जेम्स चाडविक परमाणु सिद्धांत

विषय

• चैडविक ने न्यूट्रॉन की खोज कैसे की?
• चाडविक परमाणु सिद्धांत का महत्व
• जेम्स चाडविक ने परमाणु बम में योगदान दिया
• न्यूट्रॉन, रेडियोधर्मिता और परे

वैज्ञानिक आज परमाणुओं की कल्पना करते हैं क्योंकि वे छोटे, भारी, धनात्मक रूप से आवेशित नाभिक से बने होते हैं, जो बेहद हल्के, नकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉनों के बादलों से घिरे होते हैं। यह मॉडल 1920 के दशक का है, लेकिन इसकी उत्पत्ति प्राचीन ग्रीस में है। दार्शनिक डेमोक्रिटस ने परमाणुओं के अस्तित्व का प्रस्ताव 400 ई.पू. 1800 के दशक की शुरुआत में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जॉन डाल्टन ने अपने परमाणु सिद्धांत को पेश करने तक किसी ने वास्तव में किसी भी उत्साह के साथ विचार नहीं किया। Daltons मॉडल अधूरा था, लेकिन यह मूल रूप से 19 वीं शताब्दी के अधिकांश समय में अपरिवर्तित रहा।

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

चैडविक्स की खोज ने क्लाउड मॉडल के पुनरीक्षण को मजबूर किया, और वैज्ञानिक कभी-कभी संशोधित संस्करण को जेम्स चैडविक परमाणु मॉडल के रूप में संदर्भित करते हैं। खोज ने भौतिकी में चैडविक को 1935 का नोबेल पुरस्कार दिया और इसने परमाणु बम के विकास को संभव बनाया। चाडविक ने सुपर-गुप्त 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 किया होगा) और द्वितीय विश्व युद्ध का अंत। चाडविक का 1974 में निधन हो गया।

चैडविक ने न्यूट्रॉन की खोज कैसे की?

जे.जे. थॉम्पसन ने 1890 के दशक में कैथोड रे ट्यूब का उपयोग करके इलेक्ट्रॉन की खोज की, और ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी अर्नेस्ट रदरफोर्ड, जिसे परमाणु भौतिकी के तथाकथित पिता थे, ने 1919 में प्रोटॉन की खोज की। रदरफोर्ड ने अनुमान लगाया कि इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन गठबंधन कर सकते हैं जो एक तटस्थ कण का उत्पादन कर सकते हैं। एक प्रोटॉन के रूप में द्रव्यमान, और वैज्ञानिकों का मानना ​​था कि ऐसा कण कई कारणों से अस्तित्व में था। 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 है। किसी ने कभी भी एक न्यूट्रॉन नहीं देखा था या साबित किया था कि यह अस्तित्व में है, हालांकि।

Chadwick को विशेष रूप से Frédéric और Irène Joliot-Curie द्वारा किए गए एक प्रयोग में दिलचस्पी थी, जिसने अल्फा विकिरण के साथ बेरिलियम के नमूने पर बमबारी की थी। उन्होंने नोट किया कि बमबारी ने एक अज्ञात विकिरण का उत्पादन किया, और जब उन्होंने इसे पैराफिन मोम के एक नमूने पर हमला करने की अनुमति दी, तो उन्होंने उच्च-ऊर्जा वाले प्रोटॉन को सामग्री से बहते हुए देखा।

इस स्पष्टीकरण से असंतुष्ट कि विकिरण उच्च-ऊर्जा फोटॉन से बना था, चाडविक ने प्रयोग की नकल की और निष्कर्ष निकाला कि विकिरण को बिना किसी शुल्क के भारी कणों से बना होना चाहिए। 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।

मई 1932 में चाडविक ने अपना पेपर "द एग्जिस्टेंस ऑफ ए न्यूट्रॉन" प्रकाशित किया। 1934 तक, अन्य शोधकर्ताओं ने निर्धारित किया था कि न्यूट्रॉन वास्तव में एक प्राथमिक कण था और प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों का संयोजन नहीं था।

चाडविक परमाणु सिद्धांत का महत्व

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

यह बोह्र था जिसने असतत कक्षाओं की अवधारणा को शामिल किया था जिससे इलेक्ट्रॉनों को सीमित किया गया था। उन्होंने यह क्वांटम सिद्धांतों पर आधारित था जो उस समय नए थे लेकिन जो वैज्ञानिक वास्तविकताओं के रूप में स्थापित हो गए हैं। बोहर मॉडल के अनुसार, इलेक्ट्रॉनों असतत कक्षाओं पर कब्जा कर लेते हैं, और जब वे किसी अन्य कक्षा में जाते हैं, तो वे निरंतर मात्रा में नहीं, बल्कि ऊर्जा के बंडलों में उत्सर्जित या अवशोषित होते हैं, जिन्हें क्वांटा कहा जाता है।

बोहर और चाडविक के काम को शामिल करते हुए, परमाणु की आधुनिक तस्वीर इस तरह दिखती है: अधिकांश परमाणु खाली जगह है। नकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना एक छोटा लेकिन भारी नाभिक की परिक्रमा करते हैं। क्योंकि क्वांटम सिद्धांत, जो अनिश्चितता 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 इलेक्ट्रॉन होने 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 अलग हो सकती है। किसी तत्व के परमाणु जिसमें अलग-अलग संख्या में न्यूट्रॉन होते हैं, उस तत्व के समस्थानिक कहलाते हैं। अधिकांश तत्वों में एक या अधिक आइसोटोप होते हैं, और कुछ में कई होते हैं। टिन, उदाहरण के लिए, 10 स्थिर समस्थानिक हैं और कम से कम दो बार के रूप में कई अस्थिर लोग हैं, यह एक औसत परमाणु द्रव्यमान को इसकी परमाणु संख्या के दोगुने से दो बार अलग है। यदि न्यूट्रॉन की जेम्स चडविक्स की खोज कभी नहीं हुई थी, तो आइसोटोप के अस्तित्व की व्याख्या करना असंभव होगा।

जेम्स चाडविक ने परमाणु बम में योगदान दिया

न्यूट्रॉन की चडविक्स खोज ने परमाणु बम के विकास को सीधे प्रभावित किया। क्योंकि न्यूट्रॉन का कोई शुल्क नहीं है, वे प्रोटॉन की तुलना में लक्ष्य परमाणुओं के नाभिक में अधिक गहराई से प्रवेश कर सकते हैं। नाभिक की विशेषताओं के बारे में जानकारी हासिल करने के लिए परमाणु नाभिक का न्यूट्रॉन बमबारी एक महत्वपूर्ण तरीका बन गया।

हालांकि, वैज्ञानिकों को यह पता लगाने में देर लगी कि न्यूट्रॉन के साथ सुपर-भारी यूरेनियम -235 पर बमबारी करना नाभिक को अलग करने और ऊर्जा की एक बड़ी मात्रा को जारी करने का एक तरीका था। यूरेनियम का विखंडन अधिक उच्च ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन का उत्पादन करता है जो अन्य यूरेनियम परमाणुओं को तोड़ते हैं, और परिणाम एक बेकाबू श्रृंखला प्रतिक्रिया है। एक बार यह ज्ञात होने के बाद, यह एक वितरण योग्य आवरण में मांग पर विखंडन प्रतिक्रिया शुरू करने का एक तरीका विकसित करने का मामला था। फैट मैन और लिटिल बॉय, हिरोशिमा और नागासाकी को नष्ट करने वाले बम, मैनहट्टन प्रोजेक्ट के रूप में ज्ञात गुप्त युद्ध प्रयास का परिणाम थे जो कि बस करने के लिए आयोजित किए गए थे।

न्यूट्रॉन, रेडियोधर्मिता और परे

चाडविक परमाणु सिद्धांत भी रेडियोधर्मिता को समझना संभव बनाता है। कुछ प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले खनिज - साथ ही साथ मानव निर्मित पदार्थ - अनायास विकिरण का उत्सर्जन करते हैं, और इसका कारण नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की सापेक्ष संख्या के साथ करना है। एक नाभिक सबसे स्थिर होता है जब इसकी संख्या समान होती है, और यह अस्थिर हो जाता है जब इसमें एक से अधिक संख्या होती है। स्थिरता हासिल करने के प्रयास में, एक अस्थिर नाभिक अल्फा, बीटा या गामा विकिरण के रूप में ऊर्जा को फेंक देता है। अल्फा विकिरण भारी कणों से बना है, प्रत्येक में दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन शामिल हैं। बीटा विकिरण में इलेक्ट्रॉनों और फोटॉनों के गामा विकिरण होते हैं।

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

जेम्स चाडविक परमाणु मॉडल द्वारा संभव समझ ने दुनिया को परमाणु युग में पहुंचा दिया है, लेकिन अधिक रहस्यमय और जटिल दुनिया का द्वार व्यापक रूप से खुला है। उदाहरण के लिए, वैज्ञानिक एक दिन यह साबित कर सकते हैं कि पूरा ब्रह्मांड, जिसमें परमाणु नाभिक और वे क्वार्क्स शामिल हैं, जिनसे वे बने होते हैं, कंपन ऊर्जा के असीम तारों से बना होता है। वे जो कुछ भी खोजते हैं, वे उसे चाडविक जैसे अग्रदूतों के कंधों पर खड़ा करते हैं।