제임스 채드윅 원자 이론

오늘날 과학자들은 원자가 매우 가볍고 음전하를 띤 전자 구름으로 둘러싸인 작고 무겁고 양전하를 띤 핵으로 구성되어 있다고 상상합니다. 이 모델은 1920 년대로 거슬러 올라가지 만 고대 그리스에서 유래되었습니다. 철학자 데모 크리 투스는 기원전 400 년경에 원자의 존재를 제안했습니다. 아무도 실제로 영국의 물리학자인 John Dalton이 초기에 그의 원자 이론을 소개 할 때까지 1800 년대. Dalton의 모델은 불완전했지만 19 세기 대부분의 기간 동안 기본적으로 변하지 않았습니다.

원자 모델에 대한 연구는 19 세기 말과 20 세기에 이루어졌으며, 구름 모델로 알려진 원자의 슈뢰딩거 모델에서 절정에 달했습니다. 물리학자인 Erwin Schrodinger가 1926 년에 그것을 소개 한 직후, 또 다른 영국 물리학자인 James Chadwick은이 그림에 중요한 부분을 추가했습니다. 채드윅은 양전하를 띤 양성자와 핵을 공유하는 중성자 인 중성자의 존재를 발견하는 책임이 있습니다.

채드윅의 발견으로 인해 클라우드 모델이 수정되었으며 과학자들은 때때로 수정 된 버전을 제임스 채드윅 원자 모델이라고 부릅니다. 이 발견은 채드윅이 1935 년 물리학 노벨상을 받았으며 원자 폭탄의 개발을 가능하게했습니다. 채드윅은 히로시마와 나가사키에 핵폭탄을 배치하는 데 절정을 이루는 극비 맨해튼 프로젝트에 참여했습니다. 폭탄은 일본의 항복 (많은 역사가들은 일본이 어쨌든 항복했을 것이라고 믿고 있음)과 제 2 차 세계 대전의 종식에 기여했습니다. 채드윅은 1974 년에 사망했습니다.

J.J. Thompson은 1890 년대에 음극선 관을 사용하여 전자를 발견했고, 이른바 핵 물리학의 아버지 인 영국의 물리학 자 Ernest Rutherford는 1919 년에 양성자를 발견했습니다. Rutherford는 전자와 양성자가 결합하여 중성 입자를 생성 할 수 있다고 추측했습니다. 양성자와 거의 같은 질량을 가지고 있으며 과학자들은 그러한 입자가 여러 원인. 예를 들어, 헬륨 핵은 원자 번호가 2이지만 질량 번호가 4라는 것이 알려 졌는데, 이는 일종의 중성 미스터리 질량을 포함하고 있음을 의미합니다. 그러나 중성자를 관찰하거나 존재한다는 것을 증명 한 사람은 아무도 없습니다.

Chadwick은 특히 알파 방사선으로 베릴륨 샘플을 폭격 한 Frédéric과 Irène Joliot-Curie가 수행 한 실험에 관심이있었습니다. 그들은 포격이 알려지지 않은 방사선을 생성하고 파라핀 왁스 샘플을 쳤을 때 고 에너지 양성자가 물질에서 떨어지는 것을 관찰했습니다.

복사가 고 에너지 광자로 만들어 졌다는 설명에 불만족, 채드윅 실험을 복제하고 방사선은 무거운 입자로 구성되어야한다고 결론지었습니다. 더 요금 없음. 헬륨, 질소, 리튬을 포함한 다른 물질에 충격을가함으로써 채드윅은 각 입자의 질량이 양성자의 질량보다 약간 더 크다는 것을 확인할 수있었습니다.

채드윅은 1932 년 5 월에 그의 논문“중성자의 존재”를 발표했습니다. 1934 년에 다른 연구자들은 중성자가 실제로 양성자와 전자의 조합이 아니라 기본 입자라고 결정했습니다.

원자에 대한 현대 개념은 행성 모델의 대부분의 특성을 유지합니다. Rutherford에 의해 설립되었지만 Chadwick과 덴마크 물리학 자에 의해 도입 된 중요한 수정 사항 Neils Bohr.

전자가 한정된 이산 궤도의 개념을 통합 한 사람은 보어였습니다. 그는 이것을 당시에 새로운 것이었지만 과학적 현실로 확립 된 양자 원리를 기반으로했습니다. Bohr 모델에 따르면 전자는 이산 궤도를 차지하고 다른 궤도로 이동할 때 연속적인 양이 아니라 양자라고 불리는 에너지 묶음으로 방출하거나 흡수합니다.

보어와 채드윅의 작업을 통합 한 원자의 현대적 그림은 다음과 같습니다. 원자의 대부분은 빈 공간입니다. 음전하를 띤 전자는 양성자와 중성자로 구성된 작지만 무거운 핵을 공전합니다. 불확실성 원리에 기반한 양자 이론은 전자를 파동과 입자로 간주하기 때문에 결정적으로 위치를 찾을 수 없습니다. 전자가 특정 위치에있을 가능성에 대해서만 이야기 할 수 있으므로 전자는 핵 주위에 확률 구름을 형성합니다.

핵의 중성자의 수는 일반적으로 양성자의 수와 같지만 다를 수 있습니다. 중성자 수가 다른 원소의 원자를 해당 원소의 동위 원소라고합니다. 대부분의 원소는 하나 이상의 동위 원소를 가지고 있으며 일부는 여러 개를 가지고 있습니다. 예를 들어, 주석은 10 개의 안정한 동위 원소와 적어도 두 배의 불안정한 동위 원소를 가지고있어 평균 원자 질량이 원자 번호의 두 배와 크게 다릅니다. James Chadwick의 중성자 발견이 한번도 일어나지 않았다면 동위 원소의 존재를 설명하는 것은 불가능할 것입니다.

채드윅의 중성자 발견은 직접 원자 폭탄의 개발로 이어졌습니다. 중성자는 전하가 없기 때문에 양성자보다 표적 원자의 핵에 더 깊이 침투 할 수 있습니다. 원자핵에 대한 중성자 충격은 핵의 특성에 대한 정보를 얻는 중요한 방법이되었습니다.

그러나 과학자들은 중성자로 초 중량 우라늄 -235를 폭격하는 것이 핵을 분리하고 엄청난 양의 에너지를 방출하는 방법이라는 것을 발견하는 데 오래 걸리지 않았습니다. 우라늄의 핵분열은 다른 우라늄 원자를 분해하는 더 많은 고 에너지 중성자를 생성하며 그 결과 제어 할 수없는 연쇄 반응이 발생합니다. 일단 이것이 알려졌을 때 인도 가능한 케이스에서 필요에 따라 핵분열 반응을 시작하는 방법을 개발하는 것이 문제였습니다. 히로시마와 나가사키를 파괴 한 폭탄 인 팻맨과 리틀 보이는 맨해튼 프로젝트로 알려진 비밀 전쟁 노력의 결과였습니다.

채드윅 원자 이론은 또한 방사능을 이해하는 것을 가능하게합니다. 자연적으로 발생하는 일부 광물과 인공 광물은 자발적으로 방사선을 방출하며 그 이유는 핵에있는 양성자와 중성자의 상대적인 수와 관련이 있습니다. 핵은 같은 수를 가질 때 가장 안정적이며, 하나 이상을 가질 때 불안정 해집니다. 안정성을 회복하기 위해 불안정한 핵은 알파, 베타 또는 감마 방사선의 형태로 에너지를 방출합니다. 알파 방사선은 각각 두 개의 양성자와 두 개의 중성자로 구성된 무거운 입자로 구성됩니다. 베타 방사선은 전자와 광자의 감마 방사선으로 구성됩니다.

핵과 방사능 연구의 일환으로 과학자들은 양성자와 중성자를 추가로 해부하여 쿼크라고하는 더 작은 입자로 구성되어 있음을 확인했습니다. 핵에서 양성자와 중성자를 함께 묶는 힘을 강한 힘이라고하고 쿼크를 함께 묶는 힘을 색의 힘이라고합니다. 강한 힘은 색력의 부산물이며, 이는 또 다른 유형의 기본 입자 인 글루온의 교환에 의존합니다.

James Chadwick 원자 모델에 의해 가능해진 이해는 세계를 핵 시대로 이끌었지만 훨씬 더 신비하고 복잡한 세계로의 문은 활짝 열려 있습니다. 예를 들어, 과학자들은 언젠가는 원자핵과 그것이 만들어지는 쿼크를 포함한 전체 우주가 극히 작은 진동 에너지 줄로 구성되어 있음을 증명할 수 있습니다. 그들이 무엇을 발견하든 그들은 채드윅과 같은 개척자들의 어깨에 서서 그것을 할 것입니다.