Le adamh tríd na haoiseanna - cuid 3

Bhí múnla pláinéadach Rutherford den adamh níos gaire don réaltacht ná "maróg raisin" Thomson. Mar sin féin, níor mhair saol an choincheapa seo ach dhá bhliain, ach sular labhair tú faoi chomharba, tá sé in am na chéad rúin adamhach eile a réiteach.

1. Iseatóip hidrigine: prótacal cobhsaí agus deoitéiriam agus tritiam radaighníomhach (grianghraf: BruceBlaus/Wikimedia Commons).

avalanche núicléach

An fionnachtain an feiniméan na radaighníomhaíochta, a bhí marcáilte tús na unraveling an rúndiamhra an adaimh, ar dtús faoi bhagairt ar bhonn na ceimice - dlí na tréimhsiúlacht. I mbeagán ama, aithníodh cúpla dosaen substaintí radaighníomhacha. Bhí na hairíonna ceimiceacha céanna ag cuid acu, in ainneoin na mais adamhach éagsúla, agus bhí airíonna éagsúla ag daoine eile, leis na maiseanna céanna. Thairis sin, i réimse an tábla peiriadach inar chóir iad a bheith curtha mar gheall ar a meáchan, ní raibh go leor spáis saor in aisce chun freastal orthu go léir. Cailleadh an tábla peiriadach mar gheall ar avalanche fionnachtana.

2. Macasamhail mais-speictriméadar J.J. Thompson ó 1911 (grianghraf: Jeff Dahl/Wikimedia Commons)

núicléas adamhach

Tá sé seo 10-100. uaireanta níos lú ná an t-adamh ar fad. Dá ndéanfaí núicléas adaimh hidrigine a mhéadú go dtí méid liathróide le trastomhas 1 cm agus é a chur i lár páirce peile, ansin bheadh ​​leictreon (níos lú ná ceann bioráin) i gcóngar cúl. (os cionn 50 m).

Tá beagnach mais iomlán adaimh comhchruinnithe sa núicléas, mar shampla, i gcás óir tá sé beagnach 99,98%. Samhlaigh ciúb den mhiotal seo a bhfuil meáchan 19,3 tonna ann. Gach rud núicléis na n-adamh óir tá toirt iomlán níos lú ná 1/1000 mm3 (liathróid le trastomhas níos lú ná 0,1 mm). Mar sin, tá an t-adamh uafásach folamh. Ní mór do léitheoirí dlús an bhunábhair a ríomh.

Fuair ​​Frederick Soddy an réiteach ar an bhfadhb seo i 1910. Thug sé isteach coincheap na n-iseatóip, i.e. cineálacha den eilimint chéanna atá difriúil ina mais adamhach (1). Mar sin, chuir sé postulate eile de Dalton faoi cheist - ón nóiméad sin ar aghaidh, níor cheart go mbeadh eilimint cheimiceach comhdhéanta d'adaimh den mhais chéanna a thuilleadh. Mar gheall ar an hipitéis iseatópach, tar éis daingniú turgnamhach (mais-speictreagraf, 1911), bhíothas in ann luachanna codánacha na maiseanna adamhacha de roinnt dúile a mhíniú - is meascáin de go leor iseatóip an chuid is mó díobh, agus mais adamhach is é meán ualaithe na maiseanna díobh go léir (2).

Comhpháirteanna Eithne

Rinne duine eile de mhic léinn Rutherford, Henry Moseley, staidéar ar X-ghathanna a astaíonn gnéithe aitheanta i 1913. Murab ionann agus speictrim optúil casta, tá an speictream X-ghathaithe an-simplí - ní astaíonn gach eilimint ach dhá thonnfhad, agus is furasta a dtonnfhad a chomhghaolú le lucht a núicléas adamhach.

3. Ceann de na meaisíní X-gha a úsáideann Moseley (grianghraf: Magnus Manske/Wikimedia Commons)

Rinne sé seo indéanta den chéad uair fíorlíon na n-eilimintí atá ann cheana féin a chur i láthair, chomh maith le fáil amach cé mhéad acu nach bhfuil go leor fós chun na bearnaí sa tábla peiriadach a líonadh (3).

Tugtar prótón (prótón Gréigis = ar dtús) ar cháithnín a iompraíonn lucht deimhneach. Tháinig fadhb eile chun cinn láithreach. Tá mais prótóin timpeall cothrom le 1 aonad. De bharr an méid núicléas adamhach tá mais 11 aonad ag sóidiam le lucht 23 aonad? Mar an gcéanna, ar ndóigh, tá an cás le heilimintí eile. Ciallaíonn sé seo go gcaithfidh cáithníní eile a bheith i láthair sa núicléas agus nach bhfuil lucht acu. Ar dtús, ghlac na fisiceoirí leis go raibh siad seo ceangailte go láidir le prótóin le leictreoin, ach sa deireadh cruthaíodh go raibh cáithnín nua le feiceáil - an neodrón ( Laidin neodrón = neodrach). Ba é an fisiceoir Sasanach James Chadwick a d'aimsigh an buncháithnín seo (na "brící" bunúsacha mar a thugtar air) sa bhliain 1932.

Is féidir le prótóin agus neodrón casadh ar a chéile. Déanann fisiceoirí tuairimíocht gur foirmeacha iad de cháithnín ar a dtugtar núicléón (núicléas Laidineach = núicléas).

Ós rud é gur prótón é núicléas an iseatóp hidrigine is simplí, is féidir a fheiceáil go bhfuil William Prout ina hipitéis "hidrigine" tógáil adamh ní raibh sé ró-mhícheart (féach: “Leis an adamh trí na haoiseanna - cuid 2”; “Teicneoir Óg” Uimh. 8/2015). Ar dtús, bhí fiú luaineachtaí idir na hainmneacha prótón agus "prótón".

4. Fótachealla ag an deireadh - is é an éifeacht fhótaileictreach bunús a gcuid oibre (grianghraf: Ies / Wikimedia Commons)

Níl gach rud ceadaithe

Bhí "locht ó bhroinn" ar mhúnla Rutherford tráth a chuma. De réir dhlíthe electrodinimic Maxwell (arna dhaingniú ag craoladh raidió a bhí ag feidhmiú cheana féin ag an am sin), ba cheart go ndéanfadh leictreon ag gluaiseacht i gciorcal tonn leictreamaighnéadach a ghathú.

Mar sin, cailleann sé fuinneamh, agus mar thoradh ar a thiteann sé ar an núicléas. Faoi ghnáthchoinníollacha, ní radiaíonn adaimh (déantar speictrim nuair a théitear iad go teocht ard) agus ní thugtar faoi deara tubaistí adamhacha (tá saolré measta leictreoin níos lú ná aon mhilliúnú soicind).

Mhínigh samhail Rutherford toradh an turgnaimh scaipthe cáithníní, ach fós níor chomhfhreagraíonn sé don réaltacht.

I 1913, d'éirigh le daoine "a úsáidtear" as an bhfíric go nglactar fuinneamh sa mhicreacosm agus nach seoltar é i gcainníocht ar bith, ach i gcodanna, ar a dtugtar quanta. Ar an mbonn seo, mhínigh Max Planck nádúr an speictrim radaíochta a astaíonn comhlachtaí téite (1900), agus mhínigh Albert Einstein (1905) rúin na héifeachta fótaileictreach, is é sin, astú leictreoin ag miotail shoilsithe (4).

5. Taispeánann íomhá díraonta leictreon ar chriostal ocsaíd tantalam a struchtúr siméadrach (grianghraf: Sven.hovmoeller/Wikimedia Commons)

D'fheabhsaigh fisiceoir Danmhairge Niels Bohr samhail an adaimh Rutherford. Mhol sé nach ngluaiseann leictreoin ach amháin i bhfithis a chomhlíonann coinníollacha fuinnimh áirithe. Ina theannta sin, ní astaíonn leictreoin radaíocht agus iad ag bogadh, agus ní dhéantar fuinneamh a ionsú agus a astú ach amháin nuair a shuntar idir fithisí é. Bhí na boinn tuisceana ag teacht salach ar an bhfisic chlasaiceach, ach d’éirigh leis na torthaí a fuarthas ar a mbonn (méid an adaimh hidrigine agus fad línte a speictrim) a bheith comhsheasmhach leis an turgnamh. nuabheirthe samhail atomu.

Ar an drochuair, ní raibh na torthaí bailí ach don adamh hidrigine (ach níor mhínigh siad na breathnuithe speictreach go léir). Maidir le heilimintí eile, níor fhreagraíonn na torthaí ríofa don réaltacht. Mar sin, ní raibh samhail theoiriciúil den adamh ag fisiceoirí fós.

Thosaigh rúndiamhra ag glanadh suas tar éis aon bhliain déag. Dhéileáil tráchtas dochtúireachta an fhisiceora Francach Ludwik de Broglie le hairíonna tonnta na gcáithníní ábhartha. Tá sé cruthaithe cheana féin go n-iompraíonn solas, chomh maith le tréithe tipiciúla tonn (idirdhealaithe, athraonta), cosúil le bailiúchán cáithníní - fótóin (mar shampla, imbhuailtí leaisteacha le leictreoin). Ach mais rudaí? Bhí an chuma ar an moladh mar bhrionglóid phíobáin do phrionsa a bhí ag iarraidh a bheith ina fhisiceoir. Mar sin féin, i 1927 rinneadh turgnamh a dhearbhaigh hipitéis de Broglie - díraontaíodh an léas leictreon ar chriostail miotail (5).

Cad as a tháinig adaimh?

Cosúil le gach duine eile: Big Bang. Creideann fisiceoirí gur foirmíodh prótóin, neodrón agus leictreoin, is é sin, na comh-adaimh, i gcodán soicind ón "pointe nialasach". Cúpla nóiméad ina dhiaidh sin (nuair a fhuaraigh an chruinne agus tháinig laghdú ar dhlús an ábhair), chomhcheangail na núicléis le chéile, ag foirmiú núicléis na ndúl seachas hidrigin. Cruthaíodh an méid is mó de héiliam, chomh maith le rianta de na trí ghné seo a leanas. Ach amháin tar éis 100 XNUMX Le blianta fada, thug coinníollacha cead do leictreoin ceangal le núicléis - foirmíodh na chéad adaimh. Bhí orm fanacht tamall fada ar an gcéad cheann eile. Ba chúis le luaineachtaí randamacha i ndlús foirmiú dlúis, rud a mheall níos mó agus níos mó ábhar mar a bhí siad. Go gairid, i ndorchadas na cruinne, d'éirigh na chéad réaltaí suas.

Tar éis timpeall billiún bliain, thosaigh cuid acu ag fáil bháis. Ina gcúrsa a tháirgtear siad núicléis na n-adamh síos go iarann. Anois, nuair a fuair siad bás, scaip siad iad ar fud an réigiúin, agus rugadh réaltaí nua ón luaithreach. Bhí deireadh iontach ag an gcuid is mó acu. Le linn pléascanna ollnóva, cuireadh an oiread sin cáithníní ar na núicléis gur foirmíodh fiú na heilimintí is troime. Chruthaigh siad réaltaí, pláinéid nua, agus ar roinnt cruinneoga - an saol.

Tá sé cruthaithe go bhfuil tonnta ábhar ann. Ar an láimh eile, measadh go raibh leictreon in adamh mar thonn seasta, mar gheall ar nach ndéanann sé fuinneamh radiate. Baineadh úsáid as airíonna tonnta na leictreoin ag gluaiseacht chun micreascóip leictreon a chruthú, rud a d'fhág gur féidir adaimh a fheiceáil den chéad uair (6). Sna blianta ina dhiaidh sin, d'fhág obair Werner Heisenberg agus Erwin Schrödinger (ar bhonn hipitéis de Broglie) gur féidir samhail nua a fhorbairt de shliogáin leictreoin an adaimh, bunaithe go hiomlán ar thaithí. Ach is ceisteanna iad seo atá lasmuigh de scóip an ailt.

Tháinig aisling na n-ailceimiceoirí fíor

Tá claochluithe radaighníomhacha nádúrtha, ina bhfoirmítear eilimintí nua, ar eolas ó dheireadh an 1919ú haois. I XNUMX, rud nach raibh ach nádúr in ann go dtí seo. Le linn na tréimhse seo bhí Ernest Rutherford i mbun idirghníomhú na gcáithníní le hábhar. Le linn na dtástálacha, thug sé faoi deara go raibh na prótóin le feiceáil mar thoradh ar ionradaíocht le gás nítrigine.

Ba é an t-aon mhíniú ar an bhfeiniméan ná an t-imoibriú idir núicléis héiliam (cáithnín agus núicléas iseatóp den eilimint seo) agus nítrigin (7). Mar thoradh air sin, foirmítear ocsaigin agus hidrigin (is é prótón núicléas an iseatóp is éadrom). Tá aisling na hailceimiceoirí maidir le tras-athrú tagtha chun cinn. Sna blianta ina dhiaidh sin, táirgeadh eilimintí nach bhfuil le fáil sa nádúr.

Ní raibh ullmhóidí radaighníomhacha nádúrtha a astaíonn a-cháithníní oiriúnach don chuspóir seo a thuilleadh (tá bacainn Coulomb de núicléis throma rómhór le go dtig le cáithnín éadrom druidim leo). D'iompaigh na luasairí, a thug fuinneamh ollmhór do núicléis iseatóip throma, mar "foirnéisí ailceimiceacha" ina ndearna sinsear poitigéirí an lae inniu iarracht "rí na miotail" a fháil (8).

I ndáiríre, cad faoi ór? Is minic a bhain ailceimiceoirí mearcair úsáid as mar amhábhar lena tháirgeadh. Ní mór a admháil go raibh “srón” fíor acu sa chás seo. Is ó mhearcair atá cóireáilte le neodrón in imoibreoir núicléach a fuarthas ór saorga ar dtús. Taispeánadh an píosa miotail i 1955 ag Comhdháil Adamhach na Ginéive.

Fíor 6. Adaimh ar dhromchla an óir, le feiceáil san íomhá i micreascóp tollánaithe scanadh.

7. Scéim an chéad aistrithe daonna ar na heilimintí

An nuacht ar bhaint amach na fisiceoirí ba chúis fiú corraigh gearr ar na malartuithe stoc domhanda, ach bhí bhréagnaigh na tuarascálacha preas sensational ag faisnéis faoi phraghas na méine a bhaintear ar an mbealach seo - tá sé i bhfad níos daoire ná ór nádúrtha. Ní chuirfidh imoibreoirí in ionad an mhianaigh miotail lómhara. Ach tá na iseatóip agus na heilimintí saorga a tháirgtear iontu (chun críocha míochaine, fuinnimh, taighde eolaíoch) i bhfad níos luachmhaire ná ór.

8. Cioglatrón stairiúil ag sintéisiú na chéad chúpla eilimint tar éis úráiniam sa tábla peiriadach (Lawrence Radiation Laboratory, Ollscoil California, Berkeley, Lúnasa 1939)

Do léitheoirí ar mhaith leo na ceisteanna a ardaítear sa téacs a fhiosrú, molaim sraith alt leis an Uasal Tomasz Sowiński. Le feiceáil i "Young Technics" i 2006-2010 (faoin gceannteideal "Conas a fuair siad amach"). Tá na téacsanna ar fáil freisin ar shuíomh Gréasáin an údair ag: .

Rothaíocht"Le adamh ar feadh na mblianta» Thosaigh sé le meabhrúchán gur minic a tugadh aois an adaimh ar an céad seo caite. Ar ndóigh, ní féidir éachtaí bunúsacha fisiceoirí agus poitigéirí an XNUMXú haois a thabhairt faoi deara i struchtúr an ábhair. Le blianta beaga anuas, áfach, tá eolas faoin microcosm ag leathnú níos tapúla agus níos tapúla, tá teicneolaíochtaí á bhforbairt a ligeann do adaimh agus móilíní aonair a ionramháil. Tugann sé seo an ceart dúinn a rá nach bhfuil fíor-aois an adaimh tagtha fós.