Sredina prošlog veka označila je rođenje nove ere u istoriji čovečanstva. Kameno doba je nekada zamenilo bronzano doba, a zatim su usledila periodi vladavine gvožđa, pare i struje. Sada smo na samom početku ere atoma. Čak i najpovršnije znanje u oblasti strukture atomskog jezgra otvara čovečanstvu horizonte bez presedana.
Šta znamo o atomskom jezgru? Činjenica da čini 99,99% mase cijelog atoma i sastoji se od čestica koje se obično nazivaju nukleoni. Šta su nukleoni, koliko ih, šta su, sada zna svaki srednjoškolac koji ima solidnu četvorku iz fizike.
Kako da zamislimo strukturu atoma
Avaj, neće se uskoro pojaviti tehnika koja vam omogućava da vidite čestice koje čine atom, atomsko jezgro. Postoje hiljade pitanja o tome kako je materija uređena, a postoji i mnogo teorija o strukturi elementarnih čestica. Do danas, teorija daodgovara na većinu pitanja, je planetarni model strukture atoma.
Prema tome, negativno nabijeni elektroni kruže oko pozitivno nabijenog jezgra, koje drži električna privlačnost. Šta su nukleoni? Činjenica je da jezgro nije monolitno, već se sastoji od pozitivno nabijenih protona i neutrona - čestica s nultim nabojem. Ovo su čestice od kojih je izgrađeno atomsko jezgro, a uobičajeno je da se nazivaju nukleoni.
Odakle ova teorija, ako su čestice tako male? Naučnici su došli do zaključka o planetarnoj strukturi atoma usmjeravajući snopove različitih mikročestica na najtanje metalne ploče.
Koje su njegove dimenzije
Znanje o strukturi atoma neće biti potpuno ako ne zamislite njegove elemente na skali. Jezgro je izuzetno malo, čak i u poređenju sa samim atomom. Ako zamislite atom, na primjer, zlato, u obliku ogromnog balona promjera 200 metara, tada će njegova jezgra biti samo … lješnjak. Ali šta su nukleoni i zašto igraju tako važnu ulogu? Da, makar samo zato što je u njima koncentrisana cijela masa atoma.
U gnijezdima kristalne rešetke, atomi zlata su locirani prilično gusto, tako da će razmak između susjednih "oraha" na skali koju smo usvojili biti oko 250-300 metara.
Proton
Naučnici dugo sumnjaju da jezgro atoma nije neka vrsta monolitne supstance. Veličine mase i naboja, koje su rasle u "koracima" od jednog hemijskog elementa do drugog, bile su bolno upečatljive. Bilo je logično pretpostavitida postoje određene čestice sa fiksnim pozitivnim nabojem, od kojih se „skupljaju“jezgra svih atoma. Koliko je pozitivno nabijenih nukleona u jezgru, to će biti njegov naboj.
Pretpostavke o složenoj strukturi atomskog jezgra napravljene su još u periodu Mendeljejevljeve konstrukcije svog periodnog sistema elemenata. Međutim, u to vrijeme nisu postojale tehničke mogućnosti za eksperimentalno potvrđivanje pretpostavki. Tek početkom 20. stoljeća Ernest Rutherford je napravio eksperiment koji je potvrdio postojanje protona.
Kao rezultat izlaganja tvari zračenju radioaktivnih metala, s vremena na vrijeme se pojavila čestica - kopija jezgra atoma vodika. Imao je istu težinu (1,67 ∙ 10-27 kg) i atomski naboj +1.
Neutron
Zaključak o potrebi traženja druge čestice, u odsustvu zvane neutron, došao je brzo. Budući da je pitanje koliko nukleona ima u jezgru i šta su, ležalo je u neravnomjernom rastu mase i naboja s promjenom rednog broja elementa. Rutherford je iznio pretpostavku o postojanju protonskog blizanca s nultim nabojem, ali nije uspio da potvrdi svoju pretpostavku.
Uopšteno govoreći, nuklearni naučnici su već imali dobru ideju o tome šta su nukleoni i kvantitativni sastav atomskih jezgara. A neuhvatljiva čestica, koju niko eksperimentalno nije otkrio, čekala je u krilima. Džejms Čedvik se smatra njegovim otkrićem, koji je uspeo da izoluje "nevidljivo" od supstance,podvrgavajući ga bombardovanju jezgrima helijuma ubrzanim do ultra velikih brzina (α-čestica). Ispostavilo se da je masa čestice, očekivano, jednaka masi prethodno otkrivenog protona. Prema savremenim istraživanjima, neutron je nešto teži.
Još malo o "ciglama" atomskog jezgra
Lako je izračunati koliko nukleona ima u jezgru hemijskog elementa ili njegovog izotopa. Za to su potrebne dvije stvari: periodni sistem i kalkulator, iako možete izračunati u svom umu. Primjer su dva uobičajena izotopa uranijuma: 235 i 238. Ovi brojevi predstavljaju atomsku masu. Serijski broj uranijuma je 92, on uvijek označava naboj jezgra.
Kao što znate, nukleoni u jezgru atoma mogu biti ili pozitivno nabijeni protoni ili neutroni iste mase, ali bez naboja. Redni broj 92 označava broj u jezgru protona. Broj neutrona se izračunava jednostavnim oduzimanjem:
- - uranijum 235, broj neutrona=235 – 92=143;
- - uranijum 238, broj neutrona=238 – 92=146.
A koliko nukleona se može spojiti odjednom? Vjeruje se da se u određenoj fazi života zvijezda s dovoljnom masom, kada termonuklearna reakcija više nije u stanju obuzdati silu gravitacije, pritisak u utrobi zvijezde toliko raste da "lijepi" elektrone za protona. Kao rezultat, naboj postaje nula, a par proton-elektron postaje neutron. Nastala materija, koja se sastoji od "prešanih" neutrona, izuzetno je gusta.
Zvijezda koja teži našem Suncu pretvara se u loptunekoliko desetina kilometara u prečniku. Kašičica takve "neutronske kaše" mogla bi težiti nekoliko stotina tona na Zemlji.
