Kandungan
- Bagaimana Adakah Chadwick Cari Neutron?
- Kepentingan Teori Atom Chadwick
- Sumbangan James Chadwicks kepada Bom Atom
- Neutrons, Radioaktif dan Beyond
Para saintis hari ini membayangkan atom sebagai terdiri daripada nukleus yang kecil, berat, positif yang dikelilingi oleh awan elektron yang sangat ringan dan negatif. Model ini bermula pada tahun 1920-an, tetapi ia berasal dari Yunani kuno. Ahli falsafah Democritus mencadangkan kewujudan atom sekitar 400 B.C. Tiada siapa yang benar-benar mengambil idea ini dengan semangat sehingga ahli fizik Inggeris John Dalton memperkenalkan teori atomnya pada awal tahun 1800-an. Model daltons tidak lengkap, tetapi ia berterusan pada dasarnya tidak berubah sepanjang abad ke-19.
Satu penyelidikan ke dalam model atom berlaku pada akhir abad ke-19 dan ke abad ke-20, yang memuncak dalam model Schrodinger atom, yang dikenali sebagai model awan. Tidak lama selepas ahli fizik Erwin Schrodinger memperkenalkannya pada tahun 1926, James Chadwick - seorang lagi ahli fizik Inggeris - menambah sekeping penting kepada gambar itu. Chadwick bertanggungjawab untuk menemui kewujudan neutron, zarah neutral yang berkongsi nukleus dengan proton yang dikenakan positif.
Penemuan Chadwicks memaksa semakan model awan, dan para saintis kadang-kadang merujuk kepada versi yang disemak semula sebagai model atom James Chadwick. Penemuan itu memperoleh Chadwick Hadiah Nobel 1935 dalam fizik, dan ia memungkinkan perkembangan bom atom. Chadwick mengambil bahagian dalam projek Manhattan yang sangat rahsia, yang memuncak dalam penggunaan bom nuklear di Hiroshima dan Nagasaki. Bom menyumbang kepada penyerahan Jepun (ramai ahli sejarah percaya Jepun akan menyerah balik) dan berakhirnya Perang Dunia II. Chadwick meninggal dunia pada tahun 1974.
Bagaimana Adakah Chadwick Cari Neutron?
J.J. Thompson menemui elektron menggunakan tiub sinar katod pada tahun 1890-an, dan fizik British, Ernest Rutherford, bapa yang dikenali sebagai fizik nuklear, menemui proton pada tahun 1919. Rutherford menduga bahawa elektron dan proton boleh bergabung untuk menghasilkan zarah neutral dengan kira-kira sama jisim sebagai proton, dan saintis percaya bahawa zarah tersebut wujud kerana beberapa sebab. Sebagai contoh, diketahui bahawa nukleus helium mempunyai nombor atom 2 tetapi bilangan massa 4, yang bermakna ia mengandungi beberapa jenis misteri misteri neutral. Tidak seorang pun pernah memerhatikan neutron atau membuktikan bahawa ia wujud.
Chadwick amat berminat dengan eksperimen yang dijalankan oleh Frédéric dan Irène Joliot-Curie, yang telah membombardir sampel berilium dengan radiasi alfa. Mereka menyatakan bahawa pengeboman menghasilkan sinaran yang tidak diketahui, dan apabila mereka membenarkan ia menyerang sampel lilin parafin, mereka mengamati proton tenaga tinggi yang dilepaskan dari bahan.
Tidak puas dengan penjelasan bahawa radiasi itu terbuat dari foton bertenaga tinggi, Chadwick menduplikasi eksperimen tersebut dan menyimpulkan bahawa radiasi harus terdiri dari zarah berat tanpa dikenakan biaya. Dengan membombardir bahan lain, termasuk helium, nitrogen dan litium, Chadwick dapat menentukan bahawa jisim setiap zarah adalah lebih sedikit daripada proton.
Chadwick menerbitkan karya beliau "The existence of a neutron" pada bulan Mei 1932. Menjelang tahun 1934, penyelidik lain telah memutuskan bahawa neutron sebenarnya adalah zarah asas dan bukan gabungan proton dan elektron.
Kepentingan Teori Atom Chadwick
Konsep moden atom itu mengekalkan kebanyakan ciri-ciri model planet yang ditubuhkan oleh Rutherford, tetapi dengan modifikasi penting yang diperkenalkan oleh Chadwick dan ahli fisika Denmark, Neils Bohr.
Ia adalah Bohr yang menggabungkan konsep orbit diskret yang mana elektron terkurung. Beliau berasaskan prinsip kuantum yang baru pada masa itu tetapi telah menjadi kenyataan sebagai saintifik. Menurut model Bohr, elektron menduduki orbit diskret, dan apabila mereka berpindah ke orbit lain, mereka mengeluarkan atau menyerap tidak dalam jumlah yang berterusan, tetapi dalam kumpulan tenaga, disebut quanta.
Menggabungkan kerja Bohr dan Chadwick, gambaran moden atom kelihatan seperti ini: Kebanyakan atom adalah ruang kosong. Elektron bercas negatif mengorbit nukleus kecil tetapi berat yang terdiri daripada proton dan neutron. Oleh sebab teori kuantum, yang berdasarkan prinsip ketidakpastian, menganggap elektron sebagai kedua-dua gelombang dan zarah, mereka tidak dapat ditemui secara definitif. Anda hanya boleh bercakap tentang kemungkinan elektron berada di kedudukan tertentu, jadi elektron membentuk awan kebolehpungkinan di sekeliling nukleus.
Bilangan neutron dalam nukleus biasanya sama dengan bilangan proton, tetapi boleh berbeza. Atom daripada unsur yang mempunyai bilangan neutron yang berlainan dipanggil isotop unsur tersebut. Kebanyakan unsur mempunyai satu atau lebih isotop, dan beberapa mempunyai beberapa. Tin, sebagai contoh, mempunyai 10 isotop stabil dan sekurang-kurangnya dua kali lebih banyak yang tidak stabil, memberikan jisim atom purata yang jauh berbeza daripada dua kali bilangan atomnya. Jika James Chadwicks menemui neutron tidak pernah berlaku, tidak mustahil untuk menjelaskan kewujudan isotop.
Sumbangan James Chadwicks kepada Bom Atom
Penemuan Chadwicks terhadap neutron yang dipimpin terus kepada pembangunan bom atom. Kerana neutron tidak mempunyai caj, mereka dapat menembusi lebih jauh ke dalam nukleus atom sasaran daripada proton. Pengeboman neutron nukleus atom menjadi satu kaedah penting untuk mendapatkan maklumat mengenai ciri-ciri nukleus.
Ia tidak mengambil saintis lama untuk menemui, bagaimanapun, yang membombardir Uranium-235 super-berat dengan neutron adalah satu cara untuk memecah-pecah nukleus dan melepaskan sejumlah besar tenaga. Pembelahan uranium menghasilkan lebih banyak neutron bertenaga tinggi yang memecahkan atom uranium lain, dan hasilnya adalah tindak balas rantai yang tidak terkawal. Sebaik sahaja ini diketahui, ia hanya menjadi satu perkara untuk membangunkan satu cara untuk memulakan reaksi fisi pada permintaan dalam selongsong yang boleh disampaikan. Manusia Lemak dan Anak Kecil, bom-bom yang menghancurkan Hiroshima dan Nagasaki, adalah akibat dari usaha perang rahasia yang dikenal sebagai Projek Manhattan yang dilakukan untuk melakukan itu.
Neutrons, Radioaktif dan Beyond
The Chadwick Atomic Theory juga memungkinkan untuk memahami radioaktif. Sesetengah mineral semulajadi yang berlaku - dan juga buatan manusia - secara spontan memancarkan sinaran, dan sebabnya ada kaitan dengan bilangan proton dan neutron yang relatif dalam nukleus. Nukleus adalah paling stabil apabila ia mempunyai bilangan yang sama, dan ia menjadi tidak stabil apabila ia mempunyai lebih daripada satu sama lain. Dalam usaha untuk mendapatkan semula kestabilan, nukleus yang tidak stabil melepaskan tenaga dalam bentuk radiasi alpha, beta atau gamma. Radiasi alfa terdiri daripada zarah berat, masing-masing terdiri daripada dua proton dan dua neutron. Radiasi beta terdiri daripada elektron dan radiasi gamma foton.
Sebagai sebahagian daripada kajian nukleus dan radioaktiviti, para saintis telah membedah lagi proton dan neutron untuk mendapati bahawa mereka sendiri terdiri daripada zarah-zarah yang lebih kecil yang disebut kuark. Daya yang memegang proton dan neutron bersama-sama dalam nukleus dipanggil daya yang kuat, dan yang memegang kuark bersama-sama dikenali sebagai daya warna. Kekuatan yang kuat adalah hasil sampingan gaya warna, yang bergantung kepada pertukaran gluon, yang merupakan satu lagi jenis zarah asas.
Pemahaman yang dimungkinkan oleh model atom James Chadwick telah membawa dunia ke zaman nuklear, tetapi pintu kepada dunia yang jauh lebih misteri dan rumit adalah terbuka lebar. Sebagai contoh, saintis mungkin satu hari membuktikan bahawa seluruh alam semesta, termasuk nukleus atom dan kuark yang dibuatnya, terdiri daripada rentetan tenaga yang bergetar. Apa sahaja yang mereka dapati, mereka akan berdiri di bahu perintis seperti Chadwick.