सबसे सरल परमाणु के नाभिक - हाइड्रोजन परमाणु - में एक प्राथमिक कण होता है जिसे प्रोटॉन कहा जाता है। अन्य सभी परमाणुओं के नाभिक दो प्रकार के कणों से बने होते हैं - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन। इन कणों को न्यूक्लियॉन कहा जाता है। प्रोटॉन। प्रोटॉन में आवेश और द्रव्यमान होता है

तुलना के लिए, आइए हम बताते हैं कि इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान है

(66.1) और (66.2) की तुलना से यह इस प्रकार है कि -प्रोटॉन में आधे के बराबर एक स्पिन है और इसका अपना चुंबकीय क्षण है

चुंबकीय क्षण की एक इकाई को परमाणु चुंबक कहा जाता है। (33.2) से तुलना करने का तात्पर्य है कि बोह्र के चुम्बक से 1836 गुना कम। नतीजतन, प्रोटॉन का आंतरिक चुंबकीय क्षण इलेक्ट्रॉन के चुंबकीय क्षण से लगभग 660 गुना कम होता है।

न्यूट्रॉन। न्यूट्रॉन की खोज 1932 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी डी. चाडविक ने की थी। इसका विद्युत आवेश शून्य है, और इसका द्रव्यमान

एक प्रोटॉन के द्रव्यमान के बहुत करीब।

न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के द्रव्यमान के बीच का अंतर 1.3 MeV है, अर्थात।

न्यूट्रॉन का चक्कर आधे के बराबर होता है और (विद्युत आवेश की अनुपस्थिति के बावजूद) इसका अपना चुंबकीय क्षण होता है

(ऋण चिह्न इंगित करता है कि आंतरिक यांत्रिक और चुंबकीय क्षणों की दिशाएं विपरीत हैं)। इसकी व्याख्या आश्चर्यजनक तथ्य 69 में दिया जाएगा।

ध्यान दें कि उच्च स्तर की सटीकता के साथ प्रयोगात्मक मूल्यों का अनुपात -3/2 है। इस तरह के मूल्य को सैद्धांतिक रूप से प्राप्त करने के बाद ही यह देखा गया था।

एक मुक्त अवस्था में, एक न्यूट्रॉन अस्थिर (रेडियोधर्मी) होता है - यह अनायास क्षय हो जाता है, एक प्रोटॉन में बदल जाता है और एक इलेक्ट्रॉन और एक अन्य कण उत्सर्जित करता है जिसे एंटीन्यूट्रिनो कहा जाता है (देखें 81)। अर्ध-आयु (अर्थात, न्यूट्रॉन की मूल संख्या के आधे को क्षय होने में लगने वाला समय) लगभग 12 मिनट है। क्षय योजना को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

एंटीन्यूट्रिनो का द्रव्यमान शून्य होता है। न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान से अधिक होता है नतीजतन, न्यूट्रॉन का द्रव्यमान समीकरण के दाहिने हाथ (66.7) में दिखाई देने वाले कणों के कुल द्रव्यमान से अधिक होता है, अर्थात 0.77 MeV। यह ऊर्जा न्यूट्रॉन के क्षय के दौरान परिणामी कणों की गतिज ऊर्जा के रूप में निकलती है।

विशेष विवरण परमाणु नाभिक... में से एक महत्वपूर्ण विशेषताएंपरमाणु नाभिक का आवेश संख्या Z होता है। यह नाभिक बनाने वाले प्रोटॉन की संख्या के बराबर होता है, और इसके आवेश को निर्धारित करता है, जो बराबर संख्या Z परिभाषित करता है क्रमिक संख्यारासायनिक तत्व आवर्त सारणीमेंडेलीव। इसलिए इसे नाभिक का परमाणु क्रमांक भी कहते हैं।

नाभिक में न्यूक्लियंस की संख्या (यानी, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या) को अक्षर A द्वारा दर्शाया जाता है और इसे नाभिक की द्रव्यमान संख्या कहा जाता है। नाभिक में न्यूट्रॉनों की संख्या होती है

प्रतीक का प्रयोग नाभिक को निरूपित करने के लिए किया जाता है

जहाँ X का अर्थ है रासायनिक प्रतीक इस तत्व का... ऊपर बाईं ओर, द्रव्यमान संख्या नीचे बाईं ओर रखी गई है - परमाणु संख्या(अंतिम प्रतीक अक्सर छोड़ा जाता है)।

कभी-कभी द्रव्यमान संख्या बाईं ओर नहीं, बल्कि रासायनिक तत्व के प्रतीक के दाईं ओर लिखी जाती है।

एक ही Z, लेकिन अलग-अलग A वाले नाभिक समस्थानिक कहलाते हैं। अधिकांश रासायनिक तत्वों में कई स्थिर समस्थानिक होते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन में तीन स्थिर समस्थानिक होते हैं: टिन में दस होते हैं, और इसी तरह।

हाइड्रोजन में तीन समस्थानिक होते हैं:

प्रोटियम और ड्यूटेरियम स्थिर हैं, ट्रिटियम रेडियोधर्मी है।

समान द्रव्यमान संख्या A वाले नाभिक को समभारिक कहते हैं। समान संख्या में न्यूट्रॉन वाले नाभिक को आइसोटोन कहा जाता है। अंत में, समान Z और A वाले रेडियोधर्मी नाभिक होते हैं, जो अर्ध-जीवन में भिन्न होते हैं। उन्हें आइसोमर कहा जाता है। उदाहरण के लिए, नाभिक के दो समावयवी होते हैं, उनमें से एक का आधा जीवन 18 मिनट और दूसरे का 4.4 घंटे होता है।

लगभग 1500 नाभिक ज्ञात हैं, जो Z या A, या दोनों में भिन्न हैं। इनमें से लगभग 1/5 नाभिक स्थिर हैं, शेष रेडियोधर्मी हैं। कई नाभिक कृत्रिम रूप से परमाणु प्रतिक्रियाओं का उपयोग करके उत्पादित किए गए थे।

प्रकृति में, टेक्नेटियम और प्रोमेथियम को छोड़कर, 1 से 92 तक परमाणु संख्या Z वाले तत्व होते हैं। प्राकृतिक खनिज- राल मिश्रण। शेष ट्रांसयूरानिक (यानी, सॉरेनियम) तत्व (93 से 107 तक Z के साथ) विभिन्न परमाणु प्रतिक्रियाओं के माध्यम से कृत्रिम रूप से प्राप्त किए गए थे।

ट्रांसयूरानिक तत्वों क्यूरियम, आइंस्टीनियम, फ़र्मियम) और मेंडेलीवियम) का नाम उत्कृष्ट वैज्ञानिकों पी। और एम। क्यूरी, ए। आइंस्टीन, ई। फर्मी और डी। आई। मेंडेलीव के सम्मान में रखा गया था। लॉरेंस का नाम साइक्लोट्रॉन के आविष्कारक ई. लॉरेंस के नाम पर रखा गया है। Kurchatov) को उत्कृष्ट सोवियत भौतिक विज्ञानी I.V. Kurchatov के सम्मान में इसका नाम मिला।

सोवियत वैज्ञानिक जीएन फ्लेरोव और उनके सहयोगियों द्वारा दुबना में संयुक्त परमाणु अनुसंधान संस्थान के परमाणु प्रतिक्रियाओं की प्रयोगशाला में कर्चाटोवियम और तत्वों की संख्या 106 और 107 सहित कुछ ट्रांसयूरानिक तत्व प्राप्त किए गए थे।

कोर आकार। पहले सन्निकटन में, नाभिक को एक गेंद माना जा सकता है, जिसकी त्रिज्या सूत्र द्वारा काफी सटीक रूप से निर्धारित की जाती है

(fermi में इस्तेमाल किया जाने वाला नाम है परमाणु भौतिकीसेमी के बराबर लंबाई की इकाइयाँ)। सूत्र (66.8) से यह निम्नानुसार है कि नाभिक का आयतन नाभिक में नाभिकों की संख्या के समानुपाती होता है। इस प्रकार, सभी नाभिकों में पदार्थ का घनत्व लगभग समान होता है।

नाभिक का घूमना। न्यूक्लियंस के स्पिन्स न्यूक्लियस के परिणामी स्पिन में जुड़ जाते हैं। इसलिए न्यूक्लियॉन का स्पिन नाभिक के स्पिन की क्वांटम संख्या है। न्यूक्लियोन ए की विषम संख्या के लिए आधा-पूर्णांक होगा और यहां तक ​​​​कि ए के लिए पूर्णांक या शून्य होगा। नाभिक के स्पिन कई इकाइयों से अधिक नहीं होते हैं। यह इंगित करता है कि नाभिक में अधिकांश न्यूक्लियंस के स्पिन परस्पर विरोधी होने के कारण परस्पर एक दूसरे को रद्द कर देते हैं। सभी सम-सम नाभिक (अर्थात सम संख्या में प्रोटॉन और सम संख्या में न्यूट्रॉन वाले नाभिक) में शून्य स्पिन होता है।

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परमाणु अवधारणा। परमाणु और परमाणु नाभिक की संरचना

परमाणु सबसे छोटा कण है तत्व,इसकी विशेषताओं का संरक्षण।

विभिन्न तत्वों के परमाणु एक दूसरे से भिन्न होते हैं। चूँकि 100 से अधिक विभिन्न तत्व हैं, 100 से अधिक हैं विभिन्न प्रकारपरमाणु।

चित्र 1-2। एक परमाणु के अंग।

प्रत्येक परमाणु में एक नाभिक होता है , परमाणु के केंद्र में स्थित है। इसमें धनावेशित कण - प्रोटॉन और अनावेशित कण - न्यूट्रॉन होते हैं।

इलेक्ट्रॉन, ऋणावेशित कण, नाभिक के चारों ओर चक्कर लगाते हैं (चित्र 1-2 देखें)।

किसी परमाणु के नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या को उस तत्व का परमाणु क्रमांक कहते हैं।

चावल। 1-3. नाभिक के चारों ओर के गोले में स्थित इलेक्ट्रॉन।

परमाणु संख्याएँ एक तत्व को दूसरे से अलग करने में मदद करती हैं। प्रत्येक तत्व का एक परमाणु भार होता है। परमाणु भार एक परमाणु का द्रव्यमान है, जो नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या से निर्धारित होता है। इलेक्ट्रॉन व्यावहारिक रूप से परमाणु के कुल द्रव्यमान में योगदान नहीं करते हैं, इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान का केवल 1/1845 होता है और इसे उपेक्षित किया जा सकता है।

इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर संकेंद्रित कक्षाओं में चक्कर लगाते हैं। प्रत्येक कक्षा को कोश कहते हैं। ये कोश निम्नलिखित क्रम में भरे जाते हैं: पहले कोश K भरा जाता है, फिर L, M, N, आदि। (चित्र 1-3 देखें)। अधिकतम राशिइलेक्ट्रॉनों, जिन्हें प्रत्येक कोश पर रखा जा सकता है, को अंजीर में दिखाया गया है। 1-4.

बाहरी कोश को संयोजकता कहते हैं और इसमें जितने इलेक्ट्रॉन होते हैं उसे संयोजकता कहते हैं। कोर से दूर वैलेंस शेल है , प्रत्येक संयोजकता इलेक्ट्रॉन नाभिक की ओर से जितना कम आकर्षण अनुभव करता है। इस प्रकार, एक परमाणु के लिए इलेक्ट्रॉनों को जोड़ने या खोने की क्षमता बढ़ जाती है यदि वैलेंस शेल नहीं भरा है और नाभिक से काफी दूर स्थित है।

चावल। 1-4 और 1-5। परमाणु रचना।

संयोजकता कोश के इलेक्ट्रॉन ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं। यदि इन इलेक्ट्रॉनों को पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त होती है बाहरी ताक़तें, वे परमाणु को छोड़ सकते हैं और मुक्त इलेक्ट्रॉन बन सकते हैं, बेतरतीब ढंग से परमाणु से परमाणु की ओर बढ़ते हुए। सामग्री युक्त भारी संख्या मेमुक्त इलेक्ट्रॉनों को चालक कहा जाता है।

चावल। 1-6. कॉपर वैलेंस।

अंजीर में। 1-5 कंडक्टर के रूप में प्रयुक्त विभिन्न धातुओं की चालकता की तुलना करें . तालिका में, चांदी, तांबे और सोने की संयोजकता एक के बराबर है (चित्र 1-6)। हालांकि, चांदी एक बेहतर कंडक्टर है क्योंकि इसके वैलेंस इलेक्ट्रॉन कमजोर बाध्य हैं।

कंडक्टरों के विपरीत इंसुलेटर, बिजली को बहने से रोकते हैं। इन्सुलेटर इस तथ्य के कारण स्थिर हैं कि कुछ परमाणुओं के वैलेंस इलेक्ट्रॉन अन्य परमाणुओं से जुड़े होते हैं, उनके वैलेंस शेल भरते हैं, इस प्रकार मुक्त इलेक्ट्रॉनों के गठन को रोकते हैं।

चावल। 1-7. ढांकता हुआ गुण विभिन्न सामग्रीइन्सुलेटर के रूप में उपयोग किया जाता है।

इन्सुलेटर के रूप में वर्गीकृत सामग्री की तुलना अंजीर में की जाती है। 1-7. अभ्रक सबसे अच्छा कुचालक है क्योंकि इसकी संयोजकता कोशों में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या सबसे कम होती है।

कंडक्टर और इंसुलेटर के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति अर्धचालकों द्वारा कब्जा कर ली जाती है। अर्धचालक नहीं हैं अच्छे मार्गदर्शकन ही अच्छे इंसुलेटर, लेकिन वे महत्वपूर्ण हैं क्योंकि उनकी चालकता कंडक्टर से इंसुलेटर में भिन्न हो सकती है। सिलिकॉन और जर्मेनियम अर्धचालक पदार्थ हैं।

उस परमाणु के बारे में जिसमें वही नंबरइलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन, इसे विद्युत रूप से तटस्थ कहा जाता है। एक या एक से अधिक इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने वाला परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ नहीं होता है। यह ऋणात्मक रूप से आवेशित हो जाता है और ऋणात्मक आयन कहलाता है। यदि कोई परमाणु एक या अधिक इलेक्ट्रॉनों को खो देता है, तो यह धनात्मक रूप से आवेशित हो जाता है और इसे धनात्मक आयन कहा जाता है। इलेक्ट्रॉनों को जोड़ने या खोने की प्रक्रिया को आयनीकरण कहा जाता है।आयनीकरण खेलता है बड़ी भूमिकाविद्युत प्रवाह के प्रवाह में।

रेडियोधर्मिता को पंजीकृत करने के नए तरीकों के लिए धन्यवाद, नई घटनाओं का अध्ययन करना संभव हो गया जो पहले खुद को अनुसंधान के लिए उधार नहीं देते थे, और विशेष रूप से, इस सवाल का जवाब देने की कोशिश करने के लिए कि परमाणु नाभिक कैसे काम करता है। इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, रदरफोर्ड ने प्रकाश रासायनिक तत्वों के नाभिक के साथ α-कणों की टक्कर का उपयोग करने का निर्णय लिया।
अल्फा कणों के साथ हाइड्रोजन परमाणुओं पर बमबारी करके, रदरफोर्ड ने पाया कि तटस्थ हाइड्रोजन परमाणु सकारात्मक रूप से आवेशित कणों में परिवर्तित हो गए थे। रदरफोर्ड जानते थे कि आवर्त सारणी के सबसे हल्के परमाणु, हाइड्रोजन में एक नाभिक होता है, जिसमें एक धनात्मक आवेश होता है, और एक इलेक्ट्रॉन होता है। नतीजतन, हाइड्रोजन परमाणु से टकराने पर, α-कण हाइड्रोजन नाभिक के काफी करीब आ गया और ऊर्जा और संवेग का हिस्सा उसमें स्थानांतरित कर दिया। रदरफोर्ड ने इन धनावेशित H कणों को परमाणु कहा। बाद में उनके पीछे "प्रोटॉन" नाम अपनाया गया। उसी समय, रदरफोर्ड ने स्थापित किया कि एक अल्फा कण और एक हाइड्रोजन नाभिक के बीच की बातचीत सोने के नाभिक द्वारा अल्फा कणों के बिखरने के पहले खोजे गए कानून का पालन नहीं करती है। जैसे-जैसे α-कण हाइड्रोजन नाभिक के पास पहुंचा, α-कण और हाइड्रोजन नाभिक के बीच परस्पर क्रिया की शक्ति तेजी से बढ़ गई।

ई. रदरफोर्ड, 1920:"बड़े परमाणु आवेश वाले परमाणुओं के मामले में, सबसे तेज़ α-कण भी नाभिक की संरचना में प्रवेश नहीं कर सकता है, इसलिए हम केवल इसका अनुमान लगा सकते हैं अधिकतम आयाम... हालांकि, प्रकाश परमाणुओं के मामले में, जब परमाणु चार्ज छोटा होता है, तो सीधी टक्कर में, α-कण नाभिक के इतने करीब पहुंच जाता है कि हम इसके आकार का अनुमान लगा सकते हैं और इसका कुछ अंदाजा लगा सकते हैं। अभिनय बल... हाइड्रोजन परमाणु के साथ α-कण की सीधी टक्कर के मामले में यह सबसे अच्छा देखा जाता है। इस मामले में, एच-परमाणु इस प्रकार आता है तेज गतिकि यह एक अल्फा कण से टकराने की तुलना में चार गुना अधिक लंबी यात्रा करता है, और जिंक सल्फाइड स्क्रीन पर इसके कारण होने वाली चमक से पता लगाया जा सकता है ... मैंने दिखाया है कि ये जगमगाहट हाइड्रोजन परमाणुओं के एक इकाई धनात्मक आवेश के कारण होते हैं ... इन एच-परमाणुओं की संख्या और गति के बीच संबंध पूरी तरह से अलग है, अगर α-कण और एच-परमाणु को बिंदु शुल्क के रूप में माना जाता है, तो क्या उम्मीद की जाएगी। तीव्र α-कणों से टकराने के परिणामस्वरूप H-परमाणु प्राप्त होते हैं, जो आपतित α-कणों की दिशा में लगभग समान गति से उड़ते हैं। इससे यह निष्कर्ष निकाला गया कि दूरी के वर्ग के प्रतिलोम आनुपातिकता का नियम तब अमान्य हो जाता है जब नाभिक 3 से कम दूरी पर एक दूसरे के पास आते हैं।· 10 -13 सेमी। यह एक संकेत है कि नाभिक परिमाण के इस क्रम के हैं और यह कि नाभिक के बीच बल बहुत तेजी से परिमाण और दिशा में एक इलेक्ट्रॉन के व्यास के आम तौर पर स्वीकृत आयामों के तुलनीय दूरी पर बदलते हैं। यह इंगित किया गया था कि इस तरह के निकट टकराव में, नाभिक के बीच भारी बल विकसित होते हैं और संभवतः, टक्कर के दौरान, नाभिक की संरचना महत्वपूर्ण विरूपण से गुजरती है। तथ्य यह है कि हीलियम नाभिक, जिसे चार एच परमाणुओं और दो इलेक्ट्रॉनों से बना माना जा सकता है, इस टकराव का सामना कर सकता है, इसकी संरचना की अत्यधिक स्थिरता की गवाही देता है।"

हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ α-कणों की परस्पर क्रिया का अध्ययन करने के परिणामस्वरूप, एक प्रोटॉन की खोज की गई - हाइड्रोजन परमाणु का नाभिक। रदरफोर्ड ने प्रकाश परमाणुओं के साथ α-कणों की परस्पर क्रिया का अध्ययन करने के लिए प्रयोग जारी रखा, और 1919 में उन्होंने पाया कि जब नाइट्रोजन परमाणुओं को α-कणों से विकिरणित किया जाता है, तो परमाणु से प्रोटॉन उत्सर्जित होते हैं। नतीजतन, प्रोटॉन परमाणु नाभिक का हिस्सा हैं। लेकिन इस स्थिति में α-कणों की क्रिया के तहत नाइट्रोजन परमाणु के नाभिक में परिवर्तन होना चाहिए था। इसका चार्ज एक से कम होना चाहिए - नाइट्रोजन नाभिक को ऑक्सीजन नाभिक में बदलना चाहिए।
पहली बार, रदरफोर्ड ने वह किया जो कीमियागर सदियों से नहीं कर पाए थे - उन्होंने कृत्रिम रूप से एक रासायनिक तत्व को दूसरे में बदल दिया।
अगले कुछ वर्षों में, रदरफोर्ड और उनके छात्रों ने लगभग दस प्रकाश रासायनिक तत्वों - बोरॉन, फ्लोरीन, लिथियम, सोडियम, फास्फोरस और अन्य का कृत्रिम परिवर्तन किया।

ई. रदरफोर्ड: "कई प्रकाश तत्वों के परमाणुओं पर बहुत बमबारी की गई" बड़ी राशिα-कण। इन प्रयोगों को करने के बाद, 1919 में मुझे प्रायोगिक साक्ष्य प्राप्त हुए कि बमबारी के दौरान नाइट्रोजन परमाणुओं की एक छोटी संख्या विघटित हो गई, जो तेजी से हाइड्रोजन नाभिक का उत्सर्जन कर रही थी, जिसे अब प्रोटॉन के रूप में जाना जाता है ...

50,000 में से केवल एक अल्फा कण नाभिक के इतने करीब आता है कि वह इसे पकड़ सके ...
पहले के लेखों में, loc. सिट।, मैंने उस घटना का वर्णन किया है जो पदार्थ के प्रकाश परमाणुओं के साथ तेज α-कणों के निकट टकराव में होती है, ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि कुछ प्रकाश परमाणुओं के नाभिक किसके प्रभाव में अपघटन से गुजर सकते हैं विशाल बलइस तरह के करीबी टकराव में विकसित हो रहा है। इन लेखों में, इस बात का प्रमाण दिया गया था कि जब ए-कण शुष्क नाइट्रोजन से गुजरते हैं, तो तेज़ कण दिखाई देते हैं, जो बहुत ही चमकते हुए चमक की याद दिलाते हैं और अल्फा कणों के साथ टकराव के प्रभाव में गति में निर्धारित हाइड्रोजन परमाणुओं की प्रवेश दूरी की याद दिलाते हैं। यह आगे दिखाया गया कि ये तेज परमाणु, जो केवल शुष्क नाइट्रोजन में दिखाई देते हैं, लेकिन ऑक्सीजन में या में नहीं कार्बोनिक एसिड, जल वाष्प या हाइड्रोजन युक्त अन्य पदार्थ की उपस्थिति के लिए जिम्मेदार नहीं ठहराया जा सकता है, लेकिन जब α-कण नाइट्रोजन परमाणुओं से टकराते हैं तो वे उत्पन्न होते हैं ...
वी पिछले काममैंने दिखाया है कि शुष्क हवा और शुद्ध नाइट्रोजन में देखे जाने वाले लंबी दूरी के कण नाइट्रोजन परमाणुओं से ही उत्पन्न होने चाहिए। इस प्रकार, यह स्पष्ट है कि कुछ नाइट्रोजन परमाणु तेजी से α-कणों के साथ टकराव में नष्ट हो जाते हैं और इस मामले में सकारात्मक रूप से चार्ज हाइड्रोजन के तेज परमाणु उत्पन्न होते हैं। इसलिए, हमें यह निष्कर्ष निकालना चाहिए कि एक आवेशित हाइड्रोजन परमाणु नाइट्रोजन नाभिक के घटकों में से एक है।

14 एन (α, पी) 17 हे

एच-किरणें। प्रकाश परमाणुओं के साथ α- किरणों के टकराने से उत्पन्न होने वाली कोरपसकुलर किरणों में से सबसे अधिक अध्ययन हाइड्रोजन की किरणें हैं, क्योंकि उनमें सबसे बड़ी भेदन शक्ति होती है। ये किरणें हाइड्रोजन परमाणुओं से बनती हैं जिन्होंने अपना इलेक्ट्रॉन खो दिया है, अर्थात। प्रोटॉन उन्हें प्रतीक एच द्वारा नामित किया गया है ... एच-किरणों का निरीक्षण करने के लिए, पहले हमने जिंक सल्फाइड के साथ स्क्रीन पर जगमगाहट पैदा करने के लिए α-किरणों के साथ उनकी सामान्य संपत्ति का उपयोग किया ... फिल्म, आमतौर पर सीधे स्रोत पर लागू होती है।

एम क्यूरी। "रेडियोधर्मिता। हाइड्रोजन और अन्य प्रकाश परमाणुओं की किरणें।"

कक्ष को नाइट्रोजन से भरकर, रदरफोर्ड ने देखा कि एक निश्चित दबाव में, अधिकांश जगमगाहट गायब हो गई। यह तब होता है जब रेडियोधर्मी स्रोत द्वारा उत्सर्जित α-किरणें अपनी सारी ऊर्जा हवा को आयनित करने पर खर्च करती हैं और स्क्रीन तक नहीं पहुंचती हैं। लेकिन शेष जगमगाहट ने स्रोत द्वारा उत्सर्जित की तुलना में कई गुना अधिक सीमा के साथ एच-किरणों की एक बहुत छोटी संख्या की उपस्थिति का संकेत दिया। यदि नाइट्रोजन के स्थान पर हम कोई अन्य गैस लेते हैं, उदाहरण के लिए, कार्बन डाइऑक्साइड या ऑक्सीजन, तो ऐसे अवशिष्ट जगमगाहट प्रकट नहीं होते हैं। एकमात्र स्पष्टीकरण यह है कि वे नाइट्रोजन से आते हैं। चूंकि अवशिष्ट एच-किरणों की ऊर्जा प्राथमिक की तुलना में अधिक होती है, वे केवल नाइट्रोजन परमाणु के नाभिक के अपघटन के कारण प्रकट हो सकती हैं। इस प्रकार, नाइट्रोजन का अपघटन सिद्ध हो गया और कीमिया की समस्या मूल रूप से हल हो गई।

पी.एल. कपित्सा। "प्रोफेसर ई. रदरफोर्ड की यादें"

1919 ई. रदरफोर्ड। परमाणु प्रतिक्रिया। 14 एन (α, पी) 17 हे

नाइट्रोजन में α-कणों के निशान के विल्सन कक्ष में एक तस्वीर।

परमाणुओं के रेडियोधर्मी क्षय की खोज ने एक तत्व को दूसरे में परिवर्तित करने के रासायनिक विचार को पुनर्जीवित किया। 1930 तक, इस तरह के कई प्रयोग दशकों तक किए गए, खासकर वोल्टाइक आर्क के माध्यम से। लेकिन इन कथित परिवर्तनों ने आलोचना का विरोध नहीं किया। परिवर्तन प्राप्त किया जाता है, जैसा कि अब हम जानते हैं, केवल एक परमाणु पर आवश्यक मात्रा में ऊर्जा को केंद्रित करने की विधि द्वारा जब अन्य परमाणुओं या -क्वांटा के साथ बमबारी की जाती है। लेकिन इन प्रयोगों के साथ भी, शुरुआत (1907) में गलत परिणाम आए। परमाणुओं का पहला वास्तविक कृत्रिम परिवर्तन 1919 में रदरफोर्ड द्वारा किया गया था। उन्होंने नाइट्रोजन को α-कणों से विकिरणित किया और लंबी दूरी के साथ प्रोटॉन प्राप्त किए। पी. ब्लैकेट द्वारा ली गई विल्सन चेंबर में इस घटना की तस्वीरें स्पष्ट रूप से दिखाती हैं, प्रोटॉन के लंबे निशान के साथ, 17 परमाणु भार के साथ ऑक्सीजन समस्थानिक का छोटा निशान। 1921 से 1924 की अवधि में, रदरफोर्ड और चाडविक इस प्रतिक्रिया के अस्तित्व को साबित करने में सक्षम थे - एक α-कण का अवशोषण और एक प्रोटॉन का उत्सर्जन - कार्बन और ऑक्सीजन के अपवाद के साथ बोरॉन (क्रमिक 5) से पोटेशियम (क्रमिक 19) तक सभी तत्वों के लिए भी। प्रोटॉन के अलावा, ये प्रतिक्रियाएं लगातार एक ऐसे तत्व का उत्पादन करती हैं जो क्रम में अगला है आवधिक प्रणाली.

एम. लाउ "भौतिकी का इतिहास"

परमाणु नाभिक में प्रोटॉन की खोज करने के बाद, रदरफोर्ड ने नाभिक के प्रोटॉन-इलेक्ट्रॉन मॉडल का प्रस्ताव रखा। प्रोटॉन ने परमाणु नाभिक के द्रव्यमान को निर्धारित किया, और इलेक्ट्रॉनों को आंशिक रूप से मुआवजा दिया गया आवेशप्रोटॉन, जिसके कारण परमाणु आवेश का वांछित मूल्य प्राप्त हुआ। उदाहरण के लिए, यह माना जाता था कि +2e आवेश वाले नाभिक में 4 प्रोटॉन और 2 इलेक्ट्रॉन होते हैं। प्रोटॉन-इलेक्ट्रॉन मॉडल के पक्ष में एक महत्वपूर्ण तर्क परमाणु नाभिक का β-क्षय था। इस घटना को आसानी से समझाया जा सकता है यदि हम मान लें कि इलेक्ट्रॉन परमाणु नाभिक का हिस्सा हैं। नाभिक के प्रोटॉन-इलेक्ट्रॉन मॉडल को कुछ आपत्तियों का सामना करना पड़ा, जिनमें से मुख्य यह था कि यह परमाणु नाभिक के स्पिनों के महत्व की व्याख्या नहीं कर सका। हालांकि, यह 1932 में न्यूट्रॉन की खोज तक चला।

ई. रदरफोर्ड, 1920:"रेडियोधर्मिता के अध्ययन से यह ज्ञात होता है कि रेडियोधर्मी तत्वों के नाभिक आंशिक रूप से 2e आवेश वाले हीलियम नाभिक से बने होते हैं। इसके अलावा, हमारे पास यह मानने के लिए गंभीर आधार हैं कि परमाणुओं के नाभिक में धनात्मक आवेशित कणों के साथ-साथ इलेक्ट्रॉन भी होते हैं और यह कि नाभिक का धनात्मक आवेश ऋणात्मक पर कुल धनात्मक आवेश की अधिकता से मेल खाता है। यह पूरी तरह से ध्यान रखना दिलचस्प है अलग भूमिकापरमाणु के बाहर और उसके अंदर इलेक्ट्रॉनों द्वारा खेला जाता है। पहले मामले में, वे नाभिक से कुछ दूरी पर स्थित होते हैं, जो निस्संदेह मुख्य रूप से परमाणु प्रभार और अपने स्वयं के क्षेत्रों की बातचीत से निर्धारित होता है। नाभिक के अंदर, इलेक्ट्रॉन धन आवेशित इकाइयों के साथ एक बहुत करीबी और मजबूत जुड़ाव बनाते हैं और जहाँ तक हम जानते हैं, यह नाभिक के बाहर है कि वे अस्थिर अवस्था में हैं। प्रत्येक बाहरी इलेक्ट्रॉन निस्संदेह एक बिंदु आवेश के रूप में नाभिक के साथ परस्पर क्रिया करता है, जबकि आंतरिक इलेक्ट्रॉन के बारे में ऐसा नहीं कहा जा सकता है। जाहिरा तौर पर, आंतरिक इलेक्ट्रॉनों को भारी ताकतों के प्रभाव में दृढ़ता से विकृत किया जाता है, और इस मामले में बल उन बलों से पूरी तरह से भिन्न हो सकते हैं जिन्हें एक विकृत इलेक्ट्रॉन से उम्मीद की जा सकती है, उदाहरण के लिए, नाभिक के बाहर। शायद इसीलिए इलेक्ट्रॉन इन दो मामलों में इतनी अलग भूमिका निभा सकता है और स्थिर प्रणाली भी बना सकता है।"

परमाणु नाभिक की संरचना के बारे में चर्चा।फरवरी 1929 में, लंदन की रॉयल सोसाइटी में परमाणु नाभिक की संरचना के बारे में एक चर्चा हुई। नीचे ई. रदरफोर्ड, जे. चाडविक और आर. फाउलर के संक्षिप्त भाषण दिए गए हैं।

ई. रदरफोर्ड: "अब हम पहले से ही परमाणु नाभिक के क्रमिक निर्माण की एक तस्वीर बना सकते हैं। संभवतः, हल्के तत्वों में, नाभिक में α-कणों, प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों का संयोजन होता है, और नाभिक के कुछ हिस्सों का पृथक्करण एक-दूसरे को दृढ़ता से आकर्षित करता है, आंशिक रूप से विक्षोभ के कारण, आंशिक रूप से चुंबकीय बलों के कारण। अभी के लिए, हम इन बलों की प्रकृति के बारे में केवल एक या वह धारणा बना सकते हैं। सबसे पहले, एक दृढ़ता से केंद्रित और कसकर बंधे हुए नाभिक का निर्माण होता है, और यह प्रक्रिया ऊर्जा के उत्सर्जन के साथ होती है। लगभग 120 के परमाणु भार के लिए, हमारे पास सबसे छोटा द्रव्यमान है, जिसका अर्थ निकटतम कनेक्शन है। परमाणु संख्या में और वृद्धि के साथ, जोड़े गए कण कम और कम कसकर बंधे होते हैं।
इस प्रकार, यह माना जा सकता है कि केंद्र के पास कोर की एक बहुत घनी संरचना है, और घनत्व धीरे-धीरे केंद्र से दूरी के साथ कम हो जाता है। यह पूरा तंत्र एक बल अवरोध से घिरा हुआ है, जो आमतौर पर अल्फा कणों को बाहर निकलने से रोकता है। यह हरा सकता है कि यह स्थिर दृष्टिकोण मेरे सैद्धांतिक मित्रों को पसंद नहीं है, जो α-कण को ​​नाभिक के अंदर गति की पूर्ण स्वतंत्रता के साथ प्रस्तुत करना चाहते हैं। फिर भी, यह दृष्टिकोण काफी वैध है और मेरे द्वारा उल्लिखित विचारों से पूरी तरह सहमत है। दूसरे शब्दों में, अगर हम कर्नेल से एक स्नैपशॉट ले सकते हैं - लगभग 10 -28 सेकंड, - हम केंद्र में देखेंगे, जैसे कि यह कसकर पैक किया गया था, कसकर बंधे हुए α-कण, और घनत्व केंद्र से बढ़ती दूरी के साथ घट जाएगा। बिना किसी संदेह के, सभी α कण गति में हैं, और उनकी तरंगें बल अवरोधों से परावर्तित होती हैं, और कभी-कभी सिस्टम से परे प्रवेश करती हैं। मुझे ऐसा लगता है कि मैंने जो दृष्टिकोण विकसित किया है वह पूरी तरह से उचित है, और मुझे आशा है कि हमारे सैद्धांतिक मित्र पूरी तस्वीर का अधिक विस्तार से वर्णन करने में सक्षम होंगे। हमें न केवल α-कणों से एक नाभिक के निर्माण की व्याख्या करनी चाहिए, हमें इलेक्ट्रॉनों के लिए एक जगह भी ढूंढनी होगी, और एक α-कण के साथ एक सेल में इलेक्ट्रॉनों को लॉक करना इतना आसान नहीं है। हालाँकि, मुझे अपने सैद्धांतिक मित्रों की सरलता पर इतना विश्वास है कि मुझे दृढ़ विश्वास है कि वे किसी तरह इस कठिनाई को पार कर लेंगे।
मैंने जिस दृष्टिकोण को रेखांकित किया है, वह मुझे ऐसा लगता है कि भारी यूरेनियम के परमाणु मौजूद क्यों नहीं हो सकते। बढ़ते द्रव्यमान के साथ, नाभिक अधिक से अधिक ऊर्जा प्राप्त करेगा और इतना रेडियोधर्मी हो जाएगा कि यह गायब हो जाएगा। जाहिर है, नाभिक के पास जितनी अधिक ऊर्जा होगी, उतनी ही जल्दी वे गायब हो जाएंगे, और शायद यह संयोग से नहीं है कि यूरेनियम और थोरियम भारी नाभिक के एकमात्र जीवित प्रतिनिधि हैं। तत्वों के नाभिक कैसे बने, इस बारे में अत्यधिक सट्टा प्रश्न पर स्पर्श करने का यह स्थान नहीं है। इस मुद्दे से निपटने से पहले, हमें कोर की संरचना के विवरण के बारे में बहुत कुछ जानने की जरूरत है।"

जे. चाडविक: "जब कुछ तत्वों पर अल्फा कणों से बमबारी की जाती है, तो हाइड्रोजन नाभिक, या प्रोटॉन उनमें से बाहर निकल जाते हैं, जो कि जिंक सल्फाइड स्क्रीन पर पैदा होने वाले जगमगाहट द्वारा पता लगाया जा सकता है। ये प्रोटॉन इन तत्वों के नाभिक के कृत्रिम अपघटन के परिणामस्वरूप प्रकट होते हैं। हम मानते हैं कि परमाणु अपघटन तब होता है जब एक अल्फा कण नाभिक में प्रवेश करता है और वहां रुक जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक प्रोटॉन बच जाता है। अपघटन की संभावना कम है; इसलिए, उदाहरण के लिए, अनुकूल स्थिति में, जब नाइट्रोजन पर बमबारी की जाती है, तो प्रत्येक 10 . के लिए 20 नाभिक विघटित हो जाते हैं 6 α-कण। इस प्रभाव की दुर्लभता के कारण, और विभिन्न प्रयोगात्मक कठिनाइयों के कारण, अब तक हमें जो जानकारी मिली है, वह अभी भी बहुत कम है। कार्बन और ऑक्सीजन के अपवाद के साथ, बोरॉन से लेकर पोटेशियम तक के सभी तत्व, अल्फा कणों के साथ बमबारी करने पर विघटित हो जाते हैं और महत्वपूर्ण ऊर्जा के साथ एक प्रोटॉन का उत्सर्जन करते हैं। इसका मतलब है कि इन सभी तत्वों के नाभिक में प्रोटॉन होते हैं। कार्बन और ऑक्सीजन, यदि वे बिल्कुल भी विघटित हो जाते हैं, तो बिखरे हुए अल्फा कणों की ऊर्जा से अधिक ऊर्जा वाले कणों का उत्सर्जन नहीं करते हैं। यह संभव है कि वे हीलियम नाभिक में विघटित हो जाएं, लेकिन अभी तक इसका कोई प्रमाण नहीं है। कृत्रिम अपघटन के दौरान छोड़े गए कुछ प्रोटॉन में बहुत अधिक ऊर्जा होती है, उदाहरण के लिए, रेडियम G के α-कणों द्वारा एल्यूमीनियम से बाहर निकलने वाले प्रोटॉन की ऊर्जा α-कणों को प्रभावित करने की ऊर्जा से 40% अधिक होती है। इस प्रकार, कुछ मामलों में, अपघटन के दौरान ऊर्जा निकलती है। विषम और सम परमाणु क्रमांक वाले तत्वों के व्यवहार में नाटकीय अंतर होता है। विषम तत्वों से उत्सर्जित प्रोटॉन में सम तत्वों के प्रोटॉन की तुलना में बहुत अधिक अधिकतम ऊर्जा होती है। विस्तार में, जिसमें केवल एक α-कण को ​​फंसाने और एक प्रोटॉन का उत्सर्जन होता है, एक विषम संख्या वाला तत्व सम संख्या वाले तत्व के ऊपर चला जाता है, और इसके विपरीत। सम और विषम तत्वों के विभिन्न व्यवहारों के साथ-साथ प्रकृति में उनकी सापेक्ष बहुतायत और उनके परमाणु द्रव्यमान को ध्यान में रखते हुए, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि विषम तत्वों की तुलना में तत्व भी अधिक स्थिर होते हैं।"

आर फाउलर: "मैं आपको बताना चाहूंगा कि कैसे नया क्वांटम सिद्धांत नाभिक की संरचना और गुणों के बारे में चर्चा में हमारी मदद कर सकता है। अध्यक्ष महोदय द्वारा अपने उद्घाटन भाषण में इस मुद्दे को पहले ही रेखांकित किया जा चुका है। मैं इसे कुछ हद तक विकसित करना चाहता हूं। ध्यान रखने वाली पहली बात यह है कि नया क्वांटम यांत्रिकीपरमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों के गुणों के आधार पर तार्किक तरीके से विकसित किया गया। हमें यह मान लेना होगा कि कणों में तरंगों के कई गुण होते हैं। चाहे हम उन्हें कण कहें या लहरें स्वाद का विषय हैं। नाम का चुनाव प्रत्येक पर निर्भर होने की संभावना है एक अलग मामलाउनकी हालत से। चूंकि कण तरंगों की तरह होते हैं, उदाहरण के लिए, हमें उम्मीद करनी चाहिए कि वे हमेशा एक निश्चित ऊंचाई के अवरोधों को नहीं उछालेंगे। वे बाधा के माध्यम से जा सकते हैं, ज़ाहिर है, केवल कुछ मामलों में ..
तथ्य यह है कि कण इस तरह के अवरोध से गुजर सकते हैं, भारी नाभिक द्वारा अल्फा कणों के उत्सर्जन की घटना को समझाने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।
यदि हम नाभिक की कल्पना करें जैसा कि हम आज यहां कह चुके हैं, किसी बल अवरोधक द्वारा चारों ओर से घिरे (तीन आयामों में) किसी छोटे बॉक्स के रूप में, तो हम मान सकते हैं कि इसके अंदर एक α-कण है, जिसे अवश्य एक लहर के रूप में कल्पना की जा सकती है, जिसकी ऊर्जा बाधा के ऊपरी हिस्से की संभावित ऊर्जा से कम है। द्वारा शास्त्रीय सिद्धांत, अल्फा कण हमेशा बैरियर के अंदर रहेगा। लेकिन पर क्वांटम सिद्धांतएक सीमित संभावना है कि लहर पतली दीवार से होकर गुजरेगी और अनंत तक जाएगी। यह विचार अल्फा कणों के उत्सर्जन के क्वांटम सिद्धांत को रेखांकित करता है। यह विचार स्वतंत्र रूप से गामो द्वारा व्यक्त किया गया था - एक तरफ, और ग्वेर्नी और कोंडोन - दूसरी तरफ। उन सभी ने, और विशेष रूप से गामो ने इसे कुछ विस्तार से विकसित किया।
जब एक α-कण अवरोध से गुजरता है, तो निश्चित रूप से, इसे अब एक स्थायी तरंग से पहचाना नहीं जा सकता है। α-कण को ​​अवमंद दोलन के रूप में निरूपित करना सही होगा। हमारे पास बैरियर के अंदर एक नम दोलन होगा, अर्थात एक साधारण भिगोना गुणांक के साथ एक हार्मोनिक कंपन, और एक α कण के उत्सर्जन के अनुरूप एक बहुत कमजोर लहर के बाहर। वास्तव में, इस समस्या को बहुत अच्छी तरह से हल किया जा सकता है, और भिगोना गुणांक ऊर्जा के काल्पनिक भाग के रूप में प्राप्त किया जाता है। यह गामो द्वारा बड़ी सफलता के साथ किया गया था।
उन्होंने पाया कि इन गणनाओं के लिए यह वास्तव में मायने नहीं रखता कि आप बैरियर के अंदर किस तरह का दृष्टिकोण रखते हैं। इसका मुख्य बाहरी भाग अल्फा कणों के प्रकीर्णन पर किए गए प्रयोगों से भली-भांति परिचित है।
किसी α-कण के अवरोध में प्रवेश करने की प्रायिकता α-कण की ऊर्जा पर अत्यधिक निर्भर होती है। उसकी ऊर्जा जितनी अधिक होगी, उसे पार करने के लिए उतनी ही पतली बाधा होगी, और उसकी ऊंचाई उतनी ही कम होगी। इसलिए, स्पष्ट रूप से, α-कण की ऊर्जा के बीच एक बहुत करीबी संबंध है, जिसे हम उत्सर्जित α-कण की ऊर्जा से और इस α-कण के बाहर निकलने की संभावना के बीच न्याय करते हैं, जिसे हम न्याय करते हैं परमाणु का जीवनकाल। यह गीजर-नेट्टोल का नियम है।
अंत में, मैं कहूंगा कि यह एक बहुत ही सुंदर सिद्धांत है, और हम पूरी तरह से आश्वस्त हो सकते हैं कि "सामान्य शब्दों में यह सही है। इस सिद्धांत की महान योग्यता यह है कि यह विवरण की परवाह किए बिना पूरी तरह से गीजर-नेट्टोल कानून देता है। नाभिक की संरचना के बारे में।"

जैसे ही परमाणु नाभिक के स्पिन और चुंबकीय क्षणों पर नए प्रयोगात्मक डेटा सामने आए, परमाणु नाभिक की इन विशेषताओं का वर्णन करने में प्रोटॉन-इलेक्ट्रॉन मॉडल की कठिनाइयां बढ़ती गईं। यह तथाकथित "नाइट्रोजन तबाही" में विशेष रूप से स्पष्ट था। इसका सार इस प्रकार था। प्रोटॉन-इलेक्ट्रॉन मॉडल के अनुसार, 14 N नाभिक में 14 प्रोटॉन और 7 इलेक्ट्रॉन होने चाहिए। चूँकि प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन दोनों में स्पिन J = 1/2 का एक आइजनवैल्यू होता है, 14 N नाभिक के कुल स्पिन का आधा-पूर्णांक मान होना चाहिए, जबकि नाभिक J (14 N) के स्पिन का प्रयोगात्मक रूप से मापा गया मान ) = 1. प्रयोग के परिणामों के साथ नाभिक के प्रोटॉन-इलेक्ट्रॉन मॉडल की भविष्यवाणियों में विसंगतियों के अन्य उदाहरण भी थे। इसलिए, उदाहरण के लिए, द्रव्यमान संख्या A के सम मान वाले सभी परमाणु नाभिकों में एक शून्य या पूर्णांक स्पिन J था, जबकि अधिकांश मामलों में नाभिक के प्रोटॉन-इलेक्ट्रॉन मॉडल ने आधे-पूर्णांक स्पिन की भविष्यवाणी की थी। नाभिक के चुंबकीय क्षणों का मापा मान नाभिक के प्रोटॉन-इलेक्ट्रॉन मॉडल द्वारा अनुमानित से लगभग 1000 गुना कम निकला। यह स्पष्ट हो गया कि नाभिक के प्रोटॉन-इलेक्ट्रॉन मॉडल में कुछ गलत घटक हैं। परमाणु नाभिक की सीमित मात्रा में स्थित इलेक्ट्रॉनों द्वारा कुछ असुविधाएँ पैदा की गईं। नाभिक में इलेक्ट्रॉनों के फंसने से अनिश्चितता के सिद्धांत pΔx = का खंडन होता है।

ई. रदरफोर्ड, 1932: "मामले को इस तरह प्रस्तुत किया जाता है जैसे कि नाभिक के अंदर का इलेक्ट्रॉन परमाणु की परिधि में इलेक्ट्रॉन से काफी अलग व्यवहार करता है। यह कठिनाई स्वयं उत्पन्न की जा सकती है, क्योंकि मुझे यह अधिक संभावना प्रतीत होती है कि एक स्थिर नाभिक में एक इलेक्ट्रॉन मुक्त अवस्था में मौजूद नहीं हो सकता है, लेकिन हमेशा एक प्रोटॉन या अन्य संभावित बड़े पैमाने पर इकाई से जुड़ा होना चाहिए। इस संबंध में, कुछ नाभिकों में न्यूट्रॉन के अस्तित्व के संकेत उल्लेखनीय हैं। बेक का यह अवलोकन कि प्रकाश से भारी तत्वों के निर्माण में इलेक्ट्रॉनों को जोड़े में जोड़ा जाता है, बहुत रुचि का है और सुझाव देता है कि एक स्थिर नाभिक के निर्माण के लिए एक और इलेक्ट्रॉन जोड़कर एक इलेक्ट्रॉन के बड़े चुंबकीय क्षण को बेअसर करना आवश्यक है। यह भी संभव है कि द्रव्यमान 2 की अनावेशित इकाइयाँ और द्रव्यमान 1 के न्यूट्रॉन नाभिक की संरचना में द्वितीयक इकाइयाँ हों।

जैसा कि बाद की घटनाओं ने दिखाया, रदरफोर्ड का यह विचार गलत था कि एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन की दृढ़ता से बंधे हुए राज्य का गठन किया जा सकता है। फिर भी, इसने न्यूट्रॉन की खोज में निर्णायक भूमिका निभाई। 1930-1932 में। बोथे और बेकर ने पाया कि बेरिलियम बी के α-कणों के साथ विकिरण अत्यधिक मर्मज्ञ तटस्थ विकिरण उत्पन्न करता है। अब तक खोजे गए सभी विकिरणों को लेड की पतली परतों द्वारा दृढ़ता से अवशोषित किया गया है, जबकि बेरिलियम से विकिरण मोटे लेड शील्ड के माध्यम से स्वतंत्र रूप से पारित हुआ है। संदेह पैदा हुआ कि यह एक नए प्रकार का विद्युत चुम्बकीय विकिरण है।
निर्णायक प्रयोग 1932 में रदरफोर्ड के छात्र चाडविक द्वारा किया गया था। एक आयनीकरण कक्ष का उपयोग करके, उन्होंने बेरिलियम से तटस्थ विकिरण की क्रिया के तहत हाइड्रोजन और नाइट्रोजन नाभिक की पुनरावृत्ति ऊर्जा को मापा और दिखाया कि प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप

लगभग . के द्रव्यमान के साथ तेजी से तटस्थ कण समान द्रव्यमानएक हाइड्रोजन परमाणु। इन कणों, जिन्हें न्यूट्रॉन कहा जाता है, में विद्युत आवेश नहीं होता है, वे अपने रास्ते में आयनीकरण उत्पन्न किए बिना, स्वतंत्र रूप से परमाणुओं से गुजरते हैं।

जे. चाडविक, 1932: "हाल ही में यह पता चला है कि बेरिलियम और बोरॉन तत्वों का अपघटन है विशेष रूचि... बोथे और बेकर ने पाया कि पोलोनियम के अल्फा कणों द्वारा बमबारी किए गए ये तत्व, स्पष्ट रूप से γ-प्रकार के विकिरण विकिरण उत्सर्जित करते हैं। कई महीने पहले, आई. क्यूरी-जूलियट और एफ. जूलियट ने आश्चर्यजनक अवलोकन किए, जिसमें दिखाया गया कि इस विकिरण में हाइड्रोजन युक्त पदार्थ से उच्च गति पर प्रोटॉन को बाहर निकालने का गुण होता है। उन्होंने पाया कि बेरिलियम विकिरण द्वारा उत्सर्जित प्रोटॉनों का वेग 3 10 . तक होता है 9 सेमी / सेकंड। क्यूरी और जूलियट ने सुझाव दिया कि यह प्रोटॉन इजेक्शन कॉम्पटन प्रभाव के समान एक प्रक्रिया के कारण है, और निष्कर्ष निकाला कि बेरिलियम के विकिरण में लगभग 50 मिलियन वोल्ट इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा के साथ एक क्वांटम है। इस धारणा को बनाने में दो बड़ी कठिनाइयाँ हैं। सबसे पहले, यह ज्ञात है कि एक इलेक्ट्रॉन द्वारा क्वांटम के प्रकीर्णन को क्लेन-निशिन सूत्र द्वारा अच्छी तरह से वर्णित किया गया है, और यह मानने का कोई कारण नहीं है कि प्रोटॉन के बिखरने के लिए समान अनुपात सही नहीं होगा। हालांकि, देखा गया प्रकीर्णन, क्लेन-निशिना सूत्र द्वारा दिए गए प्रकीर्णन की तुलना में बहुत बड़ा है। दूसरे, परिवर्तन के दौरान इतनी उच्च ऊर्जा की मात्रा के उत्सर्जन को समझना मुश्किल है 9 बी + 4 नहीं → 13 सी + क्वांटम। इसलिए, मैंने एक विशेष काउंटर का उपयोग करके इस विकिरण के गुणों का अध्ययन किया। यह पाया गया कि विकिरण न केवल हाइड्रोजन से, बल्कि हीलियम, लिथियम, बेरिलियम, आदि से और संभवतः सभी तत्वों से कणों को बाहर निकालता है। सभी मामलों में, कण तत्व के पीछे हटने वाले परमाणु प्रतीत होते हैं। जाहिरा तौर पर, अगर प्रभाव के दौरान ऊर्जा और गति को संरक्षित किया जाता है, तो विकिरण क्वांटम के साथ टकराव के लिए इन पीछे हटने वाले कणों की अस्वीकृति का श्रेय देना असंभव है।
प्रयोगात्मक परिणामों की एक संतोषजनक व्याख्या प्राप्त की जा सकती है यदि हम मानते हैं कि विकिरण में क्वांटा नहीं होता है, बल्कि द्रव्यमान 1 और चार्ज 0 - न्यूट्रॉन वाले कण होते हैं। दो तत्वों, हाइड्रोजन और नाइट्रोजन के मामले में, पुनरावृत्ति परमाणुओं की सीमा को बहुत अधिक सटीकता के साथ मापा गया था, और उनके अधिकतम वेग इससे प्राप्त हुए थे। वे क्रमशः 3.3 10 . निकले 9 सेमी / सेकंड और 4.7 10 8 सेमी / सेकंड। मान लीजिए कि M, V उस कण का द्रव्यमान और वेग है जो विकिरण बनाता है। फिर अधिकतम गति, जो एक टक्कर में हाइड्रोजन नाभिक को प्रदान किया जा सकता है, होगा:

और नाइट्रोजन के लिए:

यहाँ से:

,

प्रयोगात्मक त्रुटियों की सीमा के भीतर, एम को 1 के रूप में लिया जा सकता है और इसलिए:

वी = 3.3 10 9 सेमी / सेकंड।

चूंकि विकिरण में अत्यधिक उच्च मर्मज्ञ शक्ति होती है, इसलिए कणों में इलेक्ट्रॉन आवेश की तुलना में बहुत कम आवेश होना चाहिए। यह चार्ज 0 माना जाता है, और हम मान सकते हैं कि न्यूट्रॉन में एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन बहुत करीबी संयोजन में होते हैं।
उपलब्ध साक्ष्य न्यूट्रॉन परिकल्पना का पुरजोर समर्थन करते हैं। बेरिलियम के मामले में, न्यूट्रॉन उत्सर्जन उत्पन्न करने वाली रूपांतरण प्रक्रिया है 9 बी + 4 वह → 12 सी + न्यूट्रॉन। यह दिखाया जा सकता है कि अवलोकन इस प्रक्रिया में ऊर्जा संबंधों के अनुरूप हैं। बोरॉन के मामले में, रूपांतरण प्रक्रिया शायद है 11 बी + 4 नहीं → नहीं 14 + 1 एन; इस मामले में, जनता B 11 , एच 4 ई और 14 एन एस्टन के माप से जाना जाता है, कणों की गतिज ऊर्जा प्रयोगात्मक रूप से पाई जा सकती है, और इसलिए न्यूट्रॉन द्रव्यमान का करीब अनुमान प्राप्त करना संभव है। इस प्रकार प्राप्त द्रव्यमान 1.0067 है। द्रव्यमान के मापन में त्रुटि को ध्यान में रखते हुए, किसी को यह सोचना चाहिए कि न्यूट्रॉन का द्रव्यमान संभवतः 1.005 और 1.008 के बीच है। ये मान इस दृष्टिकोण का समर्थन करते हैं कि न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन का संयोजन है और कणों की बाध्यकारी ऊर्जा के लिए लगभग 1-2 10 देता है। 6 वोल्ट इलेक्ट्रॉन।
न्यूट्रॉन को एक छोटे द्विध्रुव के रूप में चित्रित किया जा सकता है, या, बेहतर, एक इलेक्ट्रॉन में एम्बेडेड प्रोटॉन के रूप में। एक तरह से या किसी अन्य, न्यूट्रॉन की "त्रिज्या" 10 . के बीच होगी -13 सेमी और 10 -12 देखें न्यूट्रॉन का क्षेत्र बहुत छोटा होना चाहिए, बहुत निकट दूरी को छोड़कर, और पदार्थ से गुजरने वाले न्यूट्रॉन प्रभावित नहीं होंगे, सिवाय इसके कि जब वे सीधे परमाणु नाभिक में प्रवेश करते हैं। पदार्थ के माध्यम से न्यूट्रॉन के पारित होने पर किए गए मापन परिणाम देते हैं जो इन विचारों के साथ सामान्य सहमति में हैं। नाइट्रोजन नाभिक के साथ न्यूट्रॉन की टक्कर का अध्ययन डॉ. फेदर द्वारा एक स्वचालित विल्सन कक्ष का उपयोग करके किया गया था। उन्होंने पाया कि नाइट्रोजन के पीछे हटने वाले परमाणुओं के सामान्य निशान के अलावा, कई शाखाओं वाले रास्ते हैं। यह नाइट्रोजन नाभिक के अपघटन का परिणाम है। कुछ मामलों में, एक न्यूट्रॉन पर कब्जा कर लिया जाता है, एक अल्फा कण उत्सर्जित होता है और एक नाभिक बी बनता है 11 ... अन्य मामलों में, तंत्र अभी भी निश्चित रूप से अज्ञात है।"

1932 जे. चाडविक। न्यूट्रॉन की खोज

जेम्स चाडविक (1891 - 1974)

"एक सुबह मैंने कॉम्पटेस रेंडस में जूलियट-क्यूरी का एक पत्र पढ़ा, जिसमें उन्होंने और भी अधिक रिपोर्ट की अद्भुत संपत्तिबेरिलियम से विकिरण, एक अत्यंत हड़ताली संपत्ति। कुछ मिनट बाद, मैं जितना हैरान था, [नॉर्मन] पंख इस लेख की ओर मेरा ध्यान आकर्षित करने के लिए मेरे कमरे में आए। बाद में उस सुबह, मैंने रदरफोर्ड को उसके बारे में बताया। एक लंबे समय से स्थापित परंपरा के अनुसार, मुझे लगभग 11 बजे उनके पास आना था और दिलचस्प समाचार देना था, साथ ही हमारी प्रयोगशाला में काम की स्थिति पर चर्चा करना था। जब मैंने जूलियट-क्यूरी की टिप्पणियों और उनकी व्याख्या के बारे में बात की, तो मैंने रदरफोर्ड के बढ़ते विस्मय पर ध्यान दिया; अंत में, एक विस्फोट हुआ: "मुझे विश्वास नहीं होता!" इस तरह की असहिष्णु टिप्पणी पूरी तरह से रदरफोर्ड की भावना में नहीं थी, उनके साथ मेरे कई वर्षों के सहयोग के लिए मुझे ऐसा कोई मामला याद नहीं है। मैं इसे केवल जूलियट-क्यूरी के लेख के विद्युतीकरण प्रभाव पर जोर देने के लिए इंगित करता हूं। बेशक, रदरफोर्ड सचेत थे कि उन्हें इन टिप्पणियों पर विश्वास करना होगा, लेकिन उन्हें समझाना पूरी तरह से अलग मामला है।
ऐसा हुआ कि मैं एक प्रयोग शुरू करने ही वाला था जिसके लिए मैंने बाल्टीमोर सामग्री (फेदर द्वारा वापस लाए गए रेडॉन ट्यूब का उपयोग करके) से पोलोनियम का एक उत्कृष्ट स्रोत तैयार किया था। मैंने बिना किसी पूर्वाग्रह के शुरुआत की, हालांकि, स्वाभाविक रूप से, मेरे विचार न्यूट्रॉन के इर्द-गिर्द घूमते थे। मुझे पूरा यकीन था कि जूलियट-क्यूरी की टिप्पणियों को कॉम्पटन-प्रकार के प्रभाव में कम नहीं किया जा सकता है, क्योंकि मैंने इसका पता लगाने के लिए एक से अधिक बार कोशिश की थी। निःसंदेह, यह कुछ बिलकुल नया और अलग था। कुछ दिनों की कड़ी मेहनत यह दिखाने के लिए काफी थी कि ये अजीब प्रभाव एक तटस्थ कण के कारण हुए थे; मैं इसके द्रव्यमान को मापने में भी कामयाब रहा। 1920 में रदरफोर्ड द्वारा प्रतिपादित न्यूट्रॉन ने आखिरकार खुद को खोजे जाने की अनुमति दी।"

जे चाडविक। यादें। भौतिकी में नोबेल पुरस्कार
1935 - जे. चाडविक
न्यूट्रॉन की खोज के लिए

न्यूट्रॉन
जे. चाडविक

बोथे और बेकर ने दिखाया कि कुछ प्रकाश तत्व, पोलोनियम के अल्फा कणों के साथ बमबारी के प्रभाव में, विकिरण उत्सर्जित करते हैं, जाहिर तौर पर गामा किरणों के चरित्र वाले होते हैं। तत्व बेरिलियम इस तरह का विशेष रूप से ध्यान देने योग्य प्रभाव देता है, और बोथे, आइरीन क्यूरी-जोलियट और वेबस्टर के बाद के अवलोकनों से पता चला है कि बेरिलियम में उत्तेजित विकिरण में एक मर्मज्ञ शक्ति होती है जो कि अब तक ज्ञात किसी भी -विकिरण से बहुत अधिक है। रेडियोधर्मी तत्वों की।
हाल ही में, आई. क्यूरी-जोलियट और एफ. जूलियट ने एक आश्चर्यजनक अवलोकन किया कि बेरिलियम और बोरॉन के ये उत्सर्जन हाइड्रोजन युक्त पदार्थों से प्रोटॉन को एक महत्वपूर्ण दर से बाहर निकालने में सक्षम हैं।
नतीजतन, मैंने बेरिलियम के विकिरण के गुणों की जांच के उद्देश्य से और प्रयोग किए। इन प्रयोगों से पता चला कि बेरिलियम का विकिरण न केवल हाइड्रोजन से, बल्कि अध्ययन किए गए सभी प्रकाश तत्वों से कणों को बाहर निकालता है। प्रयोगात्मक परिणाम बेरिलियम के विकिरण की क्वांटम प्रकृति के बारे में परिकल्पना के दृष्टिकोण से व्याख्या करना बहुत कठिन साबित हुआ, लेकिन इन परिणामों का प्रत्यक्ष परिणाम के रूप में पालन किया गया, अगर हम मानते हैं कि बेरिलियम के विकिरण में एक के साथ कण होते हैं द्रव्यमान लगभग एक प्रोटॉन के द्रव्यमान के बराबर और एक प्रभावी चार्ज के बिना, अर्थात - न्यूट्रॉन से।
न्यूट्रॉन की उपस्थिति अब तक केवल तभी देखी गई है जब कुछ तत्वों पर अल्फा कणों की बमबारी की जाती है। इस प्रक्रिया को एक परमाणु नाभिक द्वारा एक α-कण के कब्जे के रूप में दर्शाया जा सकता है, साथ में एक नए नाभिक का निर्माण और एक न्यूट्रॉन की रिहाई भी हो सकती है। उसी समय, नए नाभिक में दो इकाइयों का आवेश होना चाहिए, और द्रव्यमान मूल नाभिक से तीन इकाई अधिक होता है। न्यूट्रॉन की "उपज" बहुत छोटी है और तत्वों के कृत्रिम परिवर्तन के दौरान प्रोटॉन की "उपज" के बराबर होती है, जो α-कणों के साथ बमबारी की क्रिया के तहत होती है। सबसे बड़ा प्रभाव बेरिलियम का होता है, जिसमें "उपज", जाहिरा तौर पर, पोलोनियम के प्रत्येक मिलियन α-कणों के लिए 30 न्यूट्रॉन तक पहुंचता है, बेरिलियम की एक मोटी परत पर बमबारी करता है।

पोलोनियम के अल्फा कणों के साथ विभिन्न पदार्थों पर बमबारी करके, बोथे और बेकर ने पाया कि इन परिस्थितियों में कुछ प्रकाश परमाणु कमजोर विकिरण का उत्सर्जन करते हैं, जिसकी भेदन क्षमता सबसे कठिन की मर्मज्ञ क्षमता से अधिक होती है।γ - रेडियोधर्मी तत्वों द्वारा उत्सर्जित किरणें (1930)। सबसे पहले, इस घटना को उत्सर्जन द्वारा समझाया गया थाγ नाभिक के उत्तेजना के कारण किरणें, जो एक α-कण के कब्जे के साथ हो सकती हैं। यह प्रभाव बेरिलियम में विशेष रूप से प्रबल होता है, लेकिन यह कुछ हद तक ली, बी, एफ, ना, एमजी, अल में भी देखा जाता है। आयनीकरण विधि का उपयोग करते हुए, आई. क्यूरी और एफ. जूलियट ने बेरिलियम या बोरॉन द्वारा उत्सर्जित किरणों को भेदने के एक नए गुण की खोज की। यह पता चला कि ये किरणें प्रकाश नाभिक को खटखटा सकती हैं, उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन या हीलियम नाभिक (1932) वाले पदार्थों से प्रोटॉन। यह फिर से मुख्य संपत्ति है खुला विकिरणइसके अवशोषण का कारण है... प्रकाश परमाणुओं के निष्कासन की घटना के अस्तित्व की पुष्टि विल्सन विधि द्वारा की गई... प्रकाश तत्व हैंγ -किरणें।
चैडविक ने दिखाया कि इस घटना को यह मानकर संतोषजनक ढंग से समझाया जा सकता है कि बी या बी द्वारा उत्सर्जित विकिरण में न्यूट्रॉन होते हैं - परमाणु द्रव्यमान के साथ कण एकता और शून्य चार्ज के साथ होते हैं, जिसमें एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन शामिल हो सकते हैं, जो कि तुलना में अधिक निकटता से बंधे होते हैं हाइड्रोजन परमाणु ... न्यूट्रॉन एक नए प्रकार के कणिका विकिरण हैं।

एम क्यूरी। "रेडियोधर्मिता। α-कणों के साथ टकराव में प्रकाश परमाणुओं में भेदी किरणों का उत्तेजन।

डी इवानेंको, 1932:"डॉ. जे. चाडविक की बेरिलियम के रहस्यमय विकिरण की व्याख्या सैद्धांतिक भौतिकविदों के लिए बहुत आकर्षक है। सवाल उठता है: क्या यह मान लेना संभव है कि न्यूट्रॉन भी खेलते हैं? महत्वपूर्ण भूमिकाऔर नाभिक की संरचना में, सभी परमाणु इलेक्ट्रॉनों को या तो α-कणों में या न्यूट्रॉन में "पैक" मानते हुए? बेशक, नाभिक के सिद्धांत की अनुपस्थिति इस धारणा को अंतिम से बहुत दूर बनाती है, लेकिन शायद यह इतना असंभव नहीं लगेगा यदि हम याद रखें कि नाभिक में घुसने वाले इलेक्ट्रॉन, उनके गुणों को महत्वपूर्ण रूप से बदलते हैं - वे खो देते हैं, इसलिए बोलने के लिए, उनका व्यक्तित्व, उदाहरण के लिए आपका स्पिन और चुंबकीय क्षण।
सबसे बड़ी दिलचस्पी यह सवाल है कि न्यूट्रॉन को प्राथमिक कण (प्रोटॉन या इलेक्ट्रॉनों के समान कुछ) के रूप में कैसे माना जा सकता है। प्रत्येक नाभिक में मौजूद α-कणों, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या की गणना करना आसान है, और इस प्रकार नाभिक के कोणीय गति का एक विचार प्राप्त होता है (यह मानते हुए कि न्यूट्रॉन का कोणीय गति 1/2 है)। यह उत्सुक है कि बेरिलियम नाभिक में कोई मुक्त प्रोटॉन नहीं होते हैं, लेकिन केवल α-कण और न्यूट्रॉन होते हैं।"

एक मुक्त न्यूट्रॉन एक अस्थिर कण है। इसका आधा जीवन टी 1/2 = 10.24 मिनट। एक न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन पी, एक इलेक्ट्रॉन ई, और एक इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो ई में क्षय हो जाता है। एक नाभिक में एक बाध्य अवस्था में, एक न्यूट्रॉन स्थिर हो सकता है। इसलिए, स्थिर परमाणु नाभिक होते हैं।
न्यूट्रॉन की खोज थी एक महत्वपूर्ण मील का पत्थरपरमाणु नाभिक की संरचना के बारे में विचारों के विकास में। परमाणु नाभिक के प्रोटॉन-इलेक्ट्रॉन मॉडल को नाभिक के प्रोटॉन-न्यूट्रॉन मॉडल द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था, जिसे पहली बार डी। इवानेंको, वी। हाइजेनबर्ग के कार्यों में स्वतंत्र रूप से विकसित किया गया था।

परमाणु नाभिक के प्रोटॉन-न्यूट्रॉन मॉडल का मुख्य प्रावधान यह है कि परमाणु नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। नाभिक में प्रोटॉन Z की संख्या नाभिक के विद्युत आवेश को निर्धारित करती है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या A = Z + N परमाणु नाभिक के द्रव्यमान को निर्धारित करती है।

नाभिक के प्रोटॉन-न्यूट्रॉन मॉडल ने "नाइट्रोजन तबाही" की समस्या को सफलतापूर्वक हल कर लिया है। नाभिक के प्रोटॉन-न्यूट्रॉन मॉडल के अनुसार, समस्थानिक में 7 प्रोटॉन और 7 न्यूट्रॉन होते हैं। चूँकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन दोनों का अपना-अपना चक्कर J = 1/2 है, नाभिक के कुल चक्कर का एक पूर्णांक मान होना चाहिए, जो प्रयोग के अनुरूप है। उन्होंने कई परमाणु चुम्बकों के क्रम पर - परमाणु नाभिक के चुंबकीय क्षणों के छोटे मूल्यों को भी समझाया। यदि इलेक्ट्रॉन परमाणु नाभिक का हिस्सा होते, तो नाभिक के चुंबकीय क्षण बोहर के इलेक्ट्रॉन मैग्नेटों के क्रम के होने चाहिए, अर्थात। नाभिक के चुंबकीय क्षणों के देखे गए मूल्यों को हजारों के कारक से अधिक कर देगा।

डी इवानेंको, 1932: "न्यूट्रॉनों को दो तरीकों से नाभिक में पेश किया जा सकता है: या तो नाभिक में α-कणों की स्वीकृत संख्या को बदले बिना और तीन से अधिक इलेक्ट्रॉनों (पेरिन और ऑगर) को बेअसर किए बिना, या सभी इलेक्ट्रॉनों को बेअसर करके। पहली विधि, मेरी राय में, स्पिन मूल्यों के संबंध में समान कठिनाइयों की ओर ले जाती है। इसके अलावा, एक निश्चित तत्व से शुरू होकर, इंट्रान्यूक्लियर इलेक्ट्रॉनों की अधिकता होती है, और नाभिक में संबंधित स्पिन की अनुपस्थिति बेहद रहस्यमय लगती है। इसके विपरीत, थोड़ा पहले हमारे द्वारा प्रस्तावित दूसरा दृष्टिकोण, स्पष्ट रूप से हमें संकेतित कठिनाइयों को दूर करने की अनुमति देता है। प्रकाश और पदार्थ के बीच एक गहरी सादृश्य के अस्तित्व के डी ब्रोगली के विचार के सामान्यीकरण के रूप में हम इस दृष्टिकोण के लाभों के बारे में सामान्य विचारों में यहां प्रवेश नहीं करेंगे; इंट्रान्यूक्लियर इलेक्ट्रॉन वास्तव में अवशोषित फोटोन के समान होते हैं, और एक नाभिक द्वारा β-कण का उत्सर्जन जन्म के समान होता है नया कण, जो अवशोषित राज्य में कोई व्यक्तित्व नहीं है। आइए हम पुराने (I) दृष्टिकोण और दो नए के अनुसार क्लोरीन नाभिक की संरचना को इंगित करें - पेरिन-ऑगेट (II) और हमारा (III) [α एक α-कण को ​​दर्शाता है, p एक प्रोटॉन है, e है एक इलेक्ट्रॉन, n एक न्यूट्रॉन है]:

37 सीएल = 9α + 1p + 2e (मैं) , 37 सीएल = 9α + 1n + 1e (द्वितीय) , 37 सीएल = 8α + 1p + 4n (III)।

(किसी दिए गए तत्व के समस्थानिक केवल न्यूट्रॉन की संख्या में एक दूसरे से भिन्न होते हैं)।
हम न्यूट्रॉन को एक इलेक्ट्रॉन और एक प्रोटॉन की प्रणाली के रूप में नहीं, बल्कि एक प्राथमिक कण के रूप में मानते हैं। यह हमें न्यूट्रॉन को स्पिन 1/2 वाले कणों के रूप में मानने और फर्मी-डिराक आँकड़ों का पालन करने के लिए मजबूर करता है। उदाहरण के लिए, कर्नेल 14 एन (3α + 1p + 1n) को स्पिन 1 सौंपा जाना चाहिए, और नाइट्रोजन नाभिक वास्तव में बोस-आइंस्टीन के आंकड़ों का पालन करते हैं। यह अब स्पष्ट हो रहा है, क्योंकि 14 N में 14 प्राथमिक कण हैं, अर्थात्। सम संख्यापुरानी योजना के अनुसार 21 के बजाय।
ये सभी धारणाएँ, चाहे वे कितनी भी प्रारंभिक हों, नाभिक के मॉडल पर पूरी तरह से नए विचारों की ओर ले जाती हैं।"

वी. हाइजेनबर्ग, 1932: "क्यूरी और जूलियट के प्रयोगों (जब चाडविक द्वारा व्याख्या की गई) ने स्थापित किया कि एक नया मौलिक कण - न्यूट्रॉन - नाभिक की संरचना में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इससे पता चलता है कि परमाणु नाभिक का निर्माण इलेक्ट्रॉनों की भागीदारी के बिना प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से होता है। यदि यह धारणा सही है, तो इसके लिए नाभिक की संरचना के सिद्धांत का एक बड़ा सरलीकरण आवश्यक है। β-क्षय के सिद्धांत और परमाणु नाइट्रोजन नाभिक के आँकड़ों की मुख्य कठिनाइयाँ तब इस प्रश्न तक कम हो जाती हैं कि एक न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन में कैसे क्षय होता है और यह किन आँकड़ों का पालन करता है। फिर प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच बातचीत के कारण क्वांटम यांत्रिकी के नियमों के अनुसार नाभिक की संरचना का वर्णन किया जा सकता है।
निम्नलिखित में, हम यह मानेंगे कि न्यूट्रॉन फर्मी के आंकड़ों का पालन करते हैं और उनके पास स्पिन (1/2) है। नाइट्रोजन नाभिक के आंकड़ों की व्याख्या करने के लिए यह धारणा आवश्यक है और परमाणु क्षणों के प्रयोगात्मक मूल्यों से मेल खाती है। यदि न्यूट्रॉन में एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन होता है, तो इलेक्ट्रॉन को बोस सांख्यिकी और शून्य स्पिन देना होगा। ऐसी तस्वीर पर अधिक विस्तार से विचार करना अनुचित लगता है।
बल्कि, न्यूट्रॉन को एक स्वतंत्र मौलिक माना जाना चाहिए का हिस्सानाभिक, निश्चित रूप से, इस बात को ध्यान में रखते हुए कि कुछ शर्तों के तहत यह एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन में क्षय हो सकता है, और, शायद, ऊर्जा और गति के संरक्षण के नियम नहीं होंगे।
नाभिक बनाने वाले प्राथमिक कणों की सभी परस्पर क्रियाओं में से, आपस में, सबसे पहले, हम एक न्यूट्रॉन और एक प्रोटॉन के बीच की बातचीत पर विचार करें। जब एक न्यूट्रॉन और एक प्रोटॉन एक परमाणु की तुलना में दूरी के करीब आते हैं, एक आयन के सादृश्य द्वारा, एक नकारात्मक चार्ज का स्थान फ़ंक्शन J (r) / h द्वारा निर्धारित आवृत्ति के साथ बदलता है, जहां r बीच की दूरी है कण। मात्रा जे (आर) आणविक सिद्धांत में निर्देशांक के आदान-प्रदान का वर्णन करने वाले अभिन्न के लिए, या बल्कि, विनिमय अभिन्न से मेल खाती है। स्थान के इस परिवर्तन की कल्पना एक इलेक्ट्रॉन के विचार से की जा सकती है जिसमें कोई स्पिन नहीं है और बोस के आँकड़ों का पालन करता है। लेकिन शायद यह मान लेना अधिक सही है कि इंटीग्रल जे (आर) न्यूट्रॉन-प्रोटॉन जोड़ी की मौलिक संपत्ति का वर्णन करता है, जो इलेक्ट्रॉन विस्थापन में कम नहीं होता है।"

परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन कोशों के विपरीत, नाभिक का आकार निश्चित होता है। कोर आर की त्रिज्या संबंध द्वारा वर्णित है

आर = 1.3 ए 1/3 एफएम।

परमाणु नाभिक में एक बड़ा द्रव्यमान और एक सकारात्मक चार्ज होता है। परमाणु नाभिक के आकार को आमतौर पर लंबाई की एक ऑफ-सिस्टम इकाई - फर्मी में मापा जाता है।

1 फर्मी = 10 -13 सेमी.

नाभिक के प्रोटॉन-न्यूट्रॉन मॉडल ने समस्थानिकों के अस्तित्व की व्याख्या की। आइसोटोप परमाणु नाभिक होते हैं जिनमें समान संख्या में प्रोटॉन Z और न्यूट्रॉन की एक अलग संख्या N होती है। आज, 3.5 हजार से अधिक समस्थानिक ज्ञात हैं। आमतौर पर समस्थानिकों को परमाणु नाभिक के N-Z आरेख पर दर्शाया जाता है। समस्थानिक A = N + Z की द्रव्यमान संख्या।

ई. रदरफोर्ड, 1936: "कई शोधकर्ताओं ने कुछ रेडियोधर्मी निकायों को अलग करने में एक अविश्वसनीय, लगभग दुर्गम कठिनाई का सामना किया है। सोडी को इस घटना में बहुत दिलचस्पी हो गई और उन्होंने कई रेडियोधर्मी पदार्थों की खोज की जिन्हें वह अलग नहीं कर सके। ये पदार्थ पूरी तरह से अलग थे और इनमें विशिष्ट रेडियोधर्मी गुण थे, लेकिन इन्हें रासायनिक क्रियाओं द्वारा अलग नहीं किया जा सकता था। उन्होंने इस तथ्य पर भी ध्यान आकर्षित किया कि आवर्त सारणी में रेडियोधर्मी तत्वों के एक बड़े समूह के लिए भी जगह नहीं है, और सुझाव दिया कि ऐसे तत्व हैं जो रासायनिक दृष्टिकोण से अविभाज्य हैं, लेकिन दृष्टिकोण से अलग गुण हैं रेडियोधर्मिता का। सोडी ने इस तरह के समस्थानिकों के संबंधित तत्वों को बुलाया, और यह अनुसंधान के एक बड़े क्षेत्र की शुरुआत थी, जिसमें एस्टन ने बहुत बड़ा योगदान दिया है।"

गिरी का आकार

विभिन्न नाभिकों में आवेश घनत्व का रेडियल वितरण

आर = 1.3 ए 1/3 एफएम,
टी = 4.4 ए = 2.5 एफएम।

कोर आकार और बलों का नियम

ई. रदरफोर्ड, 1924: "बीलर ने प्रकीर्णन विधि द्वारा एक प्रकाश नाभिक के पास, अर्थात् एल्यूमीनियम नाभिक के पास, बल की क्रिया के नियम का विस्तृत अध्ययन किया। इसके लिए उन्होंने एल्युमिनियम और सोने से एक ही ठोस कोण में बिखरे α-कणों की सापेक्ष संख्या की तुलना की। कोणों की जांच की गई सीमा (100 ° तक) के लिए, यह माना गया था कि सोने द्वारा बिखराव दूरी के वर्ग के विपरीत आनुपातिकता के नियम का पालन करता है। बीलर ने पाया कि एल्युमीनियम में प्रकीर्णन और सोने में प्रकीर्णन का अनुपात α-कण के वेग पर निर्भर करता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, 3.4 सेमी की सीमा वाले α-कण के लिए, 40 ° से कम कोणों के लिए एक सैद्धांतिक अनुपात प्राप्त किया गया था, लेकिन यह पता चला कि 80 ° के औसत प्रकीर्णन कोण का अनुपात केवल 7 ° / था। 0 छोटा। दूसरी ओर, 6.6 सेमी की सीमा वाले तेजी से α-कणों के लिए, सैद्धांतिक अनुपात से विचलन अधिक स्पष्ट होते हैं और 80 ° के कोण के लिए 29% तक पहुंचते हैं। इन परिणामों की व्याख्या करने के लिए, बीलर ने सुझाव दिया कि एल्यूमीनियम कोर के पास साधारण प्रतिकर्षण बल पर एक आकर्षक बल लगाया जाता है। परिणाम इस धारणा के साथ अच्छे समझौते में हैं कि आकर्षक बल दूरी की चौथी शक्ति के साथ व्युत्क्रमानुपाती होता है और यह कि प्रतिकर्षण और आकर्षण बल 3.4 10 की दूरी पर संतुलित होते हैं। -13 कोर के केंद्र से सेमी। इस महत्वपूर्ण दायरे में, बल अत्यंत आकर्षक हो जाते हैं; बाहर - अत्यंत प्रतिकारक।
यद्यपि हम प्राप्त आंकड़े की सटीकता पर या आकर्षक बल के प्रस्तावित कानून की गंभीरता पर विशेष आवश्यकताओं को लागू नहीं कर सकते हैं, हम शायद बहुत गलत नहीं होंगे यदि हम मानते हैं कि एल्यूमीनियम नाभिक की त्रिज्या 4 10 से अधिक नहीं है। -13 सेमी। यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि α-कण और हाइड्रोजन नाभिक के बीच बातचीत की ताकतों में तेजी से परिवर्तन होता है, जो लगभग समान दूरी से शुरू होता है। इस प्रकार, यह स्पष्ट है कि प्रकाश तत्वों के नाभिक के आयाम छोटे हैं, और एल्यूमीनियम के मामले में, कोई भी कह सकता है - अप्रत्याशित रूप से छोटा, अगर हमें याद है कि इस नगण्य मात्रा में 27 प्रोटॉन और 14 इलेक्ट्रॉन हैं। यह धारणा कि बहुत करीबी मुठभेड़ों में नाभिक के बीच बातचीत की ताकत प्रतिकर्षण से आकर्षण में बदल जाती है, बहुत प्रशंसनीय लगती है; अन्यथा साथ उच्चतम डिग्रीयह कल्पना करना मुश्किल है कि एक भारी नाभिक जिसमें धनात्मक आवेश की अधिकता होती है, एक सीमित स्थान में कैसे समाहित हो सकता है। हम देखेंगे कि कई अन्य तथ्य इस दृष्टिकोण का समर्थन करते हैं; हालांकि, यह संभावना नहीं है कि एक जटिल नाभिक के पास आकर्षक बलों को किसी भी साधारण शक्ति कानून द्वारा व्यक्त किया जा सकता है।"

एक मुक्त न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के लक्षण

मुक्त के लक्षण न्यूट्रॉन और प्रोटॉन	एन	पी
मास, मेव / एस 2	939.56536 ± 0.00008	938.27203 ± 0.00008
क्वांटम संख्या - स्पिन	1/2	1/2
स्पिन, = 6.58 10 -22 MeV s	1/2	1/2
आवेश, क्यू ई = (1.602176487 ± 40) 10 -19 सी	(-0.4 ± 1.1) 10 -21	| क्यू पी + क्यू ई | / क्यू ई< 10 -21
चुंबकीय पल μ = eћ / 2m p c = 3.15 10 -18 MeV / G	-1.9130427 ± 0.000005	+2.792847351 ± 000000028
बिजली द्विध्रुवीय क्षण डी, ई सेमी	< 0.29·10 -25	< 0.54 10 -23
बेरियन चार्ज बी	+1	+1
चार्ज त्रिज्या, एफएम		0.875 ± 0.007
चुंबकीय क्षण के वितरण की त्रिज्या, fm	0.89 ± 0.07	0.86 ± 0.06
आइसोस्पिन I	1/2	1/2
आइसोस्पिन प्रोजेक्शन I z	-1/2	+1/2
क्वार्क रचना	उड्डो	उडु
क्वांटम संख्या एस, सी, बी, टी	0	0
हाफ लाइफ	10.24 मिनट	> 2.1 10 29 वर्ष
समानता	+	+
आंकड़े	फर्मी-डिराक
क्षय योजना	एन → पी + ई- + ई

रासायनिक तत्वों की आइसोटोप तालिका

तालिका में, सभी ज्ञात रासायनिक तत्वों के लिए, क्रम संख्या, प्रतीक, नाम, ज्ञात समस्थानिकों की न्यूनतम और अधिकतम द्रव्यमान संख्या, प्राकृतिक मिश्रण में समस्थानिकों का प्रतिशत (गोल मान) दिया गया है। Z = 113-118 वाले रासायनिक तत्वों का अभी तक नाम नहीं दिया गया है, उन्हें विशेष अंतरराष्ट्रीय पदनामों में दिया गया है।

1 - रासायनिक तत्व Z की क्रम संख्या,
2 - एक रासायनिक तत्व का प्रतीक,
3 - रासायनिक तत्व का नाम,
4 - एक रासायनिक तत्व के समस्थानिक का न्यूनतम-अधिकतम द्रव्यमान संख्या A,
5 - समस्थानिक A की द्रव्यमान संख्या (प्राकृतिक मिश्रण में समस्थानिक का प्रतिशत), प्राकृतिक मिश्रण में समस्थानिक का प्रतिशत 1% से अधिक है।

1	2	3	4	5
0	एन	न्यूट्रॉन	1
1	एच	हाइड्रोजन	1-7	1 (99,986)
2	वह	हीलियम	3-10	4 (100)
3	ली	लिथियम	3-12	6 (7,93); 7 (92,07)
4	होना	फीरोज़ा	5-16	9 (100)
5	बी	बोरान	6-19	10 (19,8); 11 (80,2)
6	सी	कार्बन	8-22	12 (98,9); 13 (1,1)
7	एन	नाइट्रोजन	10-25	14 (99,62)
8	हे	ऑक्सीजन	12-28	16 (99,76)
9	एफ	एक अधातु तत्त्व	14-31	19 (100)
10	Ne	नीयन	16-34	20 (90,0); 22 (9,73)
11	ना	सोडियम	18-37	23 (100)
12	मिलीग्राम	मैग्नीशियम	19-40	24 (77,4); 25 (11,5); 26 (11,1)
13	अली	अल्युमीनियम	21-43	27 (100)
14	सि	सिलिकॉन	22-44	28 (89,6); 29 (6,2); 30 (4,2)
15	पी	फास्फोरस	24-46	31 (100)
16	एस	गंधक	26-49	32 (95,1); 34 (4,2)
17	NS	क्लोरीन	28-51	35 (75,4); 37 (24,6)
18	एआर	आर्गन	30-53	40 (99,632)
19	क	पोटैशियम	32-55	39 (93,38); 41 (6,61)
20	सीए	कैल्शियम	34-57	40 (96,96); 44 (2,06)
21	अनुसूचित जाति	स्कैंडियम	36-60	45 (100)
22	ती	टाइटेनियम	38-63	46 (7,95); 47 (7,75); 48 (73,45); 49 (5,51); 50 (5,34)
23	वी	वैनेडियम	40-65	51 (100)
24	करोड़	क्रोमियम	42-67	50 (4,49); 52 (83,78); 53 (9,43); 54 (2,30)
25	एम.एन.	मैंगनीज	44-69	55 (100)
26	फ़े	लोहा	45-72	54 (6,04); 56 (91,57); 57 (2,11)
27	सीओ	कोबाल्ट	50-75	59 (100)
28	नी	निकल	48-78	58 (67,4); 60 (26,7); 61 (1,2); 62 (3,8)
29	घन	तांबा	52-80	63 (70,13); 65 (29,87)
30	Zn	जस्ता	54-83	64 (50,9); 66 (27,3); 67 (3,9); 68 (17,4)
31	गा	गैलियम	56-86	69 (61,2); 71 (38,8)
32	जीई	जर्मेनियम	58-89	70 (21,2); 72 (27,3); 73 (7,9); 74 (37,1); 76 (6,5)
33	जैसा	हरताल	60-92	75 (100)
34	से	सेलेनियम	64-94	76 (9,5); 77 (8,3); 78 (24,0); 80 (48,0); 82 (9,3)
35	NS	ब्रोमिन	67-97	79 (50,6); 80 (49,4)
36	कृ	क्रीप्टोण	69-100	80 (2,01); 82 (11,53); 83 (11,53); 84 (57,11); 86 (17,47)
37	आरबी	रूबिडीयाम	71-101	85 (72,8); 87 (27,2)
38	एसआर	स्ट्रोंटियम	73-105	86 (9,86); 87 (7,02); 88 (82,56)
39	यू	yttrium	76-108	89 (100)
40	Zr	zirconium	78-110	90 (48); 91 (11,5); 92 (22); 94 (17); 96 (1,5)
41	नायब	नाइओबियम	81-113	93 (100)
42	एमओ	मोलिब्डेनम	83-115	92 (14,9); 94 (9,4); 95 (16,1); 96 (16,6); 97 (9,65); 98 (24,1); 100 (9,25)
43	टीसी	टेक्नेटियम	85-118
44	आरयू	दयाता	87-120	96 (5,68); 98 (2,22); 99 (12,81); 100 (12,70); 101 (16,98); 102 (31,34); 104 (18,27)
45	राहु	रोडियाम	89-122	103 (100)
46	पी.डी.	दुर्ग	91-124	104 (9,3); 105 (22,6); 106 (27,2); 108 (26,8); 110 (13,5)
47	एजी	चांदी	93-130	107 (52,5); 109 (47,5)
48	सीडी	कैडमियम	95-132	106 (1,4); 108 (1,0); 110 (12,8); 111 (13,0); 112 (24,2); 113 (12,3); 114 (28,0); 116 (7,3)
49	में	ईण्डीयुम	97-135	113 (4,5); 115 (95,5)
50	एस.एन.	टिन	99-137	112 (1,1); 116 (15,5); 117 (9,1); 118 (22,5); 119 (9,8); 120 (28,5); 122 (5,5); 124 (6,8)
51	एसबी	सुरमा	103-139	121 (56); 123 (44)
52	ते	टेल्यूरियम	105-142	122 (2,9); 123 (1,6); 124 (4,5); 125 (6,0); 126 (19,0); 128 (32,8); 130 (33,1)
53	मैं	आयोडीन	108-144	127 (100)
54	ज़ी	क्सीनन	109-147	128 (1,9); 129 (26,23); 130 (4,07); 131 (21,17); 132 (26,96); 134 (10,54); 136 (8,95)
55	सी	सीज़ियम	112-151	133 (100)
56	बी 0 ए 0	बेरियम	114-153	134 (2,42); 135 (6,59); 136 (7,81); 137 (11,32); 138 (71,66)
57	ला	लेण्टेनियुम	117-155	139 (100)
58	सीई	सैरियम	119-157	140 (89); 142 (11)
59	पीआर	प्रेसियोडीमियम	121-159	141 (100)
60	रा	neodymium	124-161	142 (25,95); 143 (13,0); 144 (22,6); 145 (9,2); 146 (16,5); 148 (6,8); 150 (5,95)
61	बजे	प्रोमीथियम	126-163
62	स्मू	समैरियम	128-165	144 (3); 147 (17); 148 (14); 149 (15); 150 (5); 152 (26); 154 (20)
63	यूरोपीय संघ	युरोपियम	130-167	151 (49,1); 153 (50,9)
64	गोलों का अंतर	गैडोलीनियम	134-169	154 (1,5); 155 (21); 156 (22); 157 (17); 158 (22); 160 (16)
65	टीबी	टर्बियम	135-171	159 (100)
66	डीवाई	डिस्प्रोसियम	138-173	160 (1,5); 161 (22); 162 (24); 163 (24); 164 (28)
67	हो	होल्मियम	140-175	165 (100)
68	एर	एर्बियम	143-177	164 (1,5); 166 (32,9); 167 (24,4); 168 (26,9); 170 (14,2)
69	टीएम	थ्यूलियम	144-179	169 (100)
70	वाई बी	येटरबियम	148-181	170 (4,21); 171 (14,26); 172 (21,49); 173 (17,02); 174 (29,58); 176 (13,38)
71	लू	ल्यूटेशियम	150-184	175 (97,5); 176 (2,5)
72	एचएफ	हेफ़नियम	151-188	176 (5,3); 177 (18,47); 178 (27,13); 179 (13,85); 180 (35,14)
73	टा	टैंटलम	155-190	181 (100)
74	वू	टंगस्टन	158-192	182 (22,6); 183 (17,3); 184 (30,1); 186 (29,8)
75	पुनः	रेनीयाम	159-194	185 (38,2); 187 (61,8)
76	ओएस	आज़मियम	162-200	186 (1,59); 187 (1,64); 188 (13,3); 189 (16,1); 190 (26,4); 192 (41,0)
77	आईआर	इरिडियम	164-202	191 (38,5); 193 (61,5)
78	पीटी	प्लैटिनम	166-203	194 (30,2); 195 (35,3); 196 (26,6) 198 (7,2)
79	औ	सोना	169-205	197 (100)
80	एचजी	बुध	171-210	198 (10,1); 199 (17,0); 200 (23,3); 201 (13,2); 202 (29,6); 204 (6,7)
81	टी एल	थालियम	176-212	203 (29,1); 205 (70,9)
82	पंजाब	प्रमुख	178-215	204 (1,5); 206 (23,6); 207 (22,6); 208 (52,3)
83	द्वि	विस्मुट	184-218	209 (100)
84	पीओ	एक विशेष तत्त्व जिस का प्रभाव रेडियो पर पड़ता है	188-220
85	पर	एस्टाटिन	191-223
86	आर एन	रेडोन	193-228
87	NS	फ्रैनशियम	199-232
88	आरए	रेडियम	201-234
89	एसी	जंगी	206-236
90	वां	थोरियम	208-238	232 (100)
91	देहात	एक प्रकार का रसायनिक मूलतत्त्व	212-240
92	यू	अरुण ग्रह	217-242	238 (99,28)
93	एनपी	नैप्टुनियम	225-244
94	पीयू	प्लूटोनियम	228-247
95	पूर्वाह्न	रेडियोऐक्टिव	230-249
96	से। मी	क्यूरियम	232-252
97	बीके	बर्कीलियम	234-254
98	सीएफ़	कलिफ़ोरनियम	237-256
99	तों	आइंस्टिनियम	240-258
100	एफएम	फर्मी	242-260
101	मोहम्मद	मेण्डेलीवियम	245-262
102	#	नॉबेलियम	248-264
103	एलआर	लॉरेंस	251-266
104	आरएफ	रदरफोर्डियम	253-268
105	डाटाबेस	डब्नियम	255-269
106	एसजी	सीबोर्गियम	258-273
107	बिहार	बोरियम	260-275
108	एच	चेसिस	263-276
109	मीट्रिक टन	मिटनेरियम	265-279
110	डी एस	डार्मस्टाट	267-281
111	आरजी	रेन्टजेनियम	272-283
112	सीएन	कोपरनिसियम	277-285
113	यूट		278-287
114	उउकी		286-289
115	उउप		287-291
116	उहह		290-293
117	नया		291-292
118	उउओ		294

ईज़ोस्मोसिस की प्रक्रिया के साहचर्य उदाहरण, ऊर्जा और सूचना के संचरण और वितरण

परमाणु के नाभिक की संरचना। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की गणना

नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन में अंतर्निहित प्रतिक्रिया सूत्र

परमाणु के नाभिक की संरचना। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की गणना

आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, एक परमाणु में एक नाभिक और उसके चारों ओर स्थित इलेक्ट्रॉन होते हैं। एक परमाणु के नाभिक, बदले में, छोटे प्राथमिक कणों से मिलकर बनता है - एक निश्चित मात्रा के प्रोटॉन और न्यूट्रॉन(सामान्य नाम जिसके लिए न्यूक्लियंस है), परमाणु बलों द्वारा परस्पर जुड़ा हुआ है।

प्रोटॉन की संख्यानाभिक में परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल की संरचना निर्धारित करता है। ए इलेक्ट्रॉनिक खोलको परिभाषित करता है शारीरिक- रासायनिक गुणपदार्थ। प्रोटॉन की संख्या मेंडेलीव के रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी में परमाणु की क्रमिक संख्या से मेल खाती है, चार्ज संख्या, परमाणु संख्या और परमाणु संख्या भी नामित हैं। उदाहरण के लिए, एक हीलियम परमाणु में प्रोटॉन की संख्या 2 है। आवर्त सारणी में, इसे 2 नंबर दिया गया है और इसे 2 के रूप में दर्शाया गया है। प्रोटॉन की संख्या का प्रतीक लैटिन अक्षर Z है। सूत्र लिखते समय, अक्सर वह संख्या जो इंगित करती है प्रोटॉन की संख्या तत्व के प्रतीक के नीचे स्थित है, या दाएँ या बाएँ: He 2/2 He.

न्यूट्रॉन की संख्याएक तत्व के एक विशिष्ट समस्थानिक से मेल खाती है। समस्थानिक एक ही परमाणु क्रमांक वाले तत्व होते हैं ( समान राशिप्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन), लेकिन विभिन्न द्रव्यमान संख्याओं के साथ। जन अंक- एक परमाणु के नाभिक में न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की कुल संख्या (निरूपित) लैटिन अक्षरए)। सूत्र लिखते समय, द्रव्यमान संख्या को तत्व प्रतीक के शीर्ष पर एक तरफ इंगित किया जाता है: He 4 2/4 2 He (हीलियम आइसोटोप - हीलियम - 4)

इस प्रकार, किसी विशेष समस्थानिक में न्यूट्रॉन की संख्या का पता लगाने के लिए, प्रोटॉन की संख्या को कुल द्रव्यमान संख्या से घटाया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, हम जानते हैं कि हीलियम -4 हे 4 2 के एक परमाणु में 4 प्राथमिक कण होते हैं, क्योंकि समस्थानिक की द्रव्यमान संख्या 4 होती है। हम यह भी जानते हैं कि He 4 2 में 2 प्रोटॉन हैं। 4 (कुल द्रव्यमान संख्या) से 2 (प्रोटॉन की संख्या) घटाकर, हमें 2 प्राप्त होता है - हीलियम -4 के नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या।

एक परमाणु के नाभिक में प्रेत बिंदुओं की संख्या की गणना करने की प्रक्रिया। एक उदाहरण के रूप में, हमने गलती से हीलियम -4 (He 4 2) पर विचार नहीं किया है, जिसके नाभिक में दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं। चूंकि हीलियम -4 नाभिक, जिसे अल्फा कण (अल्फा कण) कहा जाता है, परमाणु प्रतिक्रियाओं में सबसे प्रभावी है, इसे अक्सर इस दिशा में प्रयोगों के लिए प्रयोग किया जाता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि परमाणु प्रतिक्रियाओं के सूत्रों में, प्रतीक α का उपयोग अक्सर He 4 2 के बजाय किया जाता है।

यह अल्फा कणों की भागीदारी के साथ था कि ई। रदरफोर्ड ने पहली बार किया था आधिकारिक इतिहासभौतिकी प्रतिक्रिया परमाणु परिवर्तन... प्रतिक्रिया के दौरान, α-कणों (He 4 2) ने नाइट्रोजन समस्थानिक (N 14 7) के नाभिक पर "बमबारी" की, जिसके परिणामस्वरूप ऑक्सीजन का एक समस्थानिक (O 17 8) और एक प्रोटॉन (p 1 1) थे। बनाया

यह परमाणु प्रतिक्रिया इस तरह दिखती है:

आइए इस परिवर्तन से पहले और बाद में प्रेत पो कणों की संख्या की गणना करें।

प्रेत कणों की संख्या की गणना करने के लिए यह आवश्यक है:
चरण 1. प्रत्येक नाभिक में न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की संख्या की गणना करें:
- प्रोटॉन की संख्या निचले संकेतक में इंगित की गई है;
- हम कुल द्रव्यमान संख्या (ऊपरी संकेतक) से प्रोटॉन (निचला संकेतक) की संख्या घटाकर न्यूट्रॉन की संख्या का पता लगाते हैं।

चरण 2. परमाणु नाभिक में प्रेत पो कणों की संख्या की गणना करें:
- प्रोटॉन की संख्या को 1 प्रोटॉन में निहित प्रेत पो कणों की संख्या से गुणा करें;
- न्यूट्रॉन की संख्या को 1 न्यूट्रॉन में निहित प्रेत पो कणों की संख्या से गुणा करें;

चरण 3. प्रेत पो कणों की संख्या जोड़ें:
- प्रतिक्रिया से पहले नाभिक में न्यूट्रॉन में प्राप्त मात्रा के साथ प्रोटॉन में प्रेत पो कणों की प्राप्त मात्रा को जोड़ें;
- प्रतिक्रिया के बाद नाभिक में न्यूट्रॉन में प्राप्त मात्रा के साथ प्रोटॉन में प्रेत पो कणों की प्राप्त मात्रा को जोड़ें;
- प्रतिक्रिया के बाद प्रेत पो कणों की संख्या के साथ प्रतिक्रिया से पहले प्रेत पो कणों की संख्या की तुलना करें।

परमाणु नाभिक में प्रेत कणों की संख्या की विस्तृत गणना का उदाहरण।
(1919 में ई. रदरफोर्ड द्वारा किए गए एक α-कण (वह 42) की भागीदारी के साथ परमाणु प्रतिक्रिया)

प्रतिक्रिया से पहले (एन 14 7 + वह 4 2)
एन 14 7

प्रोटॉन की संख्या: 7
न्यूट्रॉन की संख्या: 14-7 = 7
1 प्रोटॉन में - 12 Po, जिसका अर्थ है 7 प्रोटॉन में: (12 x 7) = 84;
1 न्यूट्रॉन में - 33 Po, जिसका अर्थ है 7 न्यूट्रॉन में: (33 x 7) = 231;
कोर में प्रेत पो कणों की कुल संख्या: 84 + 231 = 315

वह 4 2
प्रोटॉनों की संख्या - 2
न्यूट्रॉनों की संख्या 4-2 = 2
प्रेत पो कणों की संख्या:
1 प्रोटॉन में - 12 Po, जिसका अर्थ है 2 प्रोटॉन में: (12 x 2) = 24
1 न्यूट्रॉन में - 33 Po, जिसका अर्थ है 2 न्यूट्रॉन में: (33 x 2) = 66
कोर में प्रेत पो कणों की कुल संख्या: 24 + 66 = 90

कुल, प्रतिक्रिया से पहले प्रेत पो कणों की संख्या

एन 14 7 + वह 4 2
315 + 90 = 405

प्रतिक्रिया के बाद (O 17 8) और एक प्रोटॉन (p 1 1):
हे 17 8
प्रोटॉन की संख्या: 8
न्यूट्रॉन की संख्या: 17-8 = 9
प्रेत पो कणों की संख्या:
1 प्रोटॉन में - 12 Po, जिसका अर्थ है 8 प्रोटॉन में: (12 x 8) = 96
1 न्यूट्रॉन में - 33 Po, जिसका अर्थ है 9 न्यूट्रॉन में: (9 x 33) = 297
कोर में प्रेत पो कणों की कुल संख्या: 96 + 297 = 393

पी 1 1
प्रोटॉन की संख्या: 1
न्यूट्रॉन की संख्या: 1-1 = 0
प्रेत पो कणों की संख्या:
1 प्रोटॉन में - 12 Po
कोई न्यूट्रॉन नहीं हैं।
कोर में प्रेत पो कणों की कुल संख्या: 12

कुल, प्रतिक्रिया के बाद प्रेत पो कणों की संख्या
(ओ 17 8 + पी 1 1):
393 + 12 = 405

आइए प्रतिक्रिया से पहले और बाद में प्रेत पो कणों की संख्या की तुलना करें:

एक परमाणु प्रतिक्रिया में प्रेत कणों की संख्या की गणना के कम रूप का उदाहरण।

प्रसिद्ध परमाणु प्रतिक्रियाबेरिलियम के समस्थानिक के साथ α-कणों की परस्पर क्रिया की प्रतिक्रिया है, जिसमें पहली बार न्यूट्रॉन की खोज की गई थी, जो परमाणु परिवर्तन के परिणामस्वरूप एक स्वतंत्र कण के रूप में प्रकट हुआ था। यह प्रतिक्रिया 1932 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जेम्स चैडविक द्वारा की गई थी। प्रतिक्रिया सूत्र:

213 + 90 → 270 + 33 - प्रत्येक कोर में प्रेत पो कणों की संख्या

303 = 303 - कुल राशिप्रतिक्रिया से पहले और बाद में प्रेत पो कण

प्रतिक्रिया के पहले और बाद में फैंटम पो कणों की मात्रा बराबर होती है।

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, एक परमाणु में तीन प्रकार के प्राथमिक कण होते हैं: प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन। परमाणु नाभिक परमाणु का मध्य भाग होता है, जिसमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का सामान्य नाम न्यूक्लियॉन होता है, नाभिक में वे एक दूसरे में बदल सकते हैं। सबसे सरल परमाणु के नाभिक - हाइड्रोजन परमाणु - में एक प्राथमिक कण होता है - एक प्रोटॉन।

परमाणु नाभिक का व्यास लगभग 10 -13 - 10 -12 सेमी है और परमाणु के व्यास का 0.0001 है। हालांकि, परमाणु का लगभग पूरा द्रव्यमान (99.95 - 99.98%) नाभिक में केंद्रित होता है। यदि शुद्ध परमाणु पदार्थ का 1 सेमी 3 प्राप्त करना संभव होता, तो इसका द्रव्यमान 100 - 200 मिलियन टन होता। एक परमाणु के नाभिक का द्रव्यमान परमाणु बनाने वाले सभी इलेक्ट्रॉनों के द्रव्यमान से कई हजार गुना अधिक होता है।

प्रोटोन – प्राथमिक कण, हाइड्रोजन परमाणु का नाभिक। एक प्रोटॉन का द्रव्यमान 1.6721x10-27 किग्रा है, यह एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से 1836 गुना अधिक है। विद्युत आवेश धनात्मक है और 1.66x10 -19 C के बराबर है। एक पेंडेंट विद्युत आवेश की एक इकाई है जो 1 ए (एम्पीयर) की निरंतर वर्तमान शक्ति पर 1 एस के समय में एक कंडक्टर के क्रॉस-सेक्शन से गुजरने वाली बिजली की मात्रा के बराबर होती है।

किसी भी तत्व के प्रत्येक परमाणु के नाभिक में एक निश्चित संख्या में प्रोटॉन होते हैं। यह संख्या किसी दिए गए तत्व के लिए स्थिर होती है और उसके भौतिक और रासायनिक गुणों को निर्धारित करती है। यानी यह किसके साथ प्रोटॉन की संख्या पर निर्भर करता है रासायनिक तत्वहम काम कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, यदि नाभिक में एक प्रोटॉन हाइड्रोजन है, यदि 26 प्रोटॉन लोहा हैं। परमाणु नाभिक में प्रोटॉन की संख्या परमाणु आवेश (आवेश संख्या Z) और तत्व की क्रमिक संख्या D.I की आवर्त सारणी में निर्धारित करती है। मेंडेलीव (तत्व की परमाणु संख्या)।

एनन्यूट्रॉन- 1.6749 x10 -27 किग्रा के द्रव्यमान वाला एक विद्युत तटस्थ कण, एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का 1839 गुना। एक मुक्त अवस्था में एक न्यूरॉन एक अस्थिर कण है; यह स्वतंत्र रूप से एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो के उत्सर्जन के साथ एक प्रोटॉन में बदल जाता है। न्यूट्रॉन का आधा जीवन (वह समय जिसके दौरान न्यूट्रॉन की मूल संख्या का आधा क्षय होता है) लगभग 12 मिनट है। हालांकि, स्थिर परमाणु नाभिक के अंदर एक बाध्य अवस्था में, यह स्थिर होता है। कुल गणनानाभिक में स्थित न्यूक्लियंस (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) को द्रव्यमान संख्या (परमाणु द्रव्यमान - A) कहा जाता है। नाभिक बनाने वाले न्यूट्रॉन की संख्या द्रव्यमान और आवेश संख्याओं के अंतर के बराबर होती है: N = A - Z।

इलेक्ट्रॉन- एक प्राथमिक कण, सबसे छोटे द्रव्यमान का वाहक - 0.91095x10 -27 ग्राम और सबसे छोटा विद्युत आवेश - 1.6021x10 -19 C। यह एक ऋणावेशित कण है। एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या नाभिक में प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती है, अर्थात। परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ है।

पोजीट्रान- एक सकारात्मक विद्युत आवेश वाला एक प्राथमिक कण, एक इलेक्ट्रॉन के संबंध में एक एंटीपार्टिकल। इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन का द्रव्यमान समान है, और विद्युत आवेश निरपेक्ष मान में समान हैं, लेकिन संकेत में विपरीत हैं।

विभिन्न प्रकार के नाभिकों को न्यूक्लाइड कहा जाता है। न्यूक्लाइड एक प्रकार का परमाणु है जिसमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या दी जाती है। प्रकृति में, एक ही तत्व के अलग-अलग परमाणु द्रव्यमान (द्रव्यमान संख्या) के परमाणु होते हैं: 17 35 सीएल, 17 37 सीएल, आदि। इन परमाणुओं के नाभिक में प्रोटॉन की संख्या समान होती है, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न होती है। एक ही तत्व के विभिन्न प्रकार के परमाणु, जिनके नाभिक का आवेश समान होता है, लेकिन द्रव्यमान संख्या भिन्न होती है, कहलाते हैं आइसोटोप ... प्रोटॉन की समान संख्या वाले, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या में भिन्न, समस्थानिकों में इलेक्ट्रॉन गोले की समान संरचना होती है, अर्थात। बहुत समान रासायनिक गुण और रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी में समान स्थान रखते हैं।

समस्थानिकों को संबंधित रासायनिक तत्व के प्रतीक द्वारा शीर्ष बाईं ओर स्थित सूचकांक ए के साथ नामित किया जाता है - द्रव्यमान संख्या, कभी-कभी नीचे बाईं ओर प्रोटॉन (जेड) की संख्या भी दी जाती है। उदाहरण के लिए, फास्फोरस के रेडियोधर्मी समस्थानिक क्रमशः 32 पी, 33 पी या 15 32 पी और 15 33 पी दर्शाते हैं। तत्व प्रतीक को निर्दिष्ट किए बिना एक आइसोटोप को नामित करते समय, तत्व के पदनाम के बाद द्रव्यमान संख्या दी जाती है, उदाहरण के लिए, फॉस्फोरस - 32, फॉस्फोरस - 33।

अधिकांश रासायनिक तत्वों में कई समस्थानिक होते हैं। हाइड्रोजन आइसोटोप के अलावा 1 एच-प्रोटियम, भारी हाइड्रोजन 2 एच-ड्यूटेरियम और सुपरहेवी हाइड्रोजन 3 एच-ट्रिटियम ज्ञात हैं। यूरेनियम में 11 समस्थानिक होते हैं, प्राकृतिक यौगिकों में उनमें से तीन (यूरेनियम 238, यूरेनियम 235, यूरेनियम 233) होते हैं। उनमें से प्रत्येक में 92 प्रोटॉन और क्रमशः 146.143 और 141 न्यूट्रॉन हैं।

वर्तमान में 108 रासायनिक तत्वों के 1900 से अधिक समस्थानिक ज्ञात हैं। इनमें से सभी स्थिर (लगभग 280 हैं) और प्राकृतिक समस्थानिक जो रेडियोधर्मी परिवारों का हिस्सा हैं (उनमें से 46 हैं) प्राकृतिक हैं। बाकी कृत्रिम हैं, उन्हें विभिन्न परमाणु प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप कृत्रिम रूप से प्राप्त किया जाता है।

"आइसोटोप्स" शब्द का प्रयोग केवल तभी किया जाना चाहिए जब वह आता हैएक ही तत्व के परमाणुओं के बारे में, उदाहरण के लिए, कार्बन 12 सी और 14 सी के आइसोटोप। यदि विभिन्न रासायनिक तत्वों के परमाणुओं का मतलब है, तो "न्यूक्लाइड्स" शब्द का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है, उदाहरण के लिए, रेडियोन्यूक्लाइड 90 सीन, 131 जे, 137 सी.एस.