जेम्स चैडविक परमाणु सिद्धांत

वैज्ञानिक आज परमाणुओं को बेहद हल्के, नकारात्मक चार्ज वाले इलेक्ट्रॉनों के बादलों से घिरे छोटे, भारी, सकारात्मक चार्ज किए गए नाभिक से बने होने की कल्पना करते हैं। यह मॉडल 1920 के दशक का है, लेकिन इसकी उत्पत्ति प्राचीन ग्रीस में हुई है। दार्शनिक डेमोक्रिटस ने 400 ई.पू. के आसपास परमाणुओं के अस्तित्व का प्रस्ताव रखा। किसी ने वास्तव में नहीं लिया अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जॉन डाल्टन ने अपने परमाणु सिद्धांत की शुरुआत तक किसी भी उत्साह के साथ विचार किया idea 1800s। डाल्टन का मॉडल अधूरा था, लेकिन 19वीं शताब्दी के अधिकांश समय में यह मूल रूप से अपरिवर्तित रहा।

परमाणु मॉडल में अनुसंधान की झड़ी 19वीं सदी के अंत में और अच्छी तरह से 20 वीं शताब्दी में हुई, जिसका समापन परमाणु के श्रोडिंगर मॉडल में हुआ, जिसे क्लाउड मॉडल के रूप में जाना जाता है। 1926 में भौतिक विज्ञानी इरविन श्रोडिंगर ने इसे पेश करने के तुरंत बाद, जेम्स चाडविक - एक अन्य अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी - ने चित्र में एक महत्वपूर्ण अंश जोड़ा। चाडविक न्यूट्रॉन के अस्तित्व की खोज के लिए जिम्मेदार है, तटस्थ कण जो नाभिक को सकारात्मक चार्ज प्रोटॉन के साथ साझा करता है।

चाडविक की खोज ने क्लाउड मॉडल के संशोधन को मजबूर किया, और वैज्ञानिक कभी-कभी संशोधित संस्करण को जेम्स चाडविक परमाणु मॉडल के रूप में संदर्भित करते हैं। इस खोज ने चैडविक को 1935 का भौतिकी का नोबेल पुरस्कार दिलाया और इसने परमाणु बम के विकास को संभव बनाया। चाडविक ने सुपर-सीक्रेट मैनहट्टन परियोजना में भाग लिया, जिसकी परिणति हिरोशिमा और नागासाकी पर परमाणु बमों की तैनाती में हुई। बम ने जापान के आत्मसमर्पण में योगदान दिया (कई इतिहासकारों का मानना ​​​​है कि जापान ने वैसे भी आत्मसमर्पण कर दिया होगा) और द्वितीय विश्व युद्ध के अंत में। 1974 में चैडविक की मृत्यु हो गई।

जे.जे. थॉम्पसन ने 1890 के दशक में कैथोड रे ट्यूब का उपयोग करके इलेक्ट्रॉन की खोज की, और ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी अर्नेस्ट रदरफोर्ड, तथाकथित परमाणु भौतिकी के पिता ने 1919 में प्रोटॉन की खोज की। रदरफोर्ड ने अनुमान लगाया कि इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन मिलकर एक तटस्थ कण का निर्माण कर सकते हैं लगभग एक प्रोटॉन के समान द्रव्यमान, और वैज्ञानिकों का मानना ​​​​था कि ऐसा कण कई वर्षों तक अस्तित्व में था कारण। उदाहरण के लिए, यह ज्ञात था कि हीलियम नाभिक की परमाणु संख्या 2 है लेकिन द्रव्यमान संख्या 4 है, जिसका अर्थ है कि इसमें किसी प्रकार का तटस्थ रहस्य द्रव्यमान होता है। हालांकि, किसी ने भी कभी न्यूट्रॉन नहीं देखा था या साबित नहीं किया था कि यह अस्तित्व में है।

चाडविक विशेष रूप से फ्रेडरिक और इरेन जूलियट-क्यूरी द्वारा किए गए एक प्रयोग में रुचि रखते थे, जिन्होंने अल्फा विकिरण के साथ बेरिलियम के एक नमूने पर बमबारी की थी। उन्होंने नोट किया कि बमबारी ने एक अज्ञात विकिरण उत्पन्न किया, और जब उन्होंने इसे पैराफिन मोम के एक नमूने पर प्रहार करने की अनुमति दी, तो उन्होंने देखा कि उच्च-ऊर्जा प्रोटॉन सामग्री से बह रहे हैं।

इस स्पष्टीकरण से असंतुष्ट कि विकिरण उच्च-ऊर्जा फोटॉनों से बना था, चाडविक प्रयोग को दोहराया और निष्कर्ष निकाला कि विकिरण को भारी कणों से बना होना चाहिए कोई शुल्क नहीं। हीलियम, नाइट्रोजन और लिथियम सहित अन्य सामग्रियों पर बमबारी करके, चाडविक यह निर्धारित करने में सक्षम था कि प्रत्येक कण का द्रव्यमान एक प्रोटॉन की तुलना में थोड़ा अधिक था।

चैडविक ने मई 1932 में अपना पेपर "द एक्ज़िस्टेंस ऑफ़ ए न्यूट्रॉन" प्रकाशित किया। 1934 तक, अन्य शोधकर्ताओं ने निर्धारित किया था कि न्यूट्रॉन वास्तव में एक प्राथमिक कण था न कि प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों का संयोजन।

परमाणु की आधुनिक अवधारणा ग्रहों के मॉडल की अधिकांश विशेषताओं को बरकरार रखती है रदरफोर्ड द्वारा स्थापित, लेकिन चाडविक और डेनिश भौतिक विज्ञानी द्वारा पेश किए गए महत्वपूर्ण संशोधनों के साथ नील्स बोहर।

यह बोहर था जिसने असतत कक्षाओं की अवधारणा को शामिल किया था जिसमें इलेक्ट्रॉनों को सीमित किया गया था। उन्होंने इसे क्वांटम सिद्धांतों पर आधारित किया जो उस समय नए थे लेकिन जो वैज्ञानिक वास्तविकताओं के रूप में स्थापित हो गए हैं। बोहर मॉडल के अनुसार, इलेक्ट्रॉन असतत कक्षाओं में रहते हैं, और जब वे दूसरी कक्षा में जाते हैं, तो वे निरंतर मात्रा में नहीं, बल्कि ऊर्जा के बंडलों में उत्सर्जित या अवशोषित करते हैं, जिसे क्वांटा कहा जाता है।

बोहर और चाडविक के कार्य को सम्मिलित करते हुए परमाणु की आधुनिक तस्वीर कुछ इस तरह दिखती है: अधिकांश परमाणु खाली जगह है। ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बने एक छोटे लेकिन भारी नाभिक की परिक्रमा करते हैं। क्योंकि क्वांटम सिद्धांत, जो अनिश्चितता के सिद्धांत पर आधारित है, इलेक्ट्रॉनों को तरंगों और कणों दोनों के रूप में मानता है, वे निश्चित रूप से स्थित नहीं हो सकते। आप केवल एक विशेष स्थिति में एक इलेक्ट्रॉन की संभावना के बारे में बात कर सकते हैं, इसलिए इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर एक संभाव्यता बादल बनाते हैं।

नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या आमतौर पर प्रोटॉन की संख्या के समान होती है, लेकिन यह भिन्न हो सकती है। किसी तत्व के परमाणु जिनमें न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न होती है, उस तत्व के समस्थानिक कहलाते हैं। अधिकांश तत्वों में एक या अधिक समस्थानिक होते हैं, और कुछ में कई होते हैं। उदाहरण के लिए, टिन में 10 स्थिर समस्थानिक होते हैं और कम से कम दो बार अस्थिर होते हैं, जो इसे औसत परमाणु द्रव्यमान देता है जो इसकी परमाणु संख्या के दोगुने से काफी भिन्न होता है। यदि जेम्स चैडविक की न्यूट्रॉन की खोज कभी नहीं हुई होती, तो समस्थानिकों के अस्तित्व की व्याख्या करना असंभव होता।

चाडविक की न्यूट्रॉन की खोज ने सीधे परमाणु बम के विकास का नेतृत्व किया। क्योंकि न्यूट्रॉन में कोई चार्ज नहीं होता है, वे प्रोटॉन की तुलना में लक्ष्य परमाणुओं के नाभिक में अधिक गहराई से प्रवेश कर सकते हैं। परमाणु नाभिक की न्यूट्रॉन बमबारी नाभिक की विशेषताओं के बारे में जानकारी प्राप्त करने का एक महत्वपूर्ण तरीका बन गया।

हालांकि, वैज्ञानिकों को यह पता लगाने में देर नहीं लगी कि न्यूट्रॉन के साथ सुपर-हैवी यूरेनियम -235 पर बमबारी करना नाभिक को अलग करने और भारी मात्रा में ऊर्जा छोड़ने का एक तरीका था। यूरेनियम का विखंडन अधिक उच्च-ऊर्जा न्यूट्रॉन उत्पन्न करता है जो अन्य यूरेनियम परमाणुओं को अलग करता है, और परिणाम एक बेकाबू श्रृंखला प्रतिक्रिया है। एक बार जब यह ज्ञात हो गया, तो यह केवल एक वितरण योग्य आवरण में मांग पर विखंडन प्रतिक्रिया शुरू करने का एक तरीका विकसित करने की बात थी। फैट मैन और लिटिल बॉय, हिरोशिमा और नागासाकी को नष्ट करने वाले बम, गुप्त युद्ध के प्रयास का परिणाम थे जिसे मैनहट्टन प्रोजेक्ट के रूप में जाना जाता था जिसे ऐसा करने के लिए आयोजित किया गया था।

चैडविक परमाणु सिद्धांत भी रेडियोधर्मिता को समझना संभव बनाता है। कुछ प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले खनिज - साथ ही साथ मानव निर्मित - अनायास विकिरण उत्सर्जित करते हैं, और इसका कारण नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की सापेक्ष संख्या से है। एक नाभिक सबसे अधिक स्थिर होता है जब इसकी संख्या समान होती है, और यह अस्थिर हो जाता है जब इसमें एक से अधिक हो। स्थिरता प्राप्त करने के प्रयास में, एक अस्थिर नाभिक ऊर्जा को अल्फा, बीटा या गामा विकिरण के रूप में फेंकता है। अल्फा विकिरण भारी कणों से बना होता है, प्रत्येक में दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं। बीटा विकिरण में इलेक्ट्रॉन और फोटॉन के गामा विकिरण होते हैं।

नाभिक और रेडियोधर्मिता के अध्ययन के हिस्से के रूप में, वैज्ञानिकों ने प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को और अधिक विच्छेदित किया है ताकि यह पता लगाया जा सके कि वे स्वयं क्वार्क नामक छोटे कणों से बने हैं। नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को एक साथ रखने वाले बल को मजबूत बल कहा जाता है, और जो क्वार्क को एक साथ रखता है उसे रंग बल के रूप में जाना जाता है। मजबूत बल रंग बल का एक उपोत्पाद है, जो स्वयं ग्लून्स के आदान-प्रदान पर निर्भर करता है, जो अभी तक एक अन्य प्रकार के प्राथमिक कण हैं।

जेम्स चैडविक परमाणु मॉडल द्वारा संभव की गई समझ ने दुनिया को परमाणु युग में ला दिया है, लेकिन इससे कहीं अधिक रहस्यमय और जटिल दुनिया का द्वार खुला है। उदाहरण के लिए, वैज्ञानिक एक दिन यह साबित कर सकते हैं कि संपूर्ण ब्रह्मांड, जिसमें परमाणु नाभिक और वे क्वार्क शामिल हैं, जिनसे वे बने हैं, कंपन ऊर्जा के अनंत तारों से बना है। वे जो कुछ भी खोजते हैं, वे चाडविक जैसे अग्रदूतों के कंधों पर खड़े होकर करेंगे।