Pagājušā gadsimta vidus iezīmēja jaunas ēras dzimšanu cilvēces vēsturē. Akmens laikmetu savulaik nomainīja bronzas laikmets, tad pēc kārtas sekoja dzelzs, tvaika un elektrības valdīšanas periodi. Mēs šobrīd atrodamies atoma laikmeta pašā sākumā. Pat visvirspusējās zināšanas atoma kodola uzbūves jomā paver cilvēcei vēl nebijušus apvāršņus.
Ko mēs zinām par atoma kodolu? Fakts, ka tas veido 99,99% no visa atoma masas un sastāv no daļiņām, kuras parasti sauc par nukleoniem. Kas ir nukleoni, cik to ir, kas tie ir, tagad zina katrs vidusskolnieks, kuram fizikā ir ciets četrinieks.
Kā mēs iedomājamies atoma uzbūvi
Ak, drīz neparādīsies tehnika, kas ļaus saskatīt daļiņas, kas veido atomu, atoma kodolu. Ir tūkstošiem jautājumu par to, kā viela ir sakārtota, un ir arī daudz teoriju par elementārdaļiņu uzbūvi. Līdz šim teorija, kaatbild uz lielāko daļu jautājumu, ir atoma struktūras planetārais modelis.
Saskaņā ar to, negatīvi lādēti elektroni griežas ap pozitīvi lādētu kodolu, ko notur elektriskā pievilcība. Kas ir nukleoni? Fakts ir tāds, ka kodols nav monolīts, tas sastāv no pozitīvi lādētiem protoniem un neitroniem - daļiņām ar nulles lādiņu. Šīs ir daļiņas, no kurām tiek veidots atoma kodols, un tās ir pieņemts saukt par nukleoniem.
No kurienes radās šī teorija, ja daļiņas ir tik mazas? Zinātnieki nonāca pie secinājuma par atoma planētu uzbūvi, novirzot dažādu mikrodaļiņu starus uz plānākajām metāla plāksnēm.
Kādi ir tā izmēri
Zināšanas par atoma uzbūvi nebūs pilnīgas, ja neiedomāsimies tā elementus mērogā. Kodols ir ārkārtīgi mazs, pat salīdzinot ar pašu atomu. Ja jūs iedomājaties atomu, piemēram, zeltu, milzīga balona formā ar diametru 200 metri, tad tā kodols būs tikai … lazdu rieksts. Bet kas ir nukleoni un kāpēc tiem ir tik svarīga loma? Jā, kaut vai tāpēc, ka tieši tajos ir koncentrēta visa atoma masa.
Kristāla režģa ligzdās zelta atomi atrodas diezgan blīvi, tāpēc attālums starp blakus esošajiem "riekstiem" mūsu pieņemtajā skalā būs aptuveni 250-300 metri.
Protons
Zinātniekiem jau sen ir aizdomas, ka atoma kodols nav kaut kāda monolīta viela. Sāpīgi pārsteidza masas un lādiņa lielums, kas “pa soļiem” pieauga no viena ķīmiskā elementa uz otru. Tas bija loģiski pieņemtka ir noteiktas daļiņas ar fiksētu pozitīvu lādiņu, no kurām tiek “savākti” visu atomu kodoli. Cik pozitīvi lādētu nukleonu ir kodolā, tas būs tā lādiņš.
Pieņēmumi par atoma kodola sarežģīto uzbūvi tika izteikti Mendeļejeva periodiskās elementu tabulas konstruēšanas periodā. Taču tehniskās iespējas eksperimentāli apstiprināt minējumus tolaik nepastāvēja. Tikai 20. gadsimta sākumā Ernests Raterfords veica eksperimentu, kas apstiprināja protona esamību.
Radioaktīvo metālu starojuma vielas iedarbības rezultātā ik pa laikam parādījās kāda daļiņa - ūdeņraža atoma kodola kopija. Tam bija vienāds svars (1,67 ∙ 10-27 kg) un atomu lādiņš +1.
Neitrons
Secinājums par nepieciešamību meklēt citu daļiņu, ko neklātienē sauc par neitronu, nāca ātri. Tā kā jautājums par to, cik nukleonu ir kodolā un kādi tie ir, ir saistīts ar nevienmērīgu masas un lādiņa pieaugumu, mainoties elementa kārtas numuram. Rezerfords izdarīja pieņēmumu par protonu dvīņa eksistenci ar nulles lādiņu, taču viņam neizdevās apstiprināt savus minējumus.
Kopumā kodolzinātniekiem jau bija labs priekšstats par to, kas ir nukleoni un par atomu kodolu kvantitatīvo sastāvu. Un nenotveramā daļiņa, ko eksperimentāli neviens neatklāja, gaidīja spārnos. Par tās atklājēju tiek uzskatīts Džeimss Čedviks, kuram izdevās izolēt "neredzamo" no vielas,pakļaujot to bombardēšanai ar hēlija kodoliem, kas paātrināti līdz īpaši lieliem ātrumiem (α-daļiņām). Daļiņas masa, kā gaidīts, izrādījās vienāda ar iepriekš atklātā protona masu. Saskaņā ar mūsdienu pētījumiem neitrons ir nedaudz smagāks.
Nedaudz vairāk par atoma kodola "ķieģeļiem"
Aprēķināt, cik nukleonu ir ķīmiskā elementa vai tā izotopa kodolā, ir viegli. Tam nepieciešamas divas lietas: periodiskā tabula un kalkulators, lai gan jūs varat aprēķināt savā prātā. Piemērs ir divi parastie urāna izotopi: 235 un 238. Šie skaitļi atspoguļo atomu masu. Urāna sērijas numurs ir 92, tas vienmēr apzīmē kodola lādiņu.
Kā zināms, nukleoni atoma kodolā var būt vai nu pozitīvi lādēti protoni, vai arī tādas pašas masas neitroni, bet bez lādiņa. Sērijas numurs 92 apzīmē numuru protonu kodolā. Neitronu skaitu aprēķina ar vienkāršu atņemšanu:
- - urāns 235, neitronu skaits=235 – 92=143;
- - urāns 238, neitronu skaits=238 - 92=146.
Un cik nukleonus var savest kopā vienlaikus? Tiek uzskatīts, ka noteiktā zvaigžņu ar pietiekamu masu dzīves posmā, kad kodoltermiskā reakcija vairs nespēj ierobežot gravitācijas spēku, spiediens zvaigznes zarnās palielinās tik daudz, ka tā "pielipina" elektronus. protoni. Rezultātā lādiņš kļūst par nulli, un protonu-elektronu pāris kļūst par neitronu. Iegūtā viela, kas sastāv no "presētiem" neitroniem, ir ārkārtīgi blīva.
Zvaigzne, kas sver mūsu Sauli, pārvēršas par bumbuvairākus desmitus kilometru diametrā. Tējkarote šādas "neitronu putras" uz Zemes varētu svērt vairākus simtus tonnu.
