारण सुविधाएं

परमाणु संयंत्र- कोई भी सुविधा जो इतनी मात्रा में रेडियोधर्मी या विखंडनीय सामग्री का उत्पादन, प्रसंस्करण या संचालन करती है, जैसे कि परमाणु सुरक्षा के मुद्दों को ध्यान में रखा जाना चाहिए।

परमाणु ऊर्जा- परमाणु विखंडन या परमाणु प्रतिक्रियाओं के दौरान जारी परमाणु नाभिक की आंतरिक ऊर्जा।

परमाणु ऊर्जा रिएक्टर- एक परमाणु रिएक्टर, जिसका मुख्य उद्देश्य ऊर्जा उत्पन्न करना है।

परमाणु भट्टी- एक परमाणु रिएक्टर एक नियंत्रित आत्मनिर्भर विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया को व्यवस्थित करने के लिए डिज़ाइन किया गया एक उपकरण है - परमाणु विखंडन प्रतिक्रियाओं का एक क्रम, जिसमें मुक्त न्यूट्रॉन जारी किए जाते हैं, जो नए नाभिक के विखंडन के लिए आवश्यक हैं।

फास्ट न्यूट्रॉन परमाणु रिएक्टर- न्यूट्रॉन स्पेक्ट्रम में रिएक्टर काफी भिन्न होते हैं - ऊर्जा द्वारा न्यूट्रॉन का वितरण, और, परिणामस्वरूप, अवशोषित (परमाणु विखंडन के कारण) न्यूट्रॉन के स्पेक्ट्रम में। यदि कोर में विशेष रूप से लोचदार बिखरने के परिणामस्वरूप धीमा करने के लिए डिज़ाइन किए गए प्रकाश नाभिक नहीं होते हैं, तो लगभग सभी धीमा भारी और मध्यम-द्रव्यमान नाभिक द्वारा न्यूट्रॉन के अकुशल प्रकीर्णन के कारण होता है। जिसमें ज्यादातरविखंडन दसियों और सैकड़ों केवी के क्रम की ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन के कारण होता है। ऐसे रिएक्टरों को फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर कहा जाता है।

थर्मल न्यूट्रॉन पर परमाणु रिएक्टर- एक रिएक्टर जिसके कोर में इतनी मात्रा में मॉडरेटर होता है - एक ऐसी सामग्री जिसे न्यूट्रॉन की ऊर्जा को कम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, बिना ध्यान देने योग्य अवशोषण के, कि अधिकांश विखंडन न्यूट्रॉन के कारण 1 eV से कम ऊर्जा वाले होते हैं।

परमाणु बल- नाभिक में न्यूक्लियॉन (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) धारण करने वाले बल।

परमाणु बल हैं छोटा दायरा . वे केवल 10 -15 मीटर के क्रम के नाभिक में बहुत कम दूरी पर दिखाई देते हैं। लंबाई (1.5 - 2.2) 10 -15 को कहा जाता है परमाणु बलों की सीमा .

परमाणु बलों की खोज चार्ज स्वतंत्रता , अर्थात, दो नाभिकों के बीच आकर्षण समान होता है, चाहे नाभिकों की आवेश अवस्था कुछ भी हो - प्रोटॉन या न्यूट्रॉन।

परमाणु बलों के पास है संतृप्ति संपत्ति , जो स्वयं को इस तथ्य में प्रकट करता है कि नाभिक में न्यूक्लियॉन केवल सीमित संख्या में पड़ोसी न्यूक्लियॉन के साथ संपर्क करता है। परमाणु बलों की लगभग पूर्ण संतृप्ति α-कण में प्राप्त होती है, जो एक बहुत ही स्थिर गठन है।

परमाणु बल परस्पर क्रिया करने वाले नाभिकों के चक्रों के उन्मुखीकरण पर निर्भर करते हैं . यह पुष्टि की जाती है अलग चरित्रऑर्थो- और स्टीम हाइड्रोजन के अणुओं द्वारा न्यूट्रॉन का प्रकीर्णन।

परमाणु बल केंद्रीय नहीं हैं .

• अनुवाद

प्रत्येक परमाणु के केंद्र में नाभिक होता है, कणों का एक छोटा संग्रह जिसे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन कहा जाता है। इस लेख में, हम प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की प्रकृति का अध्ययन करेंगे, जिसमें छोटे कण भी होते हैं - क्वार्क, ग्लून्स और एंटीक्वार्क। (ग्लूऑन, फोटॉन की तरह, अपने स्वयं के एंटीपार्टिकल्स हैं।) क्वार्क और ग्लून्स, जहाँ तक हम जानते हैं, वास्तव में प्राथमिक हो सकते हैं (अविभाज्य और कुछ छोटे से बना नहीं)। लेकिन उन्हें बाद में।

आश्चर्यजनक रूप से, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का द्रव्यमान लगभग समान होता है - प्रतिशत तक:

• एक प्रोटॉन के लिए 0.93827 GeV/c 2,
• 0.93957 GeV/c 2 न्यूट्रॉन के लिए।

यह उनके स्वभाव की कुंजी है - वे वास्तव में बहुत समान हैं। हां, उनके बीच एक स्पष्ट अंतर है: प्रोटॉन में एक सकारात्मक विद्युत आवेश होता है, जबकि न्यूट्रॉन का कोई आवेश नहीं होता है (यह तटस्थ है, इसलिए इसका नाम)। तदनुसार, विद्युत बल पहले पर कार्य करते हैं, लेकिन दूसरे पर नहीं। पहली नज़र में, यह भेद बहुत महत्वपूर्ण लगता है! लेकिन वास्तव में ऐसा नहीं है। अन्य सभी अर्थों में, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन लगभग जुड़वां हैं। उनके पास न केवल द्रव्यमान, बल्कि आंतरिक संरचना भी समान है।

क्योंकि वे बहुत समान हैं, और क्योंकि ये कण नाभिक बनाते हैं, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को अक्सर न्यूक्लियॉन कहा जाता है।

1920 के आसपास प्रोटॉन की पहचान की गई और उनका वर्णन किया गया (हालाँकि उन्हें पहले खोजा गया था; हाइड्रोजन परमाणु का नाभिक सिर्फ एक प्रोटॉन है), और न्यूट्रॉन 1933 में कहीं पाए गए थे। तथ्य यह है कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक दूसरे के समान हैं, लगभग तुरंत ही समझ में आ गया था। लेकिन तथ्य यह है कि उनके पास नाभिक के आकार के बराबर एक औसत दर्जे का आकार है (त्रिज्या में एक परमाणु से लगभग 100,000 गुना छोटा) 1954 तक ज्ञात नहीं था। यह कि वे क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लून्स से बने होते हैं, धीरे-धीरे 1960 के दशक के मध्य से 1970 के दशक के मध्य तक समझा जाने लगा। 70 के दशक के अंत और 80 के दशक की शुरुआत तक, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और वे किस चीज से बने होते हैं, इसकी हमारी समझ काफी हद तक स्थिर हो गई थी, और तब से अपरिवर्तित बनी हुई है।

परमाणु या नाभिक की तुलना में न्यूक्लियंस का वर्णन करना अधिक कठिन होता है। यह कहना नहीं है कि परमाणु सिद्धांत रूप में सरल हैं, लेकिन कम से कम कोई बिना किसी हिचकिचाहट के कह सकता है कि हीलियम परमाणु में एक छोटे हीलियम नाभिक के चारों ओर कक्षा में दो इलेक्ट्रॉन होते हैं; और हीलियम नाभिक दो न्यूट्रॉन और दो प्रोटॉन का एक काफी सरल समूह है। लेकिन न्यूक्लियंस के साथ सब कुछ इतना आसान नहीं है। मैंने पहले ही लेख "प्रोटॉन क्या है, और इसके अंदर क्या है?" में लिखा है कि परमाणु एक सुंदर मीनू की तरह है, और न्यूक्लियॉन एक जंगली पार्टी की तरह है।

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की जटिलता वास्तविक प्रतीत होती है, और यह अपूर्ण भौतिक ज्ञान से उत्पन्न नहीं होती है। हमारे पास क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लून्स और उनके बीच चलने वाले मजबूत परमाणु बलों का वर्णन करने के लिए समीकरण हैं। इन समीकरणों को "क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स" से क्यूसीडी कहा जाता है। समीकरणों की सटीकता का परीक्षण विभिन्न तरीकों से किया जा सकता है, जिसमें लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में दिखाई देने वाले कणों की संख्या को मापना भी शामिल है। क्यूसीडी समीकरणों को एक कंप्यूटर में प्लग करके और प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, और अन्य समान कणों (सामूहिक रूप से "हैड्रोन" कहा जाता है) के गुणों पर गणना चलाने से, हम इन कणों के गुणों की भविष्यवाणी प्राप्त करते हैं जो वास्तविक दुनिया में किए गए अवलोकनों के लिए अच्छी तरह से अनुमानित हैं। . इसलिए, हमारे पास यह मानने का कारण है कि QCD समीकरण झूठ नहीं बोलते हैं, और यह कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बारे में हमारा ज्ञान सही समीकरणों पर आधारित है। लेकिन सिर्फ सही समीकरण होना ही काफी नहीं है, क्योंकि:

• सरल समीकरणों के बहुत जटिल हल हो सकते हैं,
• कभी-कभी जटिल समाधानों का सरल तरीके से वर्णन करना संभव नहीं होता है।

जहां तक ​​हम बता सकते हैं, न्यूक्लिऑन के मामले में ठीक यही स्थिति है: वे अपेक्षाकृत सरल QCD समीकरणों के जटिल समाधान हैं, और उन्हें कुछ शब्दों या चित्रों में वर्णित करना संभव नहीं है।

न्यूक्लियंस की अंतर्निहित जटिलता के कारण, आपको, पाठक को, एक विकल्प बनाना होगा: आप वर्णित जटिलता के बारे में कितना जानना चाहते हैं? कोई फर्क नहीं पड़ता कि आप कितनी दूर जाते हैं, आप सबसे अधिक संतुष्ट नहीं होंगे: जितना अधिक आप सीखेंगे, विषय उतना ही अधिक समझ में आएगा, लेकिन अंतिम उत्तर वही रहेगा - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बहुत जटिल हैं। मैं आपको बढ़ती हुई जानकारी के साथ समझ के तीन स्तरों की पेशकश कर सकता हूं; आप किसी भी स्तर के बाद रुक सकते हैं और अन्य विषयों पर आगे बढ़ सकते हैं, या आप अंतिम तक गोता लगा सकते हैं। प्रत्येक स्तर ऐसे प्रश्न उठाता है जिनका उत्तर मैं अगले में आंशिक रूप से दे सकता हूं, लेकिन नए उत्तर नए प्रश्न खड़े करते हैं। संक्षेप में - जैसा कि मैं सहकर्मियों और उन्नत छात्रों के साथ पेशेवर चर्चा में करता हूं - मैं आपको केवल वास्तविक प्रयोगों, विभिन्न प्रभावशाली सैद्धांतिक तर्कों और कंप्यूटर सिमुलेशन के डेटा के बारे में बता सकता हूं।

समझ का पहला स्तर

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन किससे बने होते हैं?

चावल। 1: प्रोटॉन का एक सरलीकृत संस्करण, जिसमें केवल दो अप क्वार्क और एक डाउन क्वार्क और न्यूट्रॉन होते हैं, जिसमें केवल दो डाउन क्वार्क और एक अप क्वार्क होते हैं।

मामलों को सरल बनाने के लिए, कई किताबें, लेख और वेबसाइटें बताती हैं कि प्रोटॉन तीन क्वार्क (दो ऊपर और एक नीचे) से बने होते हैं और एक आकृति की तरह कुछ खींचते हैं। 1. न्यूट्रॉन एक ही है, केवल एक अप और दो डाउन क्वार्क से मिलकर बनता है। यह सरल छवि दर्शाती है कि कुछ वैज्ञानिक क्या मानते हैं, मुख्यतः 1960 के दशक में। लेकिन जल्द ही यह स्पष्ट हो गया कि इस दृष्टिकोण को इस हद तक सरलीकृत किया गया था कि यह अब सही नहीं था।

जानकारी के अधिक परिष्कृत स्रोतों से, आप सीखेंगे कि प्रोटॉन तीन क्वार्क (दो ऊपर और एक नीचे) से बने होते हैं जो ग्लून्स द्वारा एक साथ रखे जाते हैं - और चित्र के समान एक चित्र दिखाई दे सकता है। 2, जहां ग्लून्स स्प्रिंग्स या स्ट्रिंग्स के रूप में खींचे जाते हैं जो क्वार्क धारण करते हैं। न्यूट्रॉन समान होते हैं, केवल एक अप क्वार्क और दो डाउन क्वार्क होते हैं।

चावल। 2: सुधार अंजीर। 1 पर जोर देने के कारण महत्वपूर्ण भूमिकामजबूत परमाणु बल जो प्रोटॉन में क्वार्क रखता है

न्यूक्लियंस का वर्णन करने का इतना बुरा तरीका नहीं है, क्योंकि यह मजबूत परमाणु बल की महत्वपूर्ण भूमिका पर जोर देता है, जो ग्लून्स की कीमत पर प्रोटॉन में क्वार्क रखता है (उसी तरह फोटॉन, वह कण जो प्रकाश बनाता है, विद्युत चुम्बकीय बल के साथ जुड़ा हुआ है)। लेकिन यह भ्रमित करने वाला भी है क्योंकि यह वास्तव में यह नहीं समझाता है कि ग्लून्स क्या हैं या वे क्या करते हैं।

आगे बढ़ने और चीजों का वर्णन करने के कारण हैं जैसे मैंने किया: एक प्रोटॉन तीन क्वार्क (दो ऊपर और एक नीचे), ग्लून्स का एक गुच्छा, और क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े का एक पहाड़ (ज्यादातर ऊपर और नीचे क्वार्क) से बना होता है। , लेकिन कुछ अजीब भी हैं)। वे सभी बहुत तेज गति से आगे-पीछे उड़ते हैं (प्रकाश की गति के करीब पहुंचते हुए); यह पूरा सेट मजबूत परमाणु शक्ति द्वारा एक साथ आयोजित किया जाता है। मैंने इसे अंजीर में दिखाया है। 3. न्यूट्रॉन फिर से वही हैं, लेकिन एक अप और दो डाउन क्वार्क के साथ; क्वार्क जिसने स्वामित्व बदल दिया है उसे एक तीर द्वारा दर्शाया गया है।

चावल। 3: अधिक यथार्थवादी, हालांकि अभी भी आदर्श नहीं है, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का चित्रण

ये क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लूऑन न केवल आगे-पीछे खिसकते हैं, बल्कि एक-दूसरे से टकराते भी हैं और कण विनाश (जिसमें एक ही प्रकार का क्वार्क और एक एंटीक्वार्क दो ग्लून्स या वाइस में बदल जाते हैं) जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से एक-दूसरे में बदल जाते हैं। इसके विपरीत) या एक ग्लूऑन का अवशोषण और उत्सर्जन (जिसमें एक क्वार्क और एक ग्लूऑन टकरा सकते हैं और एक क्वार्क और दो ग्लून्स, या इसके विपरीत) उत्पन्न कर सकते हैं।

इन तीन विवरणों में क्या समानता है:

• एक प्रोटॉन के लिए दो अप क्वार्क और एक डाउन क्वार्क (प्लस कुछ और)।
• एक न्यूट्रॉन के लिए एक अप क्वार्क और दो डाउन क्वार्क (साथ ही कुछ और)।
• न्यूट्रॉन के लिए "कुछ और" प्रोटॉन के लिए "कुछ और" जैसा ही है। यानी न्यूक्लियंस में "कुछ और" समान होता है।
• प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच द्रव्यमान में छोटा अंतर डाउन क्वार्क और अप क्वार्क के द्रव्यमान में अंतर के कारण प्रकट होता है।

और तब से:

• अप क्वार्क के लिए, विद्युत आवेश 2/3 e है (जहाँ e प्रोटॉन का आवेश है, -e इलेक्ट्रॉन का आवेश है),
• डाउन क्वार्क का चार्ज -1/3e है,
• ग्लून्स पर 0 का आवेश होता है,
• किसी भी क्वार्क और उसके संबंधित एंटीक्वार्क का कुल चार्ज 0 होता है (उदाहरण के लिए, डाउन-डाउन क्वार्क का चार्ज +1/3e होता है, इसलिए डाउन क्वार्क और डाउन एंटीक्वार्क पर -1/3 e +1/ का चार्ज होगा। 3 ई = 0),

प्रत्येक आंकड़ा प्रोटॉन के विद्युत आवेश को दो अप और एक डाउन क्वार्क को निर्दिष्ट करता है, और "कुछ और" चार्ज में 0 जोड़ता है। इसी तरह, एक अप और दो डाउन क्वार्क के कारण न्यूट्रॉन में शून्य चार्ज होता है:

• प्रोटॉन का कुल विद्युत आवेश 2/3 e + 2/3 e - 1/3 e = e,
• न्यूट्रॉन का कुल विद्युत आवेश 2/3 e - 1/3 e - 1/3 e = 0 है।

ये विवरण इस प्रकार भिन्न हैं:

• न्यूक्लियॉन के अंदर कितना "कुछ और",
• यह वहाँ क्या कर रहा है
• न्यूक्लियॉन का द्रव्यमान और द्रव्यमान ऊर्जा (E = mc 2, कण के आराम करने पर भी वहां मौजूद ऊर्जा) कहां से आती है।

चूँकि एक परमाणु का अधिकांश द्रव्यमान, और इसलिए सभी सामान्य पदार्थ, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में समाहित होते हैं, अंतिम बिंदु किसके लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है सही समझहमारी प्रकृति।

चावल। 1 कहता है कि क्वार्क, वास्तव में, एक न्यूक्लियॉन के एक तिहाई का प्रतिनिधित्व करते हैं - एक प्रोटॉन या न्यूट्रॉन की तरह हीलियम नाभिक के एक चौथाई या कार्बन नाभिक के 1/12 का प्रतिनिधित्व करता है। यदि यह तस्वीर सही होती, तो न्यूक्लिऑन में क्वार्क अपेक्षाकृत धीमी गति से (प्रकाश की गति की तुलना में बहुत धीमी गति से) गति करते हैं, उनके बीच अपेक्षाकृत कमजोर बल काम करते हैं (यद्यपि कुछ शक्तिशाली बल उन्हें जगह में रखते हैं)। क्वार्क का द्रव्यमान, ऊपर और नीचे, 0.3 GeV/c 2 के क्रम पर होगा, जो एक प्रोटॉन के द्रव्यमान का लगभग एक तिहाई है। लेकिन यह एक साधारण छवि है, और इसके द्वारा लगाए गए विचार बिल्कुल गलत हैं।

चावल। 3. प्रोटॉन का एक पूरी तरह से अलग विचार देता है, जैसे कि कणों की एक कड़ाही प्रकाश की गति के करीब गति से घूमती है। ये कण आपस में टकराते हैं, और इन टकरावों में कुछ नष्ट हो जाते हैं और अन्य उनके स्थान पर बन जाते हैं। ग्लून्स का कोई द्रव्यमान नहीं होता है, ऊपरी क्वार्क का द्रव्यमान लगभग 0.004 GeV/c 2 होता है, और निचले क्वार्क का द्रव्यमान लगभग 0.008 GeV/c 2 होता है - एक प्रोटॉन से सैकड़ों गुना कम। प्रोटॉन की द्रव्यमान ऊर्जा कहाँ से आती है, प्रश्न जटिल है: इसका एक हिस्सा क्वार्क और एंटीक्वार्क के द्रव्यमान की ऊर्जा से आता है, भाग क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लून्स की गति की ऊर्जा से आता है, और भाग (संभवतः सकारात्मक) , संभवतः नकारात्मक) मजबूत परमाणु संपर्क में संग्रहीत ऊर्जा से, क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लून्स को एक साथ रखते हुए।

एक मायने में, अंजीर। 2 अंजीर के बीच के अंतर को खत्म करने की कोशिश करता है। 1 और अंजीर। 3. यह चावल को सरल करता है। 3, कई क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े को हटाना, जिन्हें सिद्धांत रूप में, अल्पकालिक कहा जा सकता है, क्योंकि वे लगातार उठते और गायब होते हैं, और आवश्यक नहीं हैं। लेकिन इससे यह आभास होता है कि न्यूक्लियंस में ग्लून्स प्रोटॉन को धारण करने वाले मजबूत परमाणु बल का एक सीधा हिस्सा हैं। और यह स्पष्ट नहीं करता है कि प्रोटॉन का द्रव्यमान कहाँ से आता है।

अंजीर में। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के संकीर्ण फ्रेम के अलावा, 1 में एक और कमी है। यह अन्य हैड्रोन के कुछ गुणों की व्याख्या नहीं करता है, जैसे कि पियोन और रो मेसन। अंजीर में वही समस्याएं मौजूद हैं। 2.

इन प्रतिबंधों ने इस तथ्य को जन्म दिया है कि मैं अपने छात्रों और अपनी वेबसाइट पर अंजीर से एक तस्वीर देता हूं। 3. लेकिन मैं आपको चेतावनी देना चाहता हूं कि इसकी कई सीमाएं भी हैं, जिन पर मैं बाद में विचार करूंगा।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि अंजीर में निहित संरचना की अत्यधिक जटिलता। 3 एक शक्तिशाली परमाणु बल जैसे शक्तिशाली बल द्वारा एक साथ रखी गई वस्तु से अपेक्षा की जाती है। और एक और बात: तीन क्वार्क (एक प्रोटॉन के लिए दो ऊपर और एक नीचे) जो क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े के समूह का हिस्सा नहीं हैं, उन्हें अक्सर "वैलेंस क्वार्क" कहा जाता है, और क्वार्क-एंटीक्वार्क के जोड़े को "समुद्र का समुद्र" कहा जाता है। क्वार्क जोड़े।" ऐसी भाषा कई मामलों में तकनीकी रूप से सुविधाजनक होती है। लेकिन यह गलत धारणा देता है कि यदि आप प्रोटॉन के अंदर देख सकते हैं, और एक विशेष क्वार्क को देख सकते हैं, तो आप तुरंत बता सकते हैं कि यह समुद्र का हिस्सा था या वैलेंस। यह नहीं किया जा सकता है, बस ऐसा कोई तरीका नहीं है।

प्रोटॉन द्रव्यमान और न्यूट्रॉन द्रव्यमान

चूंकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान समान होते हैं, और चूंकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन केवल अप क्वार्क के स्थान पर डाउन क्वार्क के स्थान पर भिन्न होते हैं, ऐसा लगता है कि उनके द्रव्यमान एक ही तरह से प्रदान किए जाते हैं, एक ही स्रोत से आते हैं , और उनका अंतर अप और डाउन क्वार्क के बीच मामूली अंतर में है। लेकिन ऊपर दिए गए तीन आंकड़े बताते हैं कि प्रोटॉन द्रव्यमान की उत्पत्ति पर तीन अलग-अलग विचार हैं।

चावल। 1 कहता है कि अप और डाउन क्वार्क केवल प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान का 1/3 हिस्सा बनाते हैं: लगभग 0.313 GeV/c 2, या क्वार्क को प्रोटॉन में रखने के लिए आवश्यक ऊर्जा के कारण। और चूंकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के बीच का अंतर प्रतिशत का एक अंश है, अप और डाउन क्वार्क के द्रव्यमान के बीच का अंतर भी प्रतिशत का एक अंश होना चाहिए।

चावल। 2 कम स्पष्ट है। ग्लून्स के कारण प्रोटॉन के द्रव्यमान का कितना भाग होता है? लेकिन, सिद्धांत रूप में, यह इस आंकड़े से अनुसरण करता है कि प्रोटॉन का अधिकांश द्रव्यमान अभी भी क्वार्क के द्रव्यमान से आता है, जैसा कि अंजीर में है। एक।

चावल। 3 एक अधिक सूक्ष्म दृष्टिकोण को दर्शाता है कि प्रोटॉन का द्रव्यमान वास्तव में कैसे आता है (जैसा कि हम सीधे प्रोटॉन की कंप्यूटर गणना के माध्यम से सत्यापित कर सकते हैं, न कि सीधे अन्य गणितीय तरीकों का उपयोग करके)। यह अंजीर में प्रस्तुत विचारों से बहुत अलग है। 1 और 2, और यह इतना आसान नहीं है।

यह समझने के लिए कि यह कैसे काम करता है, किसी को प्रोटॉन के द्रव्यमान m के संदर्भ में नहीं, बल्कि इसकी द्रव्यमान ऊर्जा E = mc 2, द्रव्यमान से जुड़ी ऊर्जा के संदर्भ में सोचना चाहिए। सैद्धांतिक रूप सही सवालयह "प्रोटॉन द्रव्यमान m कहाँ से आया" नहीं होगा, जिसके बाद आप m को c 2 से गुणा करके E की गणना कर सकते हैं, लेकिन इसके विपरीत: "प्रोटॉन द्रव्यमान E की ऊर्जा कहाँ से आती है", जिसके बाद आप कर सकते हैं E को c 2 से विभाजित करके m द्रव्यमान की गणना करें।

प्रोटॉन द्रव्यमान ऊर्जा में योगदान को तीन समूहों में वर्गीकृत करना उपयोगी है:

ए) इसमें निहित क्वार्क और एंटीक्वार्क की द्रव्यमान ऊर्जा (बाकी ऊर्जा) (ग्लूऑन, द्रव्यमान रहित कण, कोई योगदान नहीं देते हैं)।
बी) क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लून्स की गति (गतिज ऊर्जा) की ऊर्जा।
सी) प्रोटॉन धारण करने वाले मजबूत परमाणु संपर्क (अधिक सटीक, ग्लूऑन क्षेत्रों में) में संग्रहीत बातचीत ऊर्जा (बाध्यकारी ऊर्जा या संभावित ऊर्जा)।

चावल। 3 कहता है कि प्रोटॉन के अंदर के कण तेज गति से चलते हैं, और यह द्रव्यमान रहित ग्लून्स से भरा होता है, इसलिए B) का योगदान A से अधिक होता है)। आमतौर पर, अधिकांश में भौतिक प्रणालीबी) और सी) तुलनीय हैं, जबकि सी) अक्सर नकारात्मक है। तो प्रोटॉन (और न्यूट्रॉन) की द्रव्यमान ऊर्जा ज्यादातर बी) और सी के संयोजन से प्राप्त होती है), ए के साथ) एक छोटा अंश योगदान देता है। इसलिए, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान मुख्य रूप से उनमें निहित कणों के द्रव्यमान के कारण नहीं दिखाई देते हैं, बल्कि इन कणों की गति की ऊर्जाओं और ग्लूऑन क्षेत्रों से जुड़ी उनकी बातचीत की ऊर्जा के कारण दिखाई देते हैं जो धारण करने वाले बलों को उत्पन्न करते हैं। प्रोटॉन। अधिकांश अन्य प्रणालियों में जिनसे हम परिचित हैं, ऊर्जा संतुलन अलग तरह से वितरित किया जाता है। उदाहरण के लिए, परमाणुओं में और सौर मंडल में, ए) हावी है, जबकि बी) और सी) बहुत कम प्राप्त होते हैं और आकार में तुलनीय होते हैं।

संक्षेप में, हम बताते हैं कि:

• चावल। 1 से पता चलता है कि प्रोटॉन की द्रव्यमान ऊर्जा योगदान ए से आती है)।
• चावल। 2 से पता चलता है कि दोनों योगदान ए) और सी) महत्वपूर्ण हैं, और बी) एक छोटा सा योगदान देता है।
• चावल। 3 से पता चलता है कि बी) और सी) महत्वपूर्ण हैं, जबकि ए) का योगदान नगण्य है।

हम जानते हैं कि चावल सही है। 3. इसका परीक्षण करने के लिए, हम कंप्यूटर सिमुलेशन चला सकते हैं, और इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि विभिन्न सम्मोहक सैद्धांतिक तर्कों के लिए धन्यवाद, हम जानते हैं कि यदि अप और डाउन क्वार्क का द्रव्यमान शून्य था (और बाकी सब कुछ वैसा ही बना रहा), का द्रव्यमान प्रोटॉन व्यावहारिक रूप से बदल जाएगा। तो, जाहिरा तौर पर, क्वार्क के द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान में महत्वपूर्ण योगदान नहीं दे सकते हैं।

अगर अंजीर। 3 झूठ नहीं है, क्वार्क और एंटीक्वार्क का द्रव्यमान बहुत छोटा है। वे वास्तव में क्या हैं? शीर्ष क्वार्क (साथ ही एंटीक्वार्क) का द्रव्यमान 0.005 GeV/c 2 से अधिक नहीं है, जो कि 0.313 GeV/c 2 से बहुत कम है, जो कि चित्र में दिखाया गया है। 1. (अप क्वार्क के द्रव्यमान को मापना मुश्किल है और सूक्ष्म प्रभावों के कारण भिन्न होता है, इसलिए यह 0.005 GeV/c2 से बहुत कम हो सकता है)। निचले क्वार्क का द्रव्यमान लगभग 0.004 GeV/c 2 ऊपर वाले क्वार्क के द्रव्यमान से अधिक है। इसका मतलब है कि किसी भी क्वार्क या एंटीक्वार्क का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान के एक प्रतिशत से अधिक नहीं होता है।

ध्यान दें कि इसका मतलब है (चित्र 1 के विपरीत) कि डाउन क्वार्क के द्रव्यमान का अप क्वार्क से अनुपात एकता तक नहीं पहुंचता है! डाउन क्वार्क का द्रव्यमान अप क्वार्क से कम से कम दोगुना होता है। न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के द्रव्यमान इतने समान होने का कारण यह नहीं है कि अप और डाउन क्वार्क के द्रव्यमान समान हैं, बल्कि अप और डाउन क्वार्क के द्रव्यमान बहुत छोटे हैं - और उनके बीच का अंतर छोटा, सापेक्ष है प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के लिए। याद रखें कि प्रोटॉन को न्यूट्रॉन में बदलने के लिए, आपको बस इसके एक अप क्वार्क को डाउन क्वार्क से बदलना होगा (चित्र 3)। यह परिवर्तन न्यूट्रॉन को प्रोटॉन से थोड़ा भारी बनाने और इसके आवेश को +e से 0 में बदलने के लिए पर्याप्त है।

वैसे, तथ्य यह है कि एक प्रोटॉन के अंदर विभिन्न कण एक दूसरे के साथ टकरा रहे हैं, और लगातार प्रकट और गायब हो रहे हैं, हम जिन चीजों की चर्चा कर रहे हैं उन्हें प्रभावित नहीं करता है - किसी भी टक्कर में ऊर्जा संरक्षित होती है। द्रव्यमान ऊर्जा और क्वार्क और ग्लून्स की गति की ऊर्जा बदल सकती है, साथ ही साथ उनकी बातचीत की ऊर्जा भी बदल सकती है, लेकिन प्रोटॉन की कुल ऊर्जा नहीं बदलती है, हालांकि इसके अंदर सब कुछ लगातार बदल रहा है। इसलिए प्रोटॉन का द्रव्यमान उसके आंतरिक भंवर के बावजूद स्थिर रहता है।

इस बिंदु पर, आप प्राप्त जानकारी को रोक और अवशोषित कर सकते हैं। अद्भुत! साधारण पदार्थ में निहित लगभग सभी द्रव्यमान परमाणुओं में न्यूक्लियंस के द्रव्यमान से आता है। और इस द्रव्यमान का अधिकांश भाग प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में निहित अराजकता से आता है - न्यूक्लियॉन में क्वार्क, ग्लून्स और एंटीक्वार्क की गति की ऊर्जा से, और अपने पूरे राज्य में न्यूक्लियॉन को धारण करने वाले मजबूत परमाणु इंटरैक्शन के काम की ऊर्जा से। हां: हमारा ग्रह, हमारा शरीर, हमारी सांसें ऐसे ही शांत और, हाल तक, अकल्पनीय महामारी का परिणाम हैं।

प्रकृति के सभी भौतिक शरीर एक प्रकार के पदार्थ से बने हैं जिसे पदार्थ कहा जाता है। पदार्थों को दो मुख्य समूहों में बांटा गया है - सरल और जटिल पदार्थ।

यौगिक पदार्थ ऐसे पदार्थ होते हैं जिन्हें रासायनिक प्रतिक्रियाओं द्वारा अन्य, सरल पदार्थों में विघटित किया जा सकता है। कॉम्प्लेक्स के विपरीत सरल पदार्थवे कहलाते हैं जिन्हें रासायनिक रूप से सरल पदार्थों में भी विघटित नहीं किया जा सकता है।

एक जटिल पदार्थ का एक उदाहरण पानी है, जिसे रासायनिक प्रतिक्रिया द्वारा दो अन्य, सरल पदार्थों - हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विघटित किया जा सकता है। पिछले दो के लिए, वे अब रासायनिक रूप से सरल पदार्थों में विघटित नहीं हो सकते हैं, और इसलिए सरल पदार्थ हैं, या दूसरे शब्दों में, रासायनिक तत्व हैं।

19वीं शताब्दी के पूर्वार्द्ध में विज्ञान में यह धारणा थी कि रासायनिक तत्व अपरिवर्तनीय पदार्थ हैं जिनका एक दूसरे के साथ सामान्य संबंध नहीं है। हालाँकि, रूसी वैज्ञानिक डी। आई। मेंडेलीव (1834 - 1907) ने पहली बार 1869 में रासायनिक तत्वों के संबंध का खुलासा किया, यह दिखाते हुए कि उनमें से प्रत्येक की गुणात्मक विशेषता इसकी मात्रात्मक विशेषता - परमाणु भार पर निर्भर करती है।

रासायनिक तत्वों के गुणों का अध्ययन करते हुए, डी.आई. मेंडेलीफ ने देखा कि उनके गुण उनके परमाणु भार के आधार पर समय-समय पर दोहराए जाते हैं। उन्होंने इस आवधिकता को एक तालिका के रूप में प्रदर्शित किया, जिसे "मेंडेलीव की आवर्त सारणी" के नाम से विज्ञान में शामिल किया गया था।

मेंडलीफ के रासायनिक तत्वों की आधुनिक आवर्त सारणी नीचे दी गई है।

परमाणुओं

विज्ञान की आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, प्रत्येक रासायनिक तत्व में सबसे छोटे पदार्थ (भौतिक) कणों का एक समूह होता है जिसे परमाणु कहा जाता है।

एक परमाणु एक रासायनिक तत्व का सबसे छोटा अंश होता है जिसे अब रासायनिक रूप से अन्य, छोटे और सरल भौतिक कणों में विघटित नहीं किया जा सकता है।

विभिन्न प्रकृति के रासायनिक तत्वों के परमाणु अपने भौतिक-रासायनिक गुणों, संरचना, आकार, द्रव्यमान, परमाणु भार, आत्म-ऊर्जा और कुछ अन्य गुणों में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, एक हाइड्रोजन परमाणु अपने गुणों और संरचना में ऑक्सीजन परमाणु से और बाद में यूरेनियम परमाणु आदि से भिन्न होता है।

यह स्थापित किया गया है कि रासायनिक तत्वों के परमाणु आकार में अत्यंत छोटे होते हैं। यदि हम पारंपरिक रूप से मानते हैं कि परमाणु आकार में गोलाकार हैं, तो उनका व्यास एक सेंटीमीटर के सौ मिलियनवें हिस्से के बराबर होना चाहिए। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन परमाणु का व्यास - प्रकृति का सबसे छोटा परमाणु - एक सेंटीमीटर (10 -8 सेमी) के सौ मिलियनवें हिस्से के बराबर होता है, और सबसे बड़े परमाणुओं के व्यास, जैसे कि यूरेनियम परमाणु, तीन से अधिक नहीं होते हैं। एक सेंटीमीटर का सौ मिलियनवां (3 10 -8 सेमी)। नतीजतन, एक हाइड्रोजन परमाणु एक सेंटीमीटर की त्रिज्या वाली गेंद से कई गुना छोटा होता है, बाद वाला ग्लोब से कितना छोटा होता है।

परमाणुओं के बहुत छोटे आकार के अनुसार उनका द्रव्यमान भी बहुत छोटा होता है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन परमाणु का द्रव्यमान m = 1.67 10 -24 g है। इसका अर्थ है कि एक ग्राम हाइड्रोजन में लगभग 6 10 23 परमाणु होते हैं।

एक ऑक्सीजन परमाणु के वजन का 1/16 रासायनिक तत्वों के परमाणु भार के मापन की एक पारंपरिक इकाई के रूप में लिया जाता है। रासायनिक तत्व के इस परमाणु भार के अनुसार, एक अमूर्त संख्या कहा जाता है, यह दर्शाता है कि वजन कितनी बार है एक दिया गया रासायनिक तत्व ऑक्सीजन परमाणु के भार के 1/16 से अधिक है।

में आवर्त सारणीडी. आई. मेन्डेलीफ के तत्वों में सभी रासायनिक तत्वों के परमाणु भार दिए गए हैं (तत्व के नाम के नीचे रखी संख्या देखें)। इस तालिका से हम देखते हैं कि सबसे हल्का परमाणु हाइड्रोजन परमाणु है, जिसका परमाणु भार 1.008 है। कार्बन का परमाणु भार 12 है, ऑक्सीजन 16 है, इत्यादि।

भारी रासायनिक तत्वों के संबंध में, उनका परमाणु भार हाइड्रोजन के परमाणु भार से दो सौ गुना अधिक होता है। तो, पारा का परमाणु शिखर 200.6, रेडियम - 226, आदि है। तत्वों की आवधिक प्रणाली में एक रासायनिक तत्व द्वारा कब्जा की गई संख्या का क्रम जितना अधिक होगा, परमाणु भार उतना ही अधिक होगा।

रासायनिक तत्वों के अधिकांश परमाणु भार भिन्नात्मक संख्याओं के रूप में व्यक्त किए जाते हैं। यह कुछ हद तक इस तथ्य से समझाया गया है कि ऐसे रासायनिक तत्वों में कितने प्रकार के परमाणु होते हैं जिनमें अलग-अलग परमाणु भार होते हैं, लेकिन समान रासायनिक गुण होते हैं।

रासायनिक तत्व जो तत्वों की आवधिक प्रणाली में समान संख्या में होते हैं, और इसलिए समान रासायनिक गुण होते हैं लेकिन विभिन्न परमाणु भार होते हैं, आइसोटोप कहलाते हैं।

समस्थानिक अधिकांश रासायनिक तत्वों में पाए जाते हैं, इसमें दो समस्थानिक होते हैं, कैल्शियम - चार, जस्ता - पाँच, टिन - ग्यारह, आदि। कई समस्थानिक कला द्वारा प्राप्त किए जाते हैं, उनमें से कुछ बहुत व्यावहारिक महत्व के हैं।

पदार्थ के प्राथमिक कण

लंबे समय से यह माना जाता था कि रासायनिक तत्वों के परमाणु पदार्थ की विभाज्यता की सीमा हैं, जैसे कि ब्रह्मांड की प्राथमिक "ईंटें"। आधुनिक विज्ञानइस परिकल्पना को खारिज कर दिया, यह स्थापित करते हुए कि किसी भी रासायनिक तत्व का परमाणु परमाणु से भी छोटे भौतिक कणों का एक संग्रह है।

पदार्थ की संरचना के इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत के अनुसार, किसी भी रासायनिक तत्व का परमाणु एक केंद्रीय नाभिक से युक्त एक प्रणाली है जिसके चारों ओर "प्राथमिक" वास्तविक कण जिन्हें इलेक्ट्रॉन कहते हैं, घूमते हैं। आम तौर पर स्वीकृत विचारों के अनुसार परमाणुओं के नाभिक में "प्राथमिक" भौतिक कणों - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का एक समूह होता है।

परमाणुओं की संरचना और उनमें होने वाली भौतिक-रासायनिक प्रक्रियाओं को समझने के लिए, परमाणु बनाने वाले प्राथमिक कणों की मुख्य विशेषताओं से कम से कम संक्षेप में परिचित होना आवश्यक है।

तय किया कि एक इलेक्ट्रॉन एक भौतिक कण है जिसमें प्रकृति में सबसे छोटा नकारात्मक विद्युत आवेश होता है।.

यदि हम सशर्त मान लें कि कण के रूप में इलेक्ट्रॉन का गोलाकार आकार है, तो इलेक्ट्रॉन व्यास 4 . के बराबर होना चाहिए · 10 -13 सेमी, यानी, यह किसी भी परमाणु के व्यास से हजारों गुना छोटा है।

किसी भी अन्य भौतिक कण की तरह एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान होता है। एक इलेक्ट्रॉन का "बाकी द्रव्यमान", यानी वह द्रव्यमान जो सापेक्ष आराम की स्थिति में होता है, वह m o \u003d 9.1 10 -28 g के बराबर होता है।

इलेक्ट्रॉन का असाधारण रूप से छोटा "बाकी द्रव्यमान" इंगित करता है कि इलेक्ट्रॉन के निष्क्रिय गुण अत्यंत कमजोर हैं, जिसका अर्थ है कि एक चर विद्युत बल के प्रभाव में इलेक्ट्रॉन अंतरिक्ष में प्रति सेकंड कई अरबों अवधियों की आवृत्ति के साथ दोलन कर सकता है।

एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान इतना छोटा होता है कि उसे एक ग्राम इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने में 1027 इकाई का समय लगता है। इसके बारे में कम से कम कुछ भौतिक विचार रखना बहुत बड़ा है। बड़ी संख्याआइए एक उदाहरण लेते हैं। यदि एक ग्राम इलेक्ट्रॉनों को एक दूसरे के पास एक सीधी रेखा में रखा जा सकता है, तो वे चार अरब किलोमीटर लंबी एक श्रृंखला बनाएंगे।

एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान, किसी भी अन्य वास्तविक सूक्ष्म कण की तरह, उसकी गति की गति पर निर्भर करता है।एक इलेक्ट्रॉन, सापेक्ष आराम की स्थिति में होने के कारण, एक "विश्राम द्रव्यमान" होता है, जो किसी भी भौतिक शरीर के द्रव्यमान की तरह एक यांत्रिक प्रकृति का होता है। जहां तक ​​इलेक्ट्रॉन के "गति के द्रव्यमान" का प्रश्न है, जो गति की गति के बढ़ने के साथ बढ़ता है, यह विद्युतचुंबकीय मूल का है। यह गतिमान इलेक्ट्रॉन की उपस्थिति के कारण होता है विद्युत चुम्बकीयद्रव्यमान और विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के साथ किसी प्रकार के पदार्थ के रूप में।

जितनी तेजी से इलेक्ट्रॉन चलता है, उसके विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के जड़त्वीय गुण उतने ही अधिक प्रकट होते हैं, इसलिए, बाद वाले का द्रव्यमान और, तदनुसार, इसकी विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा। चूंकि इलेक्ट्रॉन अपने विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के साथ एक एकल, व्यवस्थित रूप से जुड़ी सामग्री प्रणाली का गठन करता है, इसलिए यह स्वाभाविक है कि इलेक्ट्रॉन के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की गति का द्रव्यमान सीधे इलेक्ट्रॉन को ही जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।

एक कण के गुणों के अलावा, एक इलेक्ट्रॉन में भी होता है तरंग गुण. अनुभव से यह सिद्ध हो चुका है कि इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह, प्रकाश के प्रवाह की तरह, तरंग जैसी गति के रूप में फैलता है। अंतरिक्ष में इलेक्ट्रॉन प्रवाह की तरंग गति की प्रकृति की पुष्टि इलेक्ट्रॉनिक तरंगों के हस्तक्षेप और विवर्तन की घटनाओं से होती है।

इलेक्ट्रॉन हस्तक्षेपएक दूसरे पर इलेक्ट्रॉनिक वसीयत के अध्यारोपण की घटना है, और इलेक्ट्रॉन विवर्तन- यह इलेक्ट्रॉन तरंगों द्वारा एक संकीर्ण भट्ठा के किनारों को गोल करने की घटना है जिसके माध्यम से इलेक्ट्रॉन प्रवाह गुजरता है। इसलिए, एक इलेक्ट्रॉन केवल एक कण नहीं है, बल्कि एक "कण-तरंग" है, जिसकी लंबाई इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान और गति पर निर्भर करती है।

यह स्थापित किया गया है कि इलेक्ट्रॉन, अपनी अनुवाद गति के अलावा, भी करता है रोटरी गतिअपनी धुरी के चारों ओर। इस प्रकार की इलेक्ट्रॉन गति को "स्पिन" (अंग्रेजी शब्द "स्पिन" - स्पिंडल से) कहा जाता है। इस तरह के आंदोलन के परिणामस्वरूप, विद्युत आवेश के कारण विद्युत गुणों के अलावा, इलेक्ट्रॉन भी चुंबकीय गुण प्राप्त करता है, इस संबंध में एक प्राथमिक चुंबक जैसा दिखता है।

प्रोटॉन एक भौतिक कण है जिसमें एक इलेक्ट्रॉन के विद्युत आवेश के निरपेक्ष मान के बराबर धनात्मक विद्युत आवेश होता है।

प्रोटॉन द्रव्यमान 1.67 . है · 10-24 ग्राम, यानी, यह इलेक्ट्रॉन के "बाकी द्रव्यमान" से लगभग 1840 गुना अधिक है।

इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन के विपरीत, न्यूट्रॉन में विद्युत आवेश नहीं होता है, अर्थात यह पदार्थ का विद्युत रूप से तटस्थ "प्राथमिक" कण है। न्यूट्रॉन का द्रव्यमान व्यावहारिक रूप से प्रोटॉन के द्रव्यमान के बराबर होता है।

इलेक्ट्रॉनों, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, परमाणुओं की संरचना में होने के कारण, एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। विशेष रूप से, इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन परस्पर विपरीत विद्युत आवेश वाले कणों के रूप में एक-दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं। उसी समय, एक इलेक्ट्रॉन से एक इलेक्ट्रॉन और एक प्रोटॉन से एक प्रोटॉन समान विद्युत आवेश वाले कणों के रूप में प्रतिकर्षित होते हैं।

इन सभी विद्युत आवेशित कणों की परस्पर क्रिया उनके विद्युत क्षेत्रों के माध्यम से होती है। ये क्षेत्र एक विशेष प्रकार के पदार्थ हैं, जिनमें प्राथमिक भौतिक कणों का एक समूह होता है जिन्हें फोटॉन कहा जाता है। प्रत्येक फोटॉन में ऊर्जा (ऊर्जा क्वांटम) की एक कड़ाई से परिभाषित अंतर्निहित मात्रा होती है।

विद्युत आवेशित भौतिक सामग्री कणों की परस्पर क्रिया फोटॉनों द्वारा एक दूसरे के साथ आदान-प्रदान करके की जाती है। विद्युत आवेशित कणों के बीच परस्पर क्रिया के बल को आमतौर पर कहा जाता है विद्युत बल.

परमाणुओं के नाभिक में न्यूट्रॉन और प्रोटॉन भी एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। हालांकि, उनके बीच यह बातचीत अब विद्युत क्षेत्र के माध्यम से नहीं की जाती है, क्योंकि न्यूट्रॉन पदार्थ का विद्युत रूप से तटस्थ कण है, बल्कि तथाकथित परमाणु क्षेत्र के माध्यम से होता है।

यह क्षेत्र भी एक विशेष प्रकार का पदार्थ है, जिसमें मेसन नामक प्राथमिक भौतिक कणों का एक समूह होता है। न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की परस्पर क्रिया मेसॉन का एक दूसरे के साथ आदान-प्रदान करके की जाती है। न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की परस्पर क्रिया के बल को नाभिकीय बल कहते हैं।

यह स्थापित किया गया है कि परमाणु बल परमाणुओं के नाभिक में अत्यंत छोटी दूरी के भीतर कार्य करते हैं - लगभग 10 - 13 सेमी।

परमाणु बल एक परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन के पारस्परिक प्रतिकर्षण के विद्युत बलों की तुलना में बहुत बड़े होते हैं। यह इस तथ्य की ओर जाता है कि वे न केवल परमाणुओं के नाभिक के अंदर प्रोटॉन के पारस्परिक प्रतिकर्षण की ताकतों को दूर करने में सक्षम हैं, बल्कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की समग्रता से नाभिक की बहुत मजबूत प्रणाली बनाने में भी सक्षम हैं।

प्रत्येक परमाणु के नाभिक की स्थिरता दो परस्पर विरोधी शक्तियों के अनुपात पर निर्भर करती है - परमाणु (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का परस्पर आकर्षण) और विद्युत (प्रोटॉन का पारस्परिक प्रतिकर्षण)।

परमाणुओं के नाभिक में कार्यरत शक्तिशाली परमाणु बल न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के एक दूसरे में परिवर्तन में योगदान करते हैं। न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के इन अंतःरूपांतरणों को हल्के प्राथमिक कणों, जैसे मेसन के रिलीज या अवशोषण के परिणामस्वरूप किया जाता है।

हमने जिन कणों पर विचार किया है उन्हें प्राथमिक कहा जाता है क्योंकि उनमें पदार्थ के अन्य, सरल कणों का संग्रह नहीं होता है। लेकिन साथ ही, हमें यह नहीं भूलना चाहिए कि वे एक-दूसरे की कीमत पर उत्पन्न होने वाले एक-दूसरे में बदलने में सक्षम हैं। इस प्रकार, ये कण कुछ जटिल संरचनाएं हैं, अर्थात, उनकी मौलिकता सशर्त है।

परमाणुओं की रासायनिक संरचना

इसकी संरचना में सबसे सरल परमाणु हाइड्रोजन परमाणु है। इसमें केवल दो प्राथमिक कणों का एक समूह होता है - एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन। हाइड्रोजन परमाणु की प्रणाली में प्रोटॉन केंद्रीय नाभिक की भूमिका निभाता है, जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन एक निश्चित कक्षा में घूमता है। अंजीर पर। 1 योजनाबद्ध रूप से हाइड्रोजन परमाणु का एक मॉडल दिखाता है।

चावल। 1. हाइड्रोजन परमाणु की संरचना की योजना

यह मॉडल वास्तविकता का केवल एक मोटा अनुमान है। तथ्य यह है कि "कण-तरंग" के रूप में इलेक्ट्रॉन में बाहरी वातावरण से तेजी से सीमांकित मात्रा नहीं होती है। और इसका मतलब यह है कि हमें इलेक्ट्रॉन की कुछ सटीक रैखिक कक्षा के बारे में नहीं, बल्कि एक प्रकार के इलेक्ट्रॉन बादल के बारे में बात करनी चाहिए। इस मामले में, इलेक्ट्रॉन अक्सर बादल की एक निश्चित मध्य रेखा पर कब्जा कर लेता है, जो परमाणु में इसकी संभावित कक्षाओं में से एक है।

यह कहा जाना चाहिए कि इलेक्ट्रॉन की कक्षा परमाणु में सख्ती से अपरिवर्तित और स्थिर नहीं है - यह भी, इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान में परिवर्तन के कारण, कुछ घूर्णन गति करता है। नतीजतन, एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन की गति अपेक्षाकृत जटिल होती है। चूंकि हाइड्रोजन परमाणु (प्रोटॉन) के नाभिक और उसके चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉन में विपरीत विद्युत आवेश होते हैं, वे परस्पर आकर्षित होते हैं।

उसी समय, इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा, परमाणु के नाभिक के चारों ओर घूमती है, एक केन्द्रापसारक बल विकसित करती है जो इसे नाभिक से हटा देती है। फलस्वरूप, विद्युत बलएक परमाणु और एक इलेक्ट्रॉन के नाभिक का पारस्परिक आकर्षण, तथा अपकेन्द्रीय बलएक इलेक्ट्रॉन पर कार्य करना परस्पर विरोधी बल हैं।

संतुलन पर, उनका इलेक्ट्रॉन परमाणु में किसी कक्षा में अपेक्षाकृत स्थिर स्थिति में होता है। चूंकि एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान बहुत छोटा होता है, इसलिए परमाणु के नाभिक के आकर्षण बल को संतुलित करने के लिए, इसे लगभग 6 x 10 15 चक्कर प्रति सेकंड के बराबर, अत्यधिक गति से घूमना चाहिए। इसका मतलब यह है कि हाइड्रोजन परमाणु की प्रणाली में एक इलेक्ट्रॉन, किसी भी अन्य परमाणु की तरह, अपनी कक्षा में एक हजार किलोमीटर प्रति सेकंड से अधिक की रैखिक गति के साथ चलता है।

सामान्य परिस्थितियों में, एक इलेक्ट्रॉन जीनस के परमाणु में नाभिक के निकटतम कक्षा में घूमता है। साथ ही, इसमें ऊर्जा की न्यूनतम संभव मात्रा होती है। यदि, एक कारण या किसी अन्य के लिए, उदाहरण के लिए, परमाणु की प्रणाली पर आक्रमण करने वाले कुछ अन्य भौतिक कणों के प्रभाव में, इलेक्ट्रॉन परमाणु से अधिक दूर कक्षा में चला जाता है, तो उसके पास पहले से ही कुछ हद तक बड़ी मात्रा में होगा ऊर्जा।

हालाँकि, इलेक्ट्रॉन इस नई कक्षा में नगण्य समय के लिए रहता है, जिसके बाद यह फिर से परमाणु के नाभिक के निकटतम कक्षा में घूमता है। इस चाल के साथ, वह अपनी अतिरिक्त ऊर्जा को विद्युत चुम्बकीय विकिरण की मात्रा के रूप में छोड़ देता है - दीप्तिमान ऊर्जा(रेखा चित्र नम्बर 2)।

चावल। 2. एक इलेक्ट्रॉन, दूर की कक्षा से एक परमाणु के नाभिक के करीब एक कक्षा में जाने पर, विकिरण ऊर्जा की मात्रा का उत्सर्जन करता है

एक इलेक्ट्रॉन बाहर से जितनी अधिक ऊर्जा प्राप्त करता है, परमाणु के नाभिक से उतनी ही दूर वह कक्षा में जाता है और जब वह नाभिक के सबसे निकट की कक्षा में घूमता है तो उतनी ही अधिक विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा विकीर्ण होती है।

एक इलेक्ट्रॉन द्वारा विभिन्न कक्षाओं से परमाणु नाभिक के सबसे निकटतम में संक्रमण के दौरान उत्सर्जित ऊर्जा की मात्रा को मापकर, यह स्थापित करना संभव था कि हाइड्रोजन परमाणु की प्रणाली में एक इलेक्ट्रॉन, जैसा कि किसी अन्य परमाणु की प्रणाली में होता है, किसी भी मनमानी कक्षा में नहीं जा सकते, उस ऊर्जा के अनुसार कड़ाई से परिभाषित कक्षा में जो उसे क्रिया के तहत प्राप्त होती है बाहरी बल. एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन जिस कक्षा में रह सकता है, उसे अनुमत कक्षाएँ कहा जाता है।

चूँकि हाइड्रोजन परमाणु (प्रोटॉन आवेश) के नाभिक का धनात्मक आवेश और इलेक्ट्रॉन का ऋणात्मक आवेश संख्यात्मक रूप से बराबर होता है, इसलिए उनका कुल आवेश शून्य होता है। इसका मतलब है कि हाइड्रोजन परमाणु, सामान्य अवस्था में होने के कारण, विद्युत रूप से तटस्थ कण है।

यह सभी रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के लिए सच है: किसी भी रासायनिक तत्व का परमाणु अपनी सामान्य अवस्था में अपने सकारात्मक और नकारात्मक आवेशों की संख्यात्मक समानता के कारण विद्युत रूप से तटस्थ कण होता है।

चूंकि केवल एक "प्राथमिक" कण, प्रोटॉन, हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक में शामिल है, इस नाभिक की तथाकथित द्रव्यमान संख्या एक के बराबर है। किसी भी रासायनिक तत्व के परमाणु के नाभिक की द्रव्यमान संख्या इस नाभिक को बनाने वाले प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या होती है।

प्राकृतिक हाइड्रोजन में मुख्य रूप से एक के बराबर द्रव्यमान संख्या वाले परमाणुओं का संग्रह होता है। हालाँकि, इसमें एक अन्य प्रकार के हाइड्रोजन परमाणु भी होते हैं, जिनकी द्रव्यमान संख्या दो के बराबर होती है। इस भारी हाइड्रोजन के परमाणु नाभिक, जिसे ड्यूटेरॉन कहा जाता है, में दो कण होते हैं - एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन। हाइड्रोजन के इस समस्थानिक को ड्यूटेरियम कहते हैं।

प्राकृतिक हाइड्रोजन में बहुत कम ड्यूटेरियम होता है। प्रकाश हाइड्रोजन के प्रत्येक छह हजार परमाणुओं (द्रव्यमान संख्या एक) के लिए ड्यूटेरियम (भारी हाइड्रोजन) का केवल एक परमाणु होता है। हाइड्रोजन का एक और समस्थानिक है - ट्रिटियम नामक अत्यधिक भारी हाइड्रोजन। हाइड्रोजन के इस समस्थानिक के परमाणु के नाभिक में तीन कण होते हैं: एक प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन, जो परमाणु बलों द्वारा एक दूसरे से बंधे होते हैं। ट्रिटियम परमाणु के नाभिक की द्रव्यमान संख्या तीन होती है अर्थात ट्रिटियम परमाणु हल्के हाइड्रोजन परमाणु से तीन गुना भारी होता है।

यद्यपि हाइड्रोजन के समस्थानिकों के परमाणुओं के द्रव्यमान भिन्न-भिन्न होते हैं, फिर भी उनके रासायनिक गुण समान होते हैं। उदाहरण के लिए, प्रकाश हाइड्रोजन, रासायनिक बातचीतऑक्सीजन के साथ, इसके साथ बनता है जटिल पदार्थ- पानी। इसी प्रकार, हाइड्रोजन का समस्थानिक - ड्यूटेरियम, जब ऑक्सीजन के साथ मिलकर पानी बनाता है, जो साधारण पानी के विपरीत, भारी पानी कहलाता है। नाभिकीय (परमाणु) ऊर्जा के उत्पादन में भारी जल का अत्यधिक उपयोग होता है।

नतीजतन, परमाणुओं के रासायनिक गुण उनके नाभिक के द्रव्यमान पर निर्भर नहीं करते हैं, बल्कि केवल परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल की संरचना पर निर्भर करते हैं। चूँकि प्रकाश हाइड्रोजन, ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के परमाणुओं में होता है वही नंबरइलेक्ट्रॉनों (प्रत्येक परमाणु के लिए एक), इन समस्थानिकों में समान रासायनिक गुण होते हैं।

यह कोई संयोग नहीं है कि रासायनिक तत्व हाइड्रोजन तत्वों की आवधिक प्रणाली में पहले नंबर पर है। तथ्य यह है कि तत्वों की आवर्त प्रणाली में किसी भी तत्व की संख्या और इस तत्व के परमाणु के नाभिक के आवेश के मान के बीच कुछ संबंध होता है। इसे इस तरह तैयार किया जा सकता है: तत्वों की आवधिक प्रणाली में किसी भी रासायनिक तत्व की क्रम संख्या संख्यात्मक रूप से इस तत्व के नाभिक के सकारात्मक चार्ज के बराबर होती है, और इसके परिणामस्वरूप, इसके चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या।

चूँकि हाइड्रोजन तत्वों की आवर्त प्रणाली में पहले नंबर पर है, इसका मतलब है कि इसके परमाणु के नाभिक का धनात्मक आवेश एक के बराबर होता है और यह कि एक इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर घूमता है।

रासायनिक तत्व हीलियम तत्वों की आवर्त प्रणाली में दूसरे नंबर पर है। इसका मतलब है कि इसमें नाभिक का धनात्मक विद्युत आवेश होता है, जो दो इकाइयों के बराबर होता है, अर्थात इसके नाभिक में दो प्रोटॉन और परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल में दो इलेक्ट्रोड होने चाहिए।

प्राकृतिक हीलियम में दो समस्थानिक होते हैं - भारी और हल्का हीलियम। भारी हीलियम की द्रव्यमान संख्या चार होती है। इसका मतलब है कि एक भारी हीलियम परमाणु के नाभिक की संरचना में, उपरोक्त दो प्रोटॉन के अलावा, दो और न्यूट्रॉन शामिल होने चाहिए। प्रकाश हीलियम के लिए, इसकी द्रव्यमान संख्या तीन के बराबर है, अर्थात, दो प्रोटॉन के अलावा, इसके नाभिक में एक और न्यूट्रॉन शामिल होना चाहिए।

यह स्थापित किया गया है कि प्राकृतिक हीलियम में हल्के हीलियम परमाणुओं की संख्या भारी जीनियस परमाणुओं का लगभग दस लाखवाँ हिस्सा है। अंजीर पर। 3 एक हीलियम परमाणु का एक योजनाबद्ध मॉडल दिखाता है।

चावल। 3. हीलियम परमाणु की संरचना की योजना

रासायनिक तत्वों के परमाणुओं की संरचना की और जटिलता इन परमाणुओं के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या में वृद्धि के कारण होती है और साथ ही, नाभिक के चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या में वृद्धि के कारण (चित्र। 4) . लाभ उठा आवधिक प्रणालीतत्वों, विभिन्न परमाणुओं को बनाने वाले इलेक्ट्रॉनों, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या निर्धारित करना आसान है।

चावल। 4. परमाणुओं के नाभिक की संरचना की योजनाएँ: 1 - हीलियम, 2 - कार्बन, 3 - ऑक्सीजन

एक रासायनिक तत्व की क्रम संख्या एक परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती है, और साथ ही नाभिक के चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है। जहां तक ​​परमाणु भार का प्रश्न है, यह परमाणु के द्रव्यमान संख्या के लगभग बराबर है, अर्थात नाभिक में एक साथ लिए गए प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या। इसलिए, किसी तत्व के परमाणु भार से तत्व की क्रम संख्या के बराबर संख्या घटाकर, कोई यह निर्धारित कर सकता है कि किसी दिए गए नाभिक में कितने न्यूट्रॉन निहित हैं।

यह स्थापित किया गया है कि समान रूप से प्रोटॉन और न्यूट्रॉन वाले हल्के रासायनिक तत्वों के नाभिक बहुत मजबूत होते हैं, क्योंकि उनमें परमाणु बल अपेक्षाकृत बड़े होते हैं। उदाहरण के लिए, एक भारी हीलियम परमाणु का नाभिक असाधारण रूप से मजबूत होता है, क्योंकि यह दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन से बना होता है जो शक्तिशाली परमाणु बलों द्वारा एक साथ बंधे होते हैं।

भारी रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के नाभिक में पहले से ही उनकी संरचना में असमान संख्या में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, इसलिए नाभिक में उनका बंधन हल्के रासायनिक तत्वों के नाभिक की तुलना में कमजोर होता है। परमाणु "प्रोजेक्टाइल" (न्यूट्रॉन, हीलियम परमाणु के नाभिक, आदि) के साथ बमबारी करने पर इन तत्वों के नाभिक अपेक्षाकृत आसानी से विभाजित हो सकते हैं।

सबसे भारी रासायनिक तत्वों के लिए, विशेष रूप से रेडियोधर्मी वाले, उनके नाभिक इतनी कम ताकत से प्रतिष्ठित होते हैं कि वे अनायास अपने घटक भागों में क्षय हो जाते हैं। उदाहरण के लिए, रेडियोधर्मी तत्व रेडियम के परमाणु, 88 प्रोटॉन और 138 न्यूट्रॉन के संयोजन से मिलकर, स्वतः ही क्षय हो जाते हैं, रेडियोधर्मी तत्व रेडॉन के परमाणुओं में बदल जाते हैं। उत्तरार्द्ध के परमाणु, बदले में, अन्य तत्वों के परमाणुओं में गुजरते हुए, घटक भागों में टूट जाते हैं।

संक्षेप में परिचित घटक भागरासायनिक तत्वों के परमाणुओं के नाभिक, परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन कोशों की संरचना पर विचार करें। जैसा कि ज्ञात है, इलेक्ट्रॉन परमाणुओं के नाभिक के चारों ओर केवल कड़ाई से परिभाषित कक्षाओं में ही चक्कर लगा सकते हैं। इसके अलावा, वे प्रत्येक परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल में इतने समूहित होते हैं कि इलेक्ट्रॉनों की अलग-अलग परतों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है।

प्रत्येक परत में इलेक्ट्रॉनों की संख्या हो सकती है, कड़ाई से परिभाषित संख्या से अधिक नहीं। इसलिए, उदाहरण के लिए, एक परमाणु के नाभिक के सबसे करीब पहली इलेक्ट्रॉन परत में अधिकतम दो इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं, दूसरे में - आठ से अधिक इलेक्ट्रॉन नहीं, आदि।

जिन परमाणुओं में बाहरी इलेक्ट्रॉन परतें पूरी तरह से भरी होती हैं, उनमें सबसे स्थिर इलेक्ट्रॉन खोल होता है। इसका मतलब है कि यह परमाणु अपने सभी इलेक्ट्रॉनों को मजबूती से रखता है और उन्हें बाहर से अतिरिक्त मात्रा में प्राप्त करने की आवश्यकता नहीं है। उदाहरण के लिए, एक हीलियम परमाणु में दो इलेक्ट्रॉन होते हैं जो पहली इलेक्ट्रॉन परत को पूरी तरह से भरते हैं, और एक नियॉन परमाणु में दस इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिनमें से पहले दो पूरी तरह से पहली इलेक्ट्रॉन परत भरते हैं, और बाकी - दूसरा (चित्र 5)।

चावल। 5. नियॉन परमाणु की संरचना की योजना

नतीजतन, हीलियम और नियॉन के परमाणुओं में काफी स्थिर इलेक्ट्रॉन गोले होते हैं, वे उन्हें किसी भी तरह से मात्रात्मक रूप से संशोधित करने की कोशिश नहीं करते हैं। ऐसे तत्व रासायनिक रूप से निष्क्रिय होते हैं, अर्थात वे अन्य तत्वों के साथ रासायनिक अंतःक्रिया में प्रवेश नहीं करते हैं।

हालांकि, अधिकांश रासायनिक तत्वों में परमाणु होते हैं जिनमें बाहरी इलेक्ट्रॉन परतें पूरी तरह से इलेक्ट्रॉनों से नहीं भरी होती हैं। उदाहरण के लिए, एक पोटेशियम परमाणु में उन्नीस इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिनमें से अठारह पहली तीन परतों को पूरी तरह से भरते हैं, और उन्नीसवीं इलेक्ट्रॉन अगली, अधूरी इलेक्ट्रॉन परत में अकेला होता है। इलेक्ट्रॉनों के साथ चौथी इलेक्ट्रॉन परत का कमजोर भरना इस तथ्य की ओर जाता है कि परमाणु का नाभिक बहुत कमजोर रूप से सबसे बाहरी - उन्नीसवें इलेक्ट्रॉन को धारण करता है, और इसलिए बाद वाले को आसानी से परमाणु से बाहर निकाला जा सकता है। .

या, उदाहरण के लिए, एक ऑक्सीजन परमाणु में आठ इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिनमें से दो पहली परत को पूरी तरह से भरते हैं, और शेष छह दूसरी परत में स्थित होते हैं। इस प्रकार, ऑक्सीजन परमाणु में दूसरी इलेक्ट्रॉन परत के निर्माण को पूरा करने के लिए, इसमें केवल दो इलेक्ट्रॉनों की कमी होती है। इसलिए, ऑक्सीजन परमाणु न केवल दूसरी परत में अपने छह इलेक्ट्रॉनों को मजबूती से रखता है, बल्कि अपनी दूसरी इलेक्ट्रॉन परत को भरने के लिए दो लापता इलेक्ट्रॉनों को अपनी ओर आकर्षित करने की क्षमता भी रखता है। वह इसे प्राप्त करता है रासायनिक यौगिकऐसे तत्वों के परमाणुओं के साथ जिनमें बाहरी इलेक्ट्रॉन अपने नाभिक से कमजोर रूप से बंधे होते हैं।

रासायनिक तत्व जिनके परमाणुओं में बाहरी इलेक्ट्रॉन परतें नहीं होती हैं, वे पूरी तरह से इलेक्ट्रॉनों से भरे होते हैं, एक नियम के रूप में, रासायनिक रूप से सक्रिय होते हैं, अर्थात वे आसानी से रासायनिक संपर्क में प्रवेश करते हैं।

तो, रासायनिक तत्वों के परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों को कड़ाई से परिभाषित क्रम में व्यवस्थित किया जाता है, और परमाणु के इलेक्ट्रॉन शेल में उनकी स्थानिक व्यवस्था या संख्या में किसी भी परिवर्तन से बाद वाले के भौतिक-रासायनिक गुणों में परिवर्तन होता है।

किसी परमाणु के निकाय में इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉनों की संख्या की समानता का कारण यह है कि इसका कुल विद्युत आवेश शून्य के बराबर होता है। यदि किसी परमाणु के निकाय में इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉनों की संख्या की समानता का उल्लंघन किया जाता है, तो परमाणु एक विद्युत आवेशित निकाय बन जाता है।

प्रणाली में एक परमाणु जिसके विपरीत का संतुलन विद्युत शुल्कइस तथ्य के कारण कि उसने अपने कुछ इलेक्ट्रॉनों को खो दिया या, इसके विपरीत, अधिक संख्या में प्राप्त कर लिया, आयन कहलाता है।

इसके विपरीत, यदि कोई परमाणु एक निश्चित अतिरिक्त संख्या में इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करता है, तो यह एक ऋणात्मक आयन बन जाता है। उदाहरण के लिए, एक क्लोरीन परमाणु, एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने के बाद, एक एकल आवेशित ऋणात्मक क्लोरीन आयन Cl - में बदल जाता है। ऑक्सीजन परमाणु, जिसे अतिरिक्त दो इलेक्ट्रॉन प्राप्त हुए हैं, एक दोगुने आवेशित ऋणात्मक ऑक्सीजन आयन O, आदि में बदल जाता है।

एक परमाणु जो आयन में बदल गया है, बाहरी वातावरण के संबंध में एक विद्युत आवेशित प्रणाली बन जाता है। और इसका मतलब यह है कि परमाणु के पास एक विद्युत क्षेत्र होना शुरू हुआ, जिसके साथ यह एक एकल सामग्री प्रणाली का गठन करता है और इस क्षेत्र के माध्यम से पदार्थ के अन्य विद्युत आवेशित कणों - आयनों, इलेक्ट्रॉनों, सकारात्मक रूप से आवेशित परमाणु नाभिक, आदि के साथ विद्युत संपर्क करता है।

विपरीत आयनों की परस्पर एक-दूसरे को आकर्षित करने की क्षमता का कारण यह है कि वे रासायनिक रूप से संयुक्त होते हैं, जिससे पदार्थ के अधिक जटिल कण बनते हैं - अणु।

अंत में, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि परमाणु के आयाम उन भौतिक कणों के आयामों की तुलना में बहुत बड़े होते हैं जिनसे वे बने होते हैं। सबसे जटिल परमाणु का नाभिक, सभी इलेक्ट्रॉनों के साथ, परमाणु के आयतन के अरबवें हिस्से पर कब्जा कर लेता है। एक साधारण गणना से पता चलता है कि यदि प्लैटिनम के एक घन मीटर को इतनी कसकर संकुचित किया जा सकता है कि अंतर-परमाणु और अंतर-परमाणु रिक्त स्थान गायब हो जाते हैं, तो लगभग एक घन मिलीमीटर के बराबर मात्रा प्राप्त होगी।