Kopš seniem laikiem cilvēks ir interesējies par matērijas uzbūvi, ko viņš katru dienu novēro sev apkārt. Viena no hipotēzēm, kas tika izvirzīta Senajā Grieķijā, postulēja, ka matērija sastāv no elementārdaļiņām - atomiem. Taču tikai 20. gadsimtā eksperimentāli tika noskaidrots, ka atoms sastāv arī no subatomiskām daļiņām: protoniem, elektroniem un neitroniem. Rakstā tiek atklāta tēma par to, kas atklāja neitronu, protonu un elektronu, un kāda ir šo atklājumu ietekme uz cilvēces attīstību.
Atoms un subatomiskās daļiņas
Visuma matērija sastāv no mazām daļiņām, ko sauc par atomiem. Šo koncepciju jau 5. gadsimtā pirms mūsu ēras izvirzīja grieķu matemātiķis un filozofs Demokrits. No sengrieķu valodas vārds "atoms" tiek tulkots kā "nedalāms". Tā kā tehniski nebija iespējams pārbaudīt, kas ir atoms, šī hipotēze pastāvēja līdz 19. gadsimtam, kad zinātnes un tehnikas sasniegumi ļāva atomu izpētīt rūpīgāk. Caur atoma izpēti XIX beigas gadsimtā tika konstatēts, ka tā nav elementāra matērijas vienība un sastāv no mazākām daļiņām, kuras sauca par subatomiskām. Šīs daļiņas ir ierasts saukt par elektronu, protonu un neitronu, jo tās veido visu vielu atomus.
Šobrīd zinātne ir gājusi tālu uz priekšu elementārdaļiņu izpētē. Tātad, tika atklāts, ka pat subatomiskām daļiņām ir arī sava iekšējā struktūra. Turklāt ir tā sauktā antimatērija, ko veido atomi, kas sastāv no antidaļiņām, kas arī ir subatomiskas. Tomēr elektronu, protonu un neitronu atklāšana iezīmēja kodolfizikas un cilvēces kodolvēstures sākumu. Kas atklāja šīs subatomiskās daļiņas, ir apspriests šajā rakstā.
Mūsdienu idejas par atoma uzbūvi
Pirms turpināt atbildēt uz jautājumu par to, kas atklāja neitronus, protonus un elektronus, apsveriet, kas ir atoms no mūsdienu viedokļa.
Katra viela, ko mēs redzam katru dienu, sastāv no molekulām. Tie arī sastāv no atomiem. Lai gan dažādu molekulu skaits ir diezgan liels, tās visas veido ierobežots skaits dažādu atomu (apmēram 100). Katram atomam ir kodols, kas sastāv no protoniem un neitroniem, un ap kodolu riņķojošiem elektroniem, kura elektriskais lādiņš ir negatīvs un pēc zīmes pretējs kodola lādiņam.
Ja šīs idejas attiecinām uz ūdeni, tad jāsaka, ka ūdens pilē ar diametru 4 mm ir aptuveni 10 15 molekulas. Ūdens molekula sastāv no 3 atomiem: 2 ūdeņraža atomiem un 1 skābekļa atoma. Skābekļa atoms sastāv no kodola, ko veido 8 protoni un 8 neitroni, un elektronu apvalka, kas sastāv no 8 elektroniem.
Elektrona atklāšana
Līdz 1897. gadam cilvēce uzskatīja atomu par nedalāmu, kad britu fiziķis Džozefs Džons Tomsons atklāja elektronu savos eksperimentos ar katoda stariem. Ierīce, ko izmantoja Tomsons, bija noslēgta stikla caurule, kurā tika ievietoti divi katodi un gaiss tika evakuēts. Zinātnieks atklāja, ka izstarotie katoda stari novirzās no izplatīšanās ceļa, ja tos ietekmē elektriskais lauks. Rezultātā zinātnieks atklāja, ka daļiņām, kas veido šos starus, jābūt ar negatīvu lādiņu. Pēc tam šīs daļiņas sauca par elektroniem.
Protona atklāšana
JJ Tomsona students, jaunzēlandiešu fiziķis Ernests Raterfords ir atzīts par protona atklāšanu. 20. gadsimta sākumā viņš ierosināja planētu atoma uzbūves modeli, kurā galvenā masa atrodas centrā. Razerfords nonāca pie šīs hipotēzes, analizējot eksperimentus, kuros zinātnieki Hanss Geigers un Ernests Marsdens bombardēja zelta plāksni ar alfa daļiņām.
1918. gadā Raterfords pats veica eksperimentus par alfa daļiņu mijiedarbību ar slāpekli. Šajos eksperimentos zinātnieks novēroja ūdeņraža atoma kodolu emisiju un nonāca pie secinājuma, ka tie ir "ķieģeļi" visiem pārējiem kodoliem. Tātad Rezerfords atklāja protonu. Pēc tam tika konstatēts, ka kodolmasa ievērojami pārsniedza visu atoma protonu kopējo masu, tāpēc Rezerfords ierosināja, ka atoma kodolā joprojām ir kāda smaga daļiņa, kurai nav lādiņa. Šī daļiņa bija neitrons, kas tika atklāts vēlāk.
Kurš atklāja neitronu?
Trešā daļiņa, kas veido atomu, tika atklāta 1932. gadā. Zinātnieks, kurš atklāja neitronu esamību, bija angļu fiziķis Džeimss Čadviks. Pētot atomu uzvedību, kad tos bombardē alfa daļiņas, Čadviks atklāja starojuma esamību, kura daļiņu masa bija aptuveni tāda pati kā protoniem, taču tās bija elektriski neitrālas, jo nesadarbojās ar elektrisko lauku. Turklāt šīs daļiņas spēja iekļūt matērijā un izveidot atomus smagie elementi sadalīt gaišākos. Tāpēc ka fizikālās īpašības jaunā daļiņa Čadviks to nosauca par neitronu, tāpēc viņu pamatoti uzskata par zinātnieku, kurš atklāja neitronu.
Atomu kodola enerģija
Kopš neitronu atklāšanas kodolfizika, kā arī ķīmija un tehnoloģijas ir spērušas milzīgu soli uz priekšu. Cilvēka priekšā ir pavēries jauns, praktiski neizsmeļams un tajā pašā laikā bīstams enerģijas avots.
Kodolēras sākumu cilvēce izjuta 1945. gadā, kad ASV pirmo reizi izmēģināja postošo kodolbumba"Trinity", nometot to uz Japānas pilsētām Hirosimu un Nagasaki.
Pirmā kodolenerģijas izmantošana miermīlīgiem nolūkiem būtu attiecināma uz 50. gadu vidu, kad 1953. gadā tika uzbūvēta pirmā atomelektrostacija. kodolreaktors, kas aizstāja dīzeļdzinēju uz amerikāņu zemūdenes Nautilus.
1920. gadā Raterfords izteica minējumus par neitrālas elementārdaļiņas eksistenci, kas veidojas elektrona un protona saplūšanas rezultātā. Trīsdesmitajos gados Dž.Čadviks tika uzaicināts uz Kavendišas laboratoriju, lai veiktu eksperimentus šīs daļiņas noteikšanai. Eksperimenti notika daudzus gadus. Ar elektriskās izlādes palīdzību caur ūdeņradi tika iegūti brīvie protoni, ar kuriem tika bombardēti dažādu elementu kodoli. Aprēķins bija tāds, ka no kodola būtu iespējams izsist vēlamo daļiņu un to iznīcināt, kā arī netieši reģistrēt izsituma aktus, izmantojot sabrukšanas protonu un elektronu pēdas.
1930. gadā Bothe un Becker apstarošanas laikā a- berilija daļiņas atrada starojumu ar lielu caurlaidības spēku. Nezināmi stari izgāja cauri svinam, betonam, smiltīm utt. Sākumā tam vajadzēja būt grūti rentgenstari. Taču šis pieņēmums neizturēja pārbaudi. Vērojot retus sadursmes aktus ar kodoliem, pēdējie saņēma tik lielu atdevi, kuras izskaidrošanai bija jāpieņem neparasti augsta enerģija rentgena fotoni.
Čadviks nolēma, ka Bothe un Becker eksperimentos neitrālās daļiņas, kuras viņš mēģināja atklāt, tika izdalītas no berilija. Viņš atkārtoja eksperimentus, cerot atrast neitrālu daļiņu noplūdes, taču bez rezultātiem. Dziesmas netika atrastas. Viņš savus eksperimentus nolika malā.
Izšķirošais stimuls viņa eksperimentu atsākšanai bija Irēnas un Frederika Džolio-Kirī publicētais raksts par berilija starojuma spēju izsist no parafīna protonus (1932. gada janvāris). Ņemot vērā Džoliota-Kirī rezultātus, viņš modificēja Bothe un Becker eksperimentus. Viņa jaunās instalācijas shēma ir parādīta 30. attēlā. Berilija starojums tika iegūts izkliedējot a- daļiņas uz berilija plāksnes. Radiācijas ceļā tika ievietots parafīna bloks. Tika konstatēts, ka starojums izsit protonus no parafīna.
Tagad mēs zinām, ka berilija starojums ir neitronu plūsma. To masa ir gandrīz vienāda ar protona masu, tāpēc neitroni lielāko daļu enerģijas nodod protoniem, kas lido uz priekšu.Protonu, kas izsisti no parafīna un lidojot uz priekšu, enerģija bija apm. 5,3 MeV. Čedviks nekavējoties noraidīja iespēju izskaidrot protonu izsitumu ar Komptona efektu, jo šajā gadījumā bija jāpieņem, ka protonu izkliedēto fotonu enerģija ir aptuveni 50 MeV(tolaik nebija zināmi šādu augstas enerģijas fotonu avoti). Tāpēc viņš secināja, ka novērotā mijiedarbība notiek saskaņā ar shēmu
Džolio-Kirī reakcija (2)
Šajā eksperimentā pirmo reizi tika novēroti ne tikai brīvie neitroni, tā bija arī pirmā kodolpārveide - oglekļa ražošana, saplūstot hēlijam un berilijam.
1. uzdevums.Čadvika eksperimentā no parafīna izsistajiem protoniem bija enerģija 5,3 MeV. Parādiet, ka, lai protoni iegūtu šādu enerģiju fotonu izkliedes laikā, ir nepieciešams, lai fotoniem būtu enerģija 50 MeV.
Neitronu atklāšanas vēsture
Neitrona atklāšanas vēsture sākas ar Čadvika neveiksmīgajiem mēģinājumiem noteikt neitronus ūdeņraža elektriskās izlādes (pamatojoties uz iepriekš minēto Raterforda hipotēzi). Rezerfords, kā zināms, veica pirmo mākslīgo kodolreakciju, bombardējot atoma kodolus ar alfa daļiņām. Ar šo metodi arī izdevās veikt mākslīgas reakcijas ar bora, fluora, nātrija, alumīnija un fosfora kodoliem. Šajā gadījumā tika emitēti liela attāluma protoni. Pēc tam bija iespējams sadalīt neona, magnija, silīcija, sēra, hlora, argona un kālija kodolus. Šīs reakcijas apstiprināja Vīnes fiziķu Kirša un Petersona (1924) eksperimenti, kuri arī apgalvoja, ka viņi spēj sadalīt litija, berilija un oglekļa kodolus, ko Raterfordam un viņa kolēģiem neizdevās izdarīt.
Izcēlās diskusija, kurā Rezerfords apstrīdēja šo trīs kodolu sadalīšanu. Nesen O. Frišs ierosināja, ka vīniešu rezultāti skaidrojami ar to studentu piedalīšanos novērojumos, kuri centās "iepriecināt" līderus un redzēja uzliesmojumus tur, kur to nebija.
1930. gadā Valters Bote (1891-1957) un H. Bekers bombardēja beriliju ar polonija a-daļiņām. To darot, viņi atklāja, ka berilijs, kā arī bors izstaro spēcīgi iekļūstošu starojumu, ko viņi identificēja ar cieto y starojumu.
Un 1932. gada janvārī Irēna un Frederika Džolio-Kirī Parīzes Zinātņu akadēmijas sanāksmē ziņoja par Botē un Bekera atklāto radiācijas pētījumu rezultātiem. Viņi parādīja, ka šis starojums "spēj atbrīvot protonus ūdeņradi saturošās vielās, nodrošinot tiem lielu ātrumu".
Šos protonus viņi fotografēja mākoņu kamerā.
Nākamajā paziņojumā, kas tika veikts 1932. gada 7. martā, Irēna un Frederiks Džolio-Kirī parādīja fotogrāfijas ar protonu pēdām mākoņu kamerā, ko berilija starojums izsita no parafīna.
Interpretējot savus rezultātus, viņi rakstīja: “Pieņēmumi par fotona elastīgām sadursmēm ar kodolu rada grūtības, kas, no vienas puses, ir fakts, ka tam nepieciešams kvants ar ievērojamu enerģiju, un, no otras puses, tas, ka šis process notiek pārāk bieži. Čadviks ierosina pieņemt, ka berilijā ierosinātais starojums sastāv no neitroniem - daļiņām ar masas vienību un nulles lādiņu.
Joliot-Curie rezultāti apdraudēja enerģijas nezūdamības likumu. Patiešām, ja mēs cenšamies interpretēt Džolio-Kirī eksperimentus, pamatojoties uz tikai zināmu daļiņu klātbūtni dabā: protonus, elektronus, fotonus, tad liela attāluma protonu parādīšanās izskaidrošanai ir nepieciešams ražot fotonus ar enerģiju 50 MeV berilijā. Šajā gadījumā fotonu enerģija izrādās atkarīga no atsitiena kodola veida, ko izmanto fotona enerģijas noteikšanai.
Šo konfliktu atrisināja Čadviks. Viņš novietoja berilija avotu jonizācijas kameras priekšā, kurā iekrita no parafīna plāksnes izsisti protoni. Novietojot alumīniju absorbējošos ekrānus starp parafīna plāksni un kameru, Čadviks atklāja, ka berilija starojums izsit no parafīna protonus ar enerģiju līdz 5,7 MeV. Lai šādu enerģiju nodotu protoniem, paša fotona enerģijai ir jābūt 55 MeV. Bet ar tādu pašu berilija starojumu novērotā slāpekļa atsitiena kodolu enerģija izrādās 1,2 MeV. Lai šādu enerģiju pārnestu uz slāpekli, starojuma fotona enerģijai jābūt vismaz 90 MeV. Enerģijas saglabāšanas likums nav savienojams ar berilija starojuma fotonu interpretāciju.
Čadviks parādīja, ka visas grūtības tiek novērstas, ja pieņemam, ka berilija starojums sastāv no daļiņām, kuru masa ir aptuveni vienāda ar protonu un nulles lādiņu. Viņš šīs daļiņas sauca par neitroniem. Čadviks publicēja rakstu par saviem rezultātiem izdevumā Proceedings of the Royal Society for 1932. Tomēr sākotnējā piezīme par neitronu tika publicēta 1932. gada 27. februāra Nature numurā. Pēc tam I. un f. Džolio-Kirī vairākos darbos no 1932. līdz 1933. gadam. apstiprināja neitronu esamību un to spēju izsist protonus no vieglajiem kodoliem. Viņi arī noteica neitronu emisiju no argona, nātrija un alumīnija kodoliem, kad tie tika apstaroti ar a-stariem.
No autora grāmatasNeitronu sabrukšana Kodola protonu-neitronu modelis apmierina fiziķus un tiek uzskatīts par labāko līdz šai dienai. Tomēr no pirmā acu uzmetiena tas rada zināmas šaubas. Ja atoma kodols sastāv tikai no protoniem un neitroniem, atkal rodas jautājums, kā tie var
No autora grāmatasP. un M. Kirī atklājumi Atgriezīsimies pie radioaktivitātes. Bekerels turpināja pētīt paša atklāto fenomenu. Viņš to uzskatīja par urāna īpašību, kas ir analoga fosforescencei. Urāns, pēc Bekerela teiktā, "ir pirmais piemērs metālam, kam piemīt līdzīgas īpašības
No autora grāmatasNeitronu atklāšanas vēsture Neitronu atklāšanas vēsture sākas ar Čadvika neveiksmīgajiem mēģinājumiem noteikt neitronus ūdeņraža elektriskās izlādēs (pamatojoties uz iepriekš minēto Raterforda hipotēzi). Rezerfords, kā zināms, veica pirmo mākslīgo kodolu
No autora grāmatasIETEKMES LIKUMU ATKLĀŠANAS VĒSTURE Jau jau Galileo interesēja ietekmes teorijas jautājumi. Viņiem ir veltīta slavenās “Sarunas” “sestā diena”, kas palika līdz galam nepabeigta. Galileo uzskatīja par nepieciešamu, pirmkārt, noteikt, “kāda ietekme ir trieciena rezultātam, no vienas puses
No autora grāmatasGRAVITĀCIJAS LIKUMA ATKLĀŠANAS VĒSTURE Dekarts 1638. gada 12. septembrī Mersennam rakstīja: “Nav iespējams pateikt neko labu un pārliecinošu par ātrumu, praktiski nepaskaidrojot, kas ir gravitācija un tajā pašā laikā visa pasaules sistēma” (111). Šis apgalvojums ir diametrāli pretējs apgalvojumam
No autora grāmatas1. Katalīzes fenomena atklāšanas vēsture Katalīze ir ātruma maiņa ķīmiskā reakcija katalizatoru klātbūtnē. Vienkāršākā zinātniskā informācija par katalīzi jau bija zināma XIX sākums V. Slavenais krievu ķīmiķis akadēmiķis K. S. Kirhhofs 1811. gadā atklāja katalītisko.
No autora grāmatasProfesors, kurš nevēlējās izdarīt atklājumus Nākamais pēc Maksvela, kurš izgudroja jaunu fundamentālu koncepciju, bija cilvēks, kurš to nevēlējās un nebija tam īpaši piemērots - 42 gadus vecais vācu profesors Makss Kārlis Ernsts Ludvigs Planks. Viņš uzauga tiesību profesora ģimenē un
No autora grāmatas2. Uz atklājumu robežas Tātad, visus interesē Mēness! Uzbrukums tai sākās 1959. gadā, kad visa pasaule dzirdēja TASS ziņojumu, kurā teikts, ka “2. janvārī PSRS tika veiksmīgi palaists pirmais kosmosa raķete Luna-1 (Sapnis), kas tika virzīta uz Mēnesi un kļuva par pirmo mākslīgo planētu.
No autora grāmatasPēcpusdienas piezīmes par neitrona būtību Dž. Vervjē runa Antverpenes konferences noslēgumā 1965. dažādas valstis. Mums tomēr ir
No autora grāmatasXII. LIELIE ĢEOGRĀFISKIE ATKLĀJUMI UN ASTRONOMIJA Tirdzniecības interešu dēļ sākās krusta kari, kas pēc būtības bija iekarošanas un tirdzniecības ekspedīcijas. Saistībā ar tirdzniecības attīstību, pilsētu izaugsmi un amatniecības paplašināšanos topošajā buržuāziskajā klasē,
No autora grāmatasXIX. MEHĀNISKIE UN TELESKOPISKIE ATKLĀJUMI Ilgu laiku pēc Kopernika "pareizticīgo" Ptolemaja sistēmu joprojām mācīja universitātēs un to atbalstīja baznīca. Piemēram, astronoms Mestlins (1550–1631), Keplera skolotājs, bija Kopernika mācību atbalstītājs (viņš,
No autora grāmatasAtklājumi nemirst Dzīvojot kosmosa un atoma laikmetā, ir dabiski paskatīties uz šī laikmeta zinātni. Taču nevajag krist galējībās – nicīgi noraidīt visu, ko atraduši priekšgājēji.Jā, "deviņdesmit procenti no visiem zinātniekiem ir dzīvi, strādā mums blakus." Bet ja
No autora grāmatas1. Cilvēki un atklājumi Viņi sāka runāt dažādās valodās. Viņi pazina bēdas un mīlēja bēdas, viņi ilgojās pēc mokām un teica, ka patiesību var sasniegt tikai ar mokām. Tad viņi ieguva zinātni. F. M. Dostojevskis. Jautra vīrieša sapnis Par atklājumiem dzirdam un lasām gandrīz
No autora grāmatasPIRMIE ATKLĀJUMI Lai gan Deivijs nolīga Faradeju, lai vienkārši nomazgātu mēģenes un veiktu līdzīgus uzdevumus, Maikls piekrita šiem noteikumiem, izmantojot katru iespēju tuvoties īstajai zinātnei.Kādu laiku vēlāk, oktobrī,
20. gadsimta sākumā, kad jau bija noskaidrots, ka molekulas veido atomi, jauns jautājums. No kā sastāv atomi? Angļu zinātnieks Rezerfords un viņa studentu grupa apņēmās atrisināt šo sarežģīto problēmu.
Ūdeņraža atoma kodols jebkuras vielas kodolā
Jau iepriekš bija zināms, ka pats atoms sastāv no kodola un elektrona, kas ap to lielā ātrumā rotē. Bet no kā sastāv kodols? Rezerfords pieņēma, ka jebkura ķīmiskā elementa atoma kodols obligāti ietver ūdeņraža atoma kodolu.
Vēlāk to pierādīja virkne eksperimentu. Eksperimentu būtība bija šāda: slāpekļa atomi tika bombardēti ar alfa starojumu. Tas noveda pie tā, ka periodiski alfa starojums izsita dažas daļiņas no slāpekļa atoma kodola.
Viss process tika iemūžināts uz gaismjutīgas filmas. Tomēr, neskatoties uz to, spīdums bija tik vājš, ka Rezerfords un viņa skolēni pirms eksperimenta uzsākšanas apmēram 8 stundas sēdēja pilnīgi tumšā telpā, lai acs varētu redzēt mazākos gaismas signālus.
Pēc gaismas pēdu rakstura tika konstatēts, ka izsistās daļiņas ir skābekļa un ūdeņraža atomu kodoli. Tādējādi tika apstiprināts Rezerforda pieņēmums, ka ūdeņraža atoma kodols ir daļa no jebkura ķīmiskā elementa atoma kodola.
Protona atklāšana
Rezerfords šo daļiņu sauca par protonu. No grieķu valodas "protos" - pirmais. Jāsaprot, ka nevis protons ir ūdeņraža atoma kodols, bet, gluži pretēji, ūdeņraža atoma kodolam ir tāda struktūra, ka tajā nonāk tikai viens protons.
Citu atomu kodolu sastāvs ķīmiskie elementi var ietvert daudz vairāk protoni. Protonam ir pozitīvs elektriskais lādiņš. Šajā gadījumā protona lādiņš ir vienāds ar elektrona lādiņu, bet tam ir cita zīme.
Tādējādi šķiet, ka protons un elektrons līdzsvaro viens otru. Tāpēc visi objekti sākotnēji nekādā veidā netiek uzlādēti un iegūst lādiņu tikai tad, kad tie nonāk elektriskā laukā.
Neitrona atklāšana
Pēc protona atklāšanas zinātnieki saprata, ka kodols sastāv ne tikai no protoniem, jo, izmantojot berilija atoma kodola piemēru, izrādījās, ka kopējā protonu masa kodolā ir 4 masas vienības, savukārt kodola masa kopumā ir 9 masas vienības.
Tas ir, vēl 5 masas vienības pieder dažām citām daļiņām, kurām turklāt nav elektriskā lādiņa, jo pretējā gadījumā tiktu traucēts protonu-elektronu līdzsvars.
Rezerforda students Čadviks veica virkni eksperimentu un atklāja daļiņas, kas izdalās no berilija atoma kodola, kad to bombardēja ar alfa starojumu, bet kurām nebija lādiņa.
Uzlādes neesamību noteica fakts, ka daļiņas nekādā veidā nereaģēja uz elektromagnētisko lauku. Kļuva skaidrs, ka ir atklāts trūkstošais atoma kodola struktūras elements.
Šīs daļiņas sauca par neitroniem. Neitrona masa ir aptuveni vienāda ar protona masu, bet, kā jau minēts, tam nav lādiņa.
Kopš seniem laikiem cilvēks ir interesējies par matērijas uzbūvi, ko viņš katru dienu novēro sev apkārt. Viena no hipotēzēm, kas izvirzīta Senajā Grieķijā, ...
Kas atklāja neitronu, protonu un elektronu, un kāda nozīme tam bija cilvēcei
Autors Masterweb
01.08.2018 14:00Kopš seniem laikiem cilvēks ir interesējies par matērijas uzbūvi, ko viņš katru dienu novēro sev apkārt. Viena no hipotēzēm, kas tika izvirzīta Senajā Grieķijā, postulēja, ka matērija sastāv no elementārdaļiņām - atomiem. Taču tikai 20. gadsimtā eksperimentāli tika noskaidrots, ka atoms sastāv arī no subatomiskām daļiņām: protoniem, elektroniem un neitroniem. Rakstā tiek atklāta tēma par to, kas atklāja neitronu, protonu un elektronu, un kāda ir šo atklājumu ietekme uz cilvēces attīstību.
Atoms un subatomiskās daļiņas
Visuma matērija sastāv no mazām daļiņām, ko sauc par atomiem. Šo koncepciju jau 5. gadsimtā pirms mūsu ēras izvirzīja grieķu matemātiķis un filozofs Demokrits. No sengrieķu valodas vārds "atoms" tiek tulkots kā "nedalāms". Tā kā tehniski nebija iespējams pārbaudīt, kas ir atoms, šī hipotēze pastāvēja līdz 19. gadsimtam, kad zinātnes un tehnikas sasniegumi ļāva atomu izpētīt rūpīgāk. Pateicoties atoma izpētei 19. gadsimta beigās, tika noskaidrots, ka tas nav elementāra matērijas vienība un sastāv no mazākām daļiņām, kuras sauca par subatomiskām. Šīs daļiņas ir ierasts saukt par elektronu, protonu un neitronu, jo tās veido visu vielu atomus.
Šobrīd zinātne ir gājusi tālu uz priekšu elementārdaļiņu izpētē. Tātad, tika atklāts, ka pat subatomiskām daļiņām ir arī sava iekšējā struktūra. Turklāt ir tā sauktā antimateriāla, ko veido atomi, kas sastāv no antidaļiņām, kuras arī ir subatomiskas. Tomēr elektronu, protonu un neitronu atklāšana iezīmēja kodolfizikas un cilvēces kodolvēstures sākumu. Kas atklāja šīs subatomiskās daļiņas, ir apspriests šajā rakstā.
Mūsdienu idejas par atoma uzbūvi
Pirms turpināt atbildēt uz jautājumu par to, kas atklāja neitronus, protonus un elektronus, apsveriet, kas ir atoms no mūsdienu viedokļa.
Katra viela, ko mēs redzam katru dienu, sastāv no molekulām. Tie arī sastāv no atomiem. Lai gan dažādu molekulu skaits ir diezgan liels, tās visas veido ierobežots skaits dažādu atomu (apmēram 100). Katram atomam ir kodols, kas sastāv no protoniem un neitroniem, un ap kodolu riņķojošiem elektroniem, kura elektriskais lādiņš ir negatīvs un pēc zīmes pretējs kodola lādiņam.
Ja šīs idejas attiecinām uz ūdeni, tad jāsaka, ka ūdens pilē ar diametru 4 mm ir aptuveni 1015 molekulas. Ūdens molekula sastāv no 3 atomiem: 2 ūdeņraža atomiem un 1 skābekļa atoma. Skābekļa atoms sastāv no kodola, ko veido 8 protoni un 8 neitroni, un elektronu apvalka, kas sastāv no 8 elektroniem.
Elektrona atklāšana
Līdz 1897. gadam cilvēce uzskatīja atomu par nedalāmu, kad britu fiziķis Džozefs Džons Tomsons atklāja elektronu savos eksperimentos ar katoda stariem. Ierīce, ko izmantoja Tomsons, bija noslēgta stikla caurule, kurā tika ievietoti divi katodi un gaiss tika evakuēts. Zinātnieks atklāja, ka izstarotie katoda stari novirzās no izplatīšanās ceļa, ja tos ietekmē elektriskais lauks. Rezultātā zinātnieks atklāja, ka daļiņām, kas veido šos starus, jābūt ar negatīvu lādiņu. Pēc tam šīs daļiņas sauca par elektroniem.
Protona atklāšana
JJ Tomsona students, jaunzēlandiešu fiziķis Ernests Raterfords ir atzīts par protona atklāšanu. 20. gadsimta sākumā viņš ierosināja planētu atoma uzbūves modeli, kurā galvenā masa atrodas centrā. Razerfords nonāca pie šīs hipotēzes, analizējot eksperimentus, kuros zinātnieki Hanss Geigers un Ernests Marsdens bombardēja zelta plāksni ar alfa daļiņām.
1918. gadā Raterfords pats veica eksperimentus par alfa daļiņu mijiedarbību ar slāpekli. Šajos eksperimentos zinātnieks novēroja ūdeņraža atoma kodolu emisiju un nonāca pie secinājuma, ka tie ir "ķieģeļi" visiem pārējiem kodoliem. Tātad Rezerfords atklāja protonu. Pēc tam tika konstatēts, ka kodolmasa ievērojami pārsniedz visu atoma protonu kopējo masu, tāpēc Rezerfords ierosināja, ka atoma kodolā joprojām ir kāda smaga daļiņa, kurai nav lādiņa. Šī daļiņa bija neitrons, kas tika atklāts vēlāk.
Kurš atklāja neitronu?
Trešā daļiņa, kas veido atomu, tika atklāta 1932. gadā. Zinātnieks, kurš atklāja neitronu esamību, bija angļu fiziķis Džeimss Čadviks. Pētot atomu uzvedību, kad tos bombardē alfa daļiņas, Čadviks atklāja starojuma esamību, kura daļiņu masa bija aptuveni tāda pati kā protoniem, taču tās bija elektriski neitrālas, jo nesadarbojās ar elektrisko lauku. Turklāt šīs daļiņas spēja iekļūt matērijā un piespiest smago elementu atomus sadalīties vieglākos. Jaunās daļiņas fizikālo īpašību dēļ Čedviks to nosauca par neitronu, tāpēc viņu pamatoti uzskata par zinātnieku, kurš atklāja neitronu.
Atomu kodola enerģija
Kopš neitronu atklāšanas kodolfizika, kā arī ķīmija un tehnoloģijas ir spērušas milzīgu soli uz priekšu. Cilvēka priekšā ir pavēries jauns, praktiski neizsmeļams un tajā pašā laikā bīstams enerģijas avots.
Kodolēras sākumu cilvēce izjuta 1945. gadā, kad ASV izmēģināja postošo pirmo kodolbumbu Trinity, nometot to uz Japānas pilsētām Hirosimu un Nagasaki.
Pirmā kodolenerģijas izmantošana miermīlīgos nolūkos ir meklējama 50. gadu vidū, kad 1953. gadā tika uzbūvēts pirmais kodolreaktors, lai aizstātu amerikāņu zemūdenes Nautilus dīzeļdzinēju.
Kievyan street, 16 0016 Armēnija, Erevāna +374 11 233 255
