परमाणु संरचना: न्यूट्रॉन क्या है? विभिन्न तरीकों से न्यूट्रॉन जीवनकाल का मापन अभी भी भिन्न है। न्यूट्रॉन क्या है?

न्यूट्रॉन का द्रव्यमान विभिन्न तरीकों से निर्धारित किया जा सकता है। एमएन का पहला निर्धारण चैडविक द्वारा हाइड्रोजन और नाइट्रोजन नाभिक के साथ न्यूट्रॉन की टक्कर से उत्पन्न रिकॉइल नाभिक की ऊर्जा को मापकर किया गया था। इस विधि ने हमें केवल यह निर्धारित करने की अनुमति दी कि न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान के लगभग बराबर है।

न्यूट्रॉन पर कोई आवेश नहीं होता है, इसलिए परमाणुओं का द्रव्यमान निर्धारित करने की सामान्य विधियाँ (मास स्पेक्ट्रोस्कोपी, रासायनिक विधियाँ) न्यूट्रॉन पर लागू नहीं होती हैं। न्यूट्रॉन द्रव्यमान के सभी माप न्यूट्रॉन से जुड़े विभिन्न परमाणु प्रतिक्रियाओं के ऊर्जा संतुलन का विश्लेषण करने की एक विधि पर आधारित थे। न्यूट्रॉन की खोज के तुरंत बाद, इसके द्रव्यमान को निर्धारित करने के लिए 11 B(α,n) 14 N और 7 Li(α,n) 10 B का उपयोग किया गया।

वर्तमान में, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान में अंतर को एंडोएनर्जेटिक प्रतिक्रिया 3 H+p→n+ 3 He का उपयोग करके और ड्यूटेरॉन और हाइड्रोजन अणु के द्रव्यमान में अंतर को मापने के आधार पर एक विधि का उपयोग करके काफी सटीक रूप से निर्धारित किया गया है। ड्यूटेरॉन की बंधनकारी ऊर्जा के रूप में। प्रतिक्रिया 3 H(p,n) 3 He के लिए, ऊर्जा संरक्षण कानून को इस प्रकार लिखा जा सकता है

जहां Q प्रतिक्रिया ऊर्जा है, और परमाणुओं और कणों के पदनाम को उनकी बाकी ऊर्जा के रूप में समझा जाना चाहिए। प्रतिक्रिया ऊर्जा के लिए संबंध का उपयोग करना

Q=(m 2 /(m 1 +m 2))*ET *(1-0.5(m 2 E T /((m 1 +m 2) 2 *c 2))), (2)

जहाँ m 1 और m 2 प्रोटॉन और ट्राइटन के द्रव्यमान हैं। मान Q=-(763.77±0.08) keV पाया गया।

न्यूट्रॉन और हाइड्रोजन परमाणु के द्रव्यमान के बीच का अंतर अधिकतम ऊर्जा जानकर प्राप्त किया जा सकता है β -ट्रिटियम क्षय के दौरान कण ई β:

(एम एन -एम एच)सी 2 =ई β (1+एम 0 /एम 3)-क्यू+ई एच, (3)

जहाँ m 3, 3 He नाभिक का द्रव्यमान है; एम 0 – इलेक्ट्रॉन विश्राम द्रव्यमान; ई एच - हाइड्रोजन परमाणु में इलेक्ट्रॉन बंधन ऊर्जा; एम एच हाइड्रोजन परमाणु का द्रव्यमान है, एंटीन्यूट्रिनो द्रव्यमान शून्य माना जाता है। ज्ञात डेटा के औसत से, E β का मान (18.56 ± 0.05) keV पाया जा सकता है। परिणामस्वरूप, न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के द्रव्यमान के बीच का अंतर δm n - p = (1293.0±0.1) keV के बराबर हो जाता है।

सबसे सटीक तरीकों में से एक प्रोटॉन द्वारा थर्मल न्यूट्रॉन के विकिरण कैप्चर की प्रतिक्रिया के उपयोग पर आधारित है:

यदि प्रोटॉन स्थिर है, तो इस प्रतिक्रिया के लिए ऊर्जा संरक्षण का नियम लागू होता है

तमिलनाडु, टीडी - न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की गतिज ऊर्जा। T n ≈ 0 पर (उदाहरण के लिए, थर्मल न्यूट्रॉन के लिए गतिज ऊर्जा तमिलनाडु = 0.025 eV) न्यूट्रॉन की गतिज ऊर्जा की उपेक्षा की जा सकती है। ड्यूटेरॉन की गतिज ऊर्जा के लिए संवेग संरक्षण के नियम के आधार पर, हम निम्नलिखित अभिव्यक्ति प्राप्त कर सकते हैं; . वर्तमान में, γ क्वांटा की ऊर्जा को बड़ी सटीकता के साथ मापा गया है ई γ = 2223.25 केवी. ड्यूटेरॉन बाइंडिंग एनर्जी. प्रोटॉन और ड्यूटेरॉन द्रव्यमान एम डी और एमपी मास स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके अच्छी सटीकता के साथ मापा जाता है, अनुमान मूल्य देता है टीडी = 1.3 केवी. यहां से हम न्यूट्रॉन के द्रव्यमान की गणना कर सकते हैं। न्यूट्रॉन द्रव्यमान का सबसे सटीक मान है (1981): m n = 939.5731(27) MeV। अंतिम दो अंकों में त्रुटि कोष्ठक में दर्शाया गया है।

न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान से 1.293 MeV अधिक है। इसलिए न्यूट्रॉन है β -एक सक्रिय कण जिसका जीवनकाल 885.4 सेकंड है। मुक्त अवस्था में, कॉस्मिक किरणों के प्रभाव में उत्पन्न एक छोटी मात्रा को छोड़कर, न्यूट्रॉन व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित होते हैं।

एक मुक्त न्यूट्रॉन के β-क्षय की प्रक्रिया को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:

यह प्रक्रिया ऊर्जावान रूप से संभव है, क्योंकि समीकरण के दाईं ओर शामिल कणों का कुल द्रव्यमान न्यूट्रॉन के द्रव्यमान से कम है। क्वार्क मॉडल में, न्यूट्रॉन क्षय डी-क्वार्क परिवर्तन की अधिक मौलिक प्रक्रिया का परिणाम है: d→u+e - +। एक मुक्त न्यूट्रॉन के β-क्षय का अध्ययन करने से इसके क्षय के लिए जिम्मेदार कमजोर अंतःक्रिया के बारे में जानकारी प्राप्त करना संभव हो जाता है। साथ ही, यह तथ्य कि प्राथमिक कण के क्षय का अध्ययन किया जा रहा है, क्षय प्रक्रिया पर परमाणु प्रभाव के प्रभाव से छुटकारा पाना संभव बनाता है।

β क्षय के संबंध में न्यूट्रॉन के जीवनकाल को मापने से कमजोर अंतःक्रिया भौतिकी, खगोल भौतिकी और ब्रह्मांड विज्ञान के लिए बहुमूल्य जानकारी मिलती है। ब्रह्माण्ड विज्ञान में, न्यूट्रॉन का आधा जीवन सीधे ब्रह्मांड के अस्तित्व की प्रारंभिक अवधि में हीलियम गठन की दर से संबंधित है। सूर्य में होने वाली भौतिक प्रक्रियाओं की सही समझ के लिए न्यूट्रॉन के आधे जीवन का ज्ञान आवश्यक है।

सटीकता की एक विशाल डिग्री के साथ न्यूट्रॉन का विद्युत आवेश (~10 -20)। इ, इ-इलेक्ट्रॉन आवेश) शून्य है। न्यूट्रॉन का गैर-शून्य चुंबकीय क्षण इसकी आंतरिक संरचना को इंगित करता है। न्यूक्लियॉन की संरचना का अध्ययन करने के लिए, यह आवश्यक है कि जांच करने वाले कणों की डी ब्रोगली तरंग दैर्ध्य (λ = 2 ћ/p) न्यूक्लियॉन के आकार की तुलना में छोटी हो। न्यूक्लियंस पर तेज़ इलेक्ट्रॉनों (~100 MeV) के प्रकीर्णन का उपयोग करके इन शर्तों को पूरा करना संभव हो गया।

न्यूट्रॉन में द्विध्रुव आघूर्ण हो सकता है। यह तभी संभव है जब प्रकृति में समय के उलट होने के संबंध में अपरिवर्तनीयता न हो।

यद्यपि न्यूट्रॉन आम तौर पर तटस्थ होता है, इसमें एक जटिल आंतरिक चार्ज वितरण होता है, जो इलेक्ट्रॉनों के साथ न्यूट्रॉन की बातचीत में प्रकट होता है।

हम पहले अध्याय का सारांश प्रस्तुत कर सकते हैं।

न्यूट्रॉन एक तटस्थ (z = 0) डायराक कण है जिसमें स्पिन और एक नकारात्मक चुंबकीय क्षण (परमाणु चुंबकीय क्षण की इकाइयों में) होता है, जो मुख्य रूप से न्यूट्रॉन की विद्युत चुम्बकीय बातचीत को निर्धारित करता है। प्रोटॉन की तरह, न्यूट्रॉन को एक इकाई बैरियन चार्ज Y n = +1 और सकारात्मक समता P n =+1 सौंपा गया है।

न्यूट्रॉन द्रव्यमान है एम एन = 1.00866491578 ± 0.00000000055 एएमयू = 939.56633 ± 0.00004 MeV, जो प्रोटॉन द्रव्यमान से 1.2933318 ± 0.0000005 MeV अधिक है। इस संबंध में, न्यूट्रॉन है β -एक रेडियोधर्मी कण. जीवन काल के साथ τ = 885.4 ± 0.9(स्टेट.) ± 0.4(सिस्टम) सेकंड यह योजना (7) के अनुसार क्षय होता है। यहां 2000 के आंकड़े हैं.

न्यूट्रॉन क्या है? इसकी संरचना, गुण और कार्य क्या हैं? न्यूट्रॉन उन कणों में सबसे बड़े हैं जो परमाणु बनाते हैं, जो सभी पदार्थों के निर्माण खंड हैं।

परमाण्विक संरचना

न्यूट्रॉन नाभिक में पाए जाते हैं, परमाणु का एक घना क्षेत्र प्रोटॉन (धनात्मक आवेशित कण) से भी भरा होता है। ये दोनों तत्व परमाणु नामक बल द्वारा एक साथ बंधे रहते हैं। न्यूट्रॉन पर उदासीन आवेश होता है। एक तटस्थ परमाणु बनाने के लिए प्रोटॉन के धनात्मक आवेश का इलेक्ट्रॉन के ऋणात्मक आवेश से मिलान किया जाता है। भले ही नाभिक में न्यूट्रॉन परमाणु के आवेश को प्रभावित नहीं करते हैं, फिर भी उनमें कई गुण होते हैं जो परमाणु को प्रभावित करते हैं, जिसमें रेडियोधर्मिता का स्तर भी शामिल है।

न्यूट्रॉन, आइसोटोप और रेडियोधर्मिता

एक कण जो परमाणु के नाभिक में स्थित होता है वह न्यूट्रॉन होता है जो प्रोटॉन से 0.2% बड़ा होता है। वे मिलकर एक ही तत्व के कुल द्रव्यमान का 99.99% बनाते हैं और उनमें न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न हो सकती है। जब वैज्ञानिक परमाणु द्रव्यमान का उल्लेख करते हैं, तो उनका मतलब औसत परमाणु द्रव्यमान से होता है। उदाहरण के लिए, कार्बन में आमतौर पर 12 के परमाणु द्रव्यमान के साथ 6 न्यूट्रॉन और 6 प्रोटॉन होते हैं, लेकिन कभी-कभी यह 13 (6 प्रोटॉन और 7 न्यूट्रॉन) के परमाणु द्रव्यमान के साथ पाया जाता है। परमाणु क्रमांक 14 वाला कार्बन भी मौजूद है, लेकिन दुर्लभ है। तो कार्बन का परमाणु द्रव्यमान औसत 12.011 है।

जब परमाणुओं में न्यूट्रॉन की संख्या अलग-अलग होती है, तो उन्हें आइसोटोप कहा जाता है। वैज्ञानिकों ने बड़े आइसोटोप बनाने के लिए इन कणों को नाभिक में जोड़ने के तरीके खोजे हैं। अब न्यूट्रॉन जोड़ने से परमाणु के आवेश पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता क्योंकि उनमें कोई आवेश नहीं होता। हालाँकि, वे परमाणु की रेडियोधर्मिता को बढ़ाते हैं। इसके परिणामस्वरूप बहुत अस्थिर परमाणु उत्पन्न हो सकते हैं जो उच्च स्तर की ऊर्जा का निर्वहन कर सकते हैं।

मूल क्या है?

रसायन विज्ञान में, नाभिक एक परमाणु का धनात्मक रूप से आवेशित केंद्र होता है, जिसमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। शब्द "कर्नेल" लैटिन न्यूक्लियस से आया है, जो "नट" या "कर्नेल" शब्द का एक रूप है। यह शब्द 1844 में माइकल फैराडे द्वारा परमाणु के केंद्र का वर्णन करने के लिए गढ़ा गया था। नाभिक के अध्ययन, उसकी संरचना और विशेषताओं के अध्ययन में शामिल विज्ञान को परमाणु भौतिकी और परमाणु रसायन विज्ञान कहा जाता है।

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन मजबूत परमाणु बल द्वारा एक साथ बंधे होते हैं। इलेक्ट्रॉन नाभिक की ओर आकर्षित होते हैं, लेकिन इतनी तेजी से चलते हैं कि उनका घूर्णन परमाणु के केंद्र से कुछ दूरी पर होता है। प्लस चिह्न वाला परमाणु चार्ज प्रोटॉन से आता है, लेकिन न्यूट्रॉन क्या है? यह एक ऐसा कण है जिसमें कोई विद्युत आवेश नहीं होता है। परमाणु का लगभग सारा भार नाभिक में समाहित होता है, क्योंकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का द्रव्यमान इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बहुत अधिक होता है। किसी परमाणु नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या एक तत्व के रूप में उसकी पहचान निर्धारित करती है। न्यूट्रॉन की संख्या इंगित करती है कि परमाणु किस तत्व का समस्थानिक है।

परमाणु नाभिक का आकार

नाभिक परमाणु के समग्र व्यास से बहुत छोटा होता है क्योंकि इलेक्ट्रॉन केंद्र से अधिक दूर हो सकते हैं। एक हाइड्रोजन परमाणु अपने नाभिक से 145,000 गुना बड़ा है, और एक यूरेनियम परमाणु अपने केंद्र से 23,000 गुना बड़ा है। हाइड्रोजन नाभिक सबसे छोटा होता है क्योंकि इसमें एक ही प्रोटॉन होता है।

नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की व्यवस्था

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को आम तौर पर एक साथ पैक किए जाने और समान रूप से गोले में वितरित होने के रूप में दर्शाया जाता है। हालाँकि, यह वास्तविक संरचना का सरलीकरण है। प्रत्येक न्यूक्लियॉन (प्रोटॉन या न्यूट्रॉन) एक विशिष्ट ऊर्जा स्तर और स्थानों की सीमा पर कब्जा कर सकता है। जबकि नाभिक गोलाकार हो सकता है, यह नाशपाती के आकार का, गोलाकार या डिस्क के आकार का भी हो सकता है।

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के नाभिक बेरियन होते हैं, जिनमें सबसे छोटे होते हैं जिन्हें क्वार्क कहा जाता है। आकर्षक बल की सीमा बहुत छोटी होती है, इसलिए बंधे रहने के लिए प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को एक-दूसरे के बहुत करीब होना चाहिए। यह प्रबल आकर्षण आवेशित प्रोटॉन के प्राकृतिक प्रतिकर्षण पर काबू पा लेता है।

प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन

परमाणु भौतिकी जैसे विज्ञान के विकास में एक शक्तिशाली प्रेरणा न्यूट्रॉन (1932) की खोज थी। इसके लिए हमें उस अंग्रेज भौतिक विज्ञानी को धन्यवाद देना चाहिए जो रदरफोर्ड का छात्र था। न्यूट्रॉन क्या है? यह एक अस्थिर कण है, जो स्वतंत्र अवस्था में, केवल 15 मिनट में एक प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन और न्यूट्रिनो, तथाकथित द्रव्यमान रहित तटस्थ कण में विघटित हो सकता है।

कण को ​​यह नाम इसलिए मिला क्योंकि इसमें कोई विद्युत आवेश नहीं है, यह तटस्थ है। न्यूट्रॉन अत्यंत सघन होते हैं। पृथक अवस्था में, एक न्यूट्रॉन का द्रव्यमान केवल 1.67·10 - 27 होगा, और यदि आप न्यूट्रॉन से कसकर भरा हुआ एक चम्मच लेते हैं, तो परिणामी पदार्थ के टुकड़े का वजन लाखों टन होगा।

किसी तत्व के नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या को परमाणु क्रमांक कहा जाता है। यह संख्या प्रत्येक तत्व को उसकी विशिष्ट पहचान देती है। कार्बन जैसे कुछ तत्वों के परमाणुओं में, नाभिक में प्रोटॉन की संख्या हमेशा समान होती है, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न हो सकती है। किसी दिए गए तत्व के परमाणु के नाभिक में एक निश्चित संख्या में न्यूट्रॉन होते हैं जिसे आइसोटोप कहा जाता है।

क्या एकल न्यूट्रॉन खतरनाक हैं?

न्यूट्रॉन क्या है? यह एक ऐसा कण है, जो प्रोटॉन के साथ-साथ इसमें शामिल होता है, हालांकि, कभी-कभी वे अपने आप ही अस्तित्व में रह सकते हैं। जब न्यूट्रॉन परमाणुओं के नाभिक के बाहर होते हैं, तो वे संभावित खतरनाक गुण प्राप्त कर लेते हैं। जब वे तेज़ गति से चलते हैं, तो वे घातक विकिरण उत्पन्न करते हैं। तथाकथित न्यूट्रॉन बम, जो लोगों और जानवरों को मारने की क्षमता के लिए जाने जाते हैं, फिर भी निर्जीव भौतिक संरचनाओं पर न्यूनतम प्रभाव डालते हैं।

न्यूट्रॉन परमाणु का एक बहुत ही महत्वपूर्ण हिस्सा हैं। इन कणों का उच्च घनत्व, उनकी गति के साथ मिलकर, उन्हें अत्यधिक विनाशकारी शक्ति और ऊर्जा प्रदान करता है। परिणामस्वरूप, वे जिन परमाणुओं पर हमला करते हैं उनके नाभिकों को बदल सकते हैं या तोड़ भी सकते हैं। यद्यपि न्यूट्रॉन में शुद्ध तटस्थ विद्युत आवेश होता है, यह आवेशित घटकों से बना होता है जो आवेश के संबंध में एक दूसरे को रद्द कर देते हैं।

परमाणु में न्यूट्रॉन एक छोटा कण होता है। प्रोटॉन की तरह, वे इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप से भी देखे जाने के लिए बहुत छोटे हैं, लेकिन वे वहां हैं क्योंकि परमाणुओं के व्यवहार को समझाने का यही एकमात्र तरीका है। न्यूट्रॉन एक परमाणु की स्थिरता के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं, लेकिन इसके परमाणु केंद्र के बाहर वे लंबे समय तक मौजूद नहीं रह सकते हैं और औसतन केवल 885 सेकंड (लगभग 15 मिनट) में क्षय हो जाते हैं।

अध्याय प्रथम. स्थिर नाभिक के गुण

यह पहले ही ऊपर कहा जा चुका है कि नाभिक में परमाणु बलों द्वारा बंधे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। यदि हम किसी नाभिक के द्रव्यमान को परमाणु द्रव्यमान इकाइयों में मापते हैं, तो यह द्रव्यमान संख्या नामक पूर्णांक से गुणा किए गए प्रोटॉन के द्रव्यमान के करीब होना चाहिए। यदि किसी नाभिक का आवेश एक द्रव्यमान संख्या है, तो इसका मतलब है कि नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन हैं। (नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या आमतौर पर द्वारा निरूपित की जाती है

कर्नेल के ये गुण प्रतीकात्मक संकेतन में परिलक्षित होते हैं, जिनका उपयोग बाद में प्रपत्र में किया जाएगा

जहां X उस तत्व का नाम है जिसका परमाणु नाभिक से संबंधित है (उदाहरण के लिए, नाभिक: हीलियम -, ऑक्सीजन -, लौह - यूरेनियम

स्थिर नाभिक की मुख्य विशेषताओं में शामिल हैं: आवेश, द्रव्यमान, त्रिज्या, यांत्रिक और चुंबकीय क्षण, उत्तेजित अवस्थाओं का स्पेक्ट्रम, समता और चतुष्कोणीय क्षण। रेडियोधर्मी (अस्थिर) नाभिकों की विशेषता उनके जीवनकाल, रेडियोधर्मी परिवर्तनों के प्रकार, उत्सर्जित कणों की ऊर्जा और कई अन्य विशेष गुणों से होती है, जिनकी चर्चा नीचे की जाएगी।

सबसे पहले, आइए नाभिक बनाने वाले प्राथमिक कणों के गुणों पर विचार करें: प्रोटॉन और न्यूट्रॉन।

§ 1. प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की बुनियादी विशेषताएं

वज़न।इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान की इकाइयों में: प्रोटॉन द्रव्यमान, न्यूट्रॉन द्रव्यमान।

परमाणु द्रव्यमान इकाइयों में: प्रोटॉन द्रव्यमान, न्यूट्रॉन द्रव्यमान

ऊर्जा इकाइयों में, एक प्रोटॉन का शेष द्रव्यमान न्यूट्रॉन का शेष द्रव्यमान होता है।

बिजली का आवेश।क्यू एक विद्युत क्षेत्र के साथ एक कण की बातचीत को दर्शाने वाला एक पैरामीटर है, जिसे इलेक्ट्रॉन आवेश की इकाइयों में व्यक्त किया जाता है

सभी प्राथमिक कणों में बिजली की मात्रा या तो 0 के बराबर होती है या प्रोटॉन का चार्ज होता है। न्यूट्रॉन का चार्ज शून्य होता है।

घुमाना।प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के चक्कर बराबर हैं। दोनों कण फ़र्मिअन हैं और फ़र्मी-डिराक सांख्यिकी और इसलिए पाउली सिद्धांत का पालन करते हैं।

चुंबकीय पल।यदि हम प्रोटॉन द्रव्यमान को सूत्र (10) में प्रतिस्थापित करते हैं, जो इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान के बजाय इलेक्ट्रॉन के चुंबकीय क्षण को निर्धारित करता है, तो हम प्राप्त करते हैं

मात्रा को न्यूक्लियर मैग्नेटोन कहा जाता है। इलेक्ट्रॉन के अनुरूप यह माना जा सकता है कि प्रोटॉन का स्पिन चुंबकीय क्षण बराबर है, हालांकि, अनुभव से पता चला है कि प्रोटॉन का अपना चुंबकीय क्षण परमाणु मैग्नेटोन से अधिक है: आधुनिक आंकड़ों के अनुसार

इसके अलावा, यह पता चला कि एक अनावेशित कण - एक न्यूट्रॉन - में एक चुंबकीय क्षण भी होता है जो शून्य से भिन्न और बराबर होता है

न्यूट्रॉन में चुंबकीय क्षण की उपस्थिति और प्रोटॉन में चुंबकीय क्षण का इतना बड़ा मूल्य इन कणों की बिंदु प्रकृति के बारे में धारणाओं का खंडन करता है। हाल के वर्षों में प्राप्त कई प्रायोगिक आंकड़ों से संकेत मिलता है कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन दोनों में एक जटिल अमानवीय संरचना होती है। न्यूट्रॉन के केंद्र में एक धनात्मक आवेश होता है, और परिधि पर कण के आयतन में वितरित परिमाण के बराबर एक ऋणात्मक आवेश होता है। लेकिन चूंकि चुंबकीय क्षण न केवल प्रवाहित धारा के परिमाण से निर्धारित होता है, बल्कि इसके द्वारा कवर किए गए क्षेत्र से भी निर्धारित होता है, इसलिए उनके द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षण बराबर नहीं होंगे। इसलिए, एक न्यूट्रॉन में आम तौर पर तटस्थ रहते हुए भी एक चुंबकीय क्षण हो सकता है।

न्यूक्लियंस का पारस्परिक परिवर्तन।न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान से 0.14% अधिक है, या इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का 2.5 गुना है,

मुक्त अवस्था में, एक न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन और एंटीन्यूट्रिनो में विघटित हो जाता है: इसका औसत जीवनकाल 17 मिनट के करीब होता है।

प्रोटॉन एक स्थिर कण है। हालाँकि, नाभिक के अंदर यह न्यूट्रॉन में बदल सकता है; इस मामले में प्रतिक्रिया योजना के अनुसार आगे बढ़ती है

बाएँ और दाएँ कणों के द्रव्यमान में अंतर की भरपाई नाभिक में अन्य न्यूक्लियॉन द्वारा प्रोटॉन को प्रदान की गई ऊर्जा से होती है।

एक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में समान स्पिन, लगभग समान द्रव्यमान होते हैं, और वे एक दूसरे में बदल सकते हैं। यह बाद में दिखाया जाएगा कि जोड़े में इन कणों के बीच कार्य करने वाले परमाणु बल भी समान हैं। इसलिए, उन्हें एक सामान्य नाम - न्यूक्लियॉन से बुलाया जाता है और वे कहते हैं कि एक न्यूक्लियॉन दो अवस्थाओं में हो सकता है: प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के साथ उनके संबंध में भिन्न होते हैं।

न्यूट्रॉन और प्रोटॉन परमाणु बलों के अस्तित्व के कारण परस्पर क्रिया करते हैं जो प्रकृति में गैर-विद्युत हैं। परमाणु बलों की उत्पत्ति मेसॉन के आदान-प्रदान से हुई है। यदि हम एक प्रोटॉन और एक कम-ऊर्जा न्यूट्रॉन के बीच परस्पर क्रिया की स्थितिज ऊर्जा की निर्भरता को उनके बीच की दूरी पर दर्शाते हैं, तो यह लगभग चित्र में दिखाए गए ग्राफ जैसा दिखेगा। 5, ए, यानी इसका आकार संभावित कुएं जैसा है।

चावल। 5. न्यूक्लियॉन के बीच की दूरी पर संभावित अंतःक्रिया ऊर्जा की निर्भरता: ए - न्यूट्रॉन-न्यूट्रॉन या न्यूट्रॉन-प्रोटॉन जोड़े के लिए; बी - एक प्रोटॉन-प्रोटॉन जोड़ी के लिए

परमाण्विक भार इकाई
परमाण्विक भार इकाई

परमाण्विक भार इकाई (ए.यू.एम. या यू) कार्बन आइसोटोप 12 सी के एक परमाणु के द्रव्यमान के 1/12 के बराबर द्रव्यमान की एक इकाई है, और अणुओं, परमाणुओं, नाभिक, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान को व्यक्त करने के लिए परमाणु और परमाणु भौतिकी में उपयोग किया जाता है। 1 एमू ( यू) ≈ 1.66054 . 10 -27 किग्रा. परमाणु और कण भौतिकी में, द्रव्यमान के बजाय एमआइंस्टीन के संबंध E = mc 2 के अनुसार उपयोग करें, इसकी ऊर्जा समकक्ष mc 2, और 1 इलेक्ट्रॉनवोल्ट (eV) और इसके व्युत्पन्न का उपयोग ऊर्जा की एक इकाई के रूप में किया जाता है: 1 किलोइलेक्ट्रॉनवोल्ट (keV) = 10 3 eV, 1 मेगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट (MeV) = 10 6 eV, 1 गीगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट (GeV) = 10 9 eV, 1 टेराइलेक्ट्रॉनवोल्ट (TeV) = 10 12 eV, आदि। 1 eV वह ऊर्जा है जो एक एकल आवेशित कण (उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रॉन या प्रोटॉन) द्वारा 1 वोल्ट के संभावित अंतर वाले विद्युत क्षेत्र से गुजरते समय अर्जित की जाती है। जैसा कि ज्ञात है, 1 eV = 1.6. 10 -12 अर्ग = 1.6. 10 -19 जे. ऊर्जा इकाइयों में
1 एमू ( यू)931.494 मेव। प्रोटॉन (एम पी) और न्यूट्रॉन (एम एन) द्रव्यमान परमाणु द्रव्यमान इकाइयों में और ऊर्जा इकाइयों में इस प्रकार हैं: एमपी ≈ 1.0073 यू≈ 938.272 मेव/ 2 से, एम एन ≈ 1.0087 यू≈ 939.565 मेव/सेकंड 2। ~1% की सटीकता के साथ, एक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का द्रव्यमान एक परमाणु द्रव्यमान इकाई (1) के बराबर होता है यू).

परमाणुओं का आकार एवं द्रव्यमान छोटा होता है। परमाणुओं की त्रिज्या 10 -10 मीटर है, और नाभिक की त्रिज्या 10 -15 मीटर है, एक परमाणु का द्रव्यमान तत्व के एक मोल परमाणुओं के द्रव्यमान को 1 मोल में परमाणुओं की संख्या से विभाजित करके निर्धारित किया जाता है। (एन ए = 6.02·10 23 मोल -1)। परमाणुओं का द्रव्यमान 10 -27 ~ 10 -25 किलोग्राम के बीच भिन्न-भिन्न होता है। आमतौर पर, परमाणुओं का द्रव्यमान परमाणु द्रव्यमान इकाइयों (एएमयू) में व्यक्त किया जाता है। ए.यू.एम. के लिए कार्बन समस्थानिक 12C के एक परमाणु के द्रव्यमान का 1/12 भाग लिया जाता है।

किसी परमाणु की मुख्य विशेषताएँ उसके नाभिक का आवेश (Z) और द्रव्यमान संख्या (A) हैं। किसी परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या उसके नाभिक के आवेश के बराबर होती है। परमाणुओं के गुण उनके नाभिक के आवेश, इलेक्ट्रॉनों की संख्या और परमाणु में उनकी स्थिति से निर्धारित होते हैं।

नाभिक के मूल गुण और संरचना (परमाणु नाभिक की संरचना का सिद्धांत)

1. सभी तत्वों (हाइड्रोजन को छोड़कर) के परमाणु नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं।

2. नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या उसके धनात्मक आवेश (Z) का मान निर्धारित करती है। जेड- मेंडेलीव की आवधिक प्रणाली में एक रासायनिक तत्व की क्रम संख्या।

3. प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या उसके द्रव्यमान का मान है, क्योंकि एक परमाणु का द्रव्यमान मुख्य रूप से नाभिक में केंद्रित होता है (परमाणु के द्रव्यमान का 99.97%)। परमाणु कणों - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन - को सामूहिक रूप से कहा जाता है न्युक्लियोन(लैटिन शब्द न्यूक्लियस से, जिसका अर्थ है "कर्नेल")। न्यूक्लियॉन की कुल संख्या द्रव्यमान संख्या से मेल खाती है, अर्थात। इसका परमाणु द्रव्यमान A निकटतम पूर्णांक तक पूर्णांकित है।

उसी के साथ कोर जेड, लेकिन अलग एकहा जाता है आइसोटोप. कोर वह, उसी के साथ एअलग हैं जेड, कहा जाता है समदाब रेखा. कुल मिलाकर, रासायनिक तत्वों के लगभग 300 स्थिर आइसोटोप और 2000 से अधिक प्राकृतिक और कृत्रिम रूप से उत्पादित रेडियोधर्मी आइसोटोप ज्ञात हैं।

4. नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या एनद्रव्यमान संख्या के बीच अंतर से पाया जा सकता है ( ए) और क्रमांक ( जेड):

5. गिरी के आकार की विशेषता बताई गई है कोर त्रिज्या, जिसका मूल सीमा के धुंधला होने के कारण एक सशर्त अर्थ है।

परमाणु पदार्थ का घनत्व 10 17 किग्रा/मीटर 3 परिमाण के क्रम का है और सभी नाभिकों के लिए स्थिर है। यह सघनतम सामान्य पदार्थों के घनत्व से काफी अधिक है।

प्रोटॉन-न्यूट्रॉन सिद्धांत ने परमाणु नाभिक की संरचना और परमाणु संख्या और परमाणु द्रव्यमान के साथ इसके संबंध के बारे में विचारों में पहले से उत्पन्न विरोधाभासों को हल करना संभव बना दिया।

परमाणु बंधन ऊर्जायह उस कार्य की मात्रा से निर्धारित होता है जो किसी नाभिक को गतिज ऊर्जा प्रदान किए बिना उसके घटक नाभिकों में विभाजित करने के लिए किए जाने की आवश्यकता होती है। ऊर्जा संरक्षण के नियम से यह निष्कर्ष निकलता है कि नाभिक के निर्माण के दौरान उतनी ही ऊर्जा निकलनी चाहिए जितनी नाभिक के उसके घटक नाभिकों में विभाजित होने के दौरान खर्च होती है। किसी नाभिक की बंधन ऊर्जा नाभिक बनाने वाले सभी मुक्त नाभिकों की ऊर्जा और नाभिक में उनकी ऊर्जा के बीच का अंतर है।

जब एक नाभिक बनता है, तो उसका द्रव्यमान कम हो जाता है: नाभिक का द्रव्यमान उसके घटक नाभिकों के द्रव्यमान के योग से कम होता है। इसके गठन के दौरान नाभिक के द्रव्यमान में कमी को बाध्यकारी ऊर्जा की रिहाई द्वारा समझाया गया है। अगर डब्ल्यू sv एक नाभिक के निर्माण के दौरान निकलने वाली ऊर्जा की मात्रा है, फिर संबंधित द्रव्यमान Dm, के बराबर है

बुलाया सामूहिक दोषऔर इसके घटक नाभिकों से नाभिक के निर्माण के दौरान कुल द्रव्यमान में कमी को दर्शाता है। एक परमाणु द्रव्यमान इकाई से मेल खाती है परमाणु ऊर्जा इकाई(ए.यू.ई.): ए.यू.ई.=931.5016 मेव।

विशिष्ट परमाणु बंधन ऊर्जा wप्रति न्यूक्लियॉन बंधन ऊर्जा कहलाती है: डब्ल्यूएसवी= . परिमाण डब्ल्यूऔसत 8 MeV/न्यूक्लियॉन। जैसे-जैसे नाभिक में न्यूक्लियॉन की संख्या बढ़ती है, विशिष्ट बंधन ऊर्जा कम होती जाती है।

परमाणु नाभिक की स्थिरता के लिए मानदंडदिए गए आइसोबार के लिए एक स्थिर नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या के बीच का अनुपात है। ( ए= स्थिरांक).

परमाणु बल

1. परमाणु संपर्क इंगित करता है कि विशेष हैं परमाणु बल, शास्त्रीय भौतिकी (गुरुत्वाकर्षण और विद्युत चुम्बकीय) में ज्ञात किसी भी प्रकार की ताकतों के लिए कम करने योग्य नहीं है।

2. परमाणु बल कम दूरी की ताकतें हैं। वे केवल 10-15 मीटर के क्रम के नाभिक में न्यूक्लियंस के बीच बहुत छोटी दूरी पर दिखाई देते हैं। लंबाई (1.5 x 2.2)10-15 मीटर कहलाती है परमाणु बलों की सीमा.

3. परमाणु शक्तियों का पता लगाया जाता है स्वतंत्रता का आरोप: दो न्यूक्लियॉन के बीच आकर्षण समान होता है, चाहे न्यूक्लियॉन की आवेश अवस्था कुछ भी हो - प्रोटॉन या न्यूक्लियॉन। परमाणु बलों की आवेश स्वतंत्रता बंधनकारी ऊर्जाओं की तुलना से स्पष्ट होती है दर्पण कोर. यह उन नाभिकों को दिया गया नाम है जिनमें न्यूक्लियॉन की कुल संख्या समान होती है, लेकिन एक में प्रोटॉन की संख्या दूसरे में न्यूट्रॉन की संख्या के बराबर होती है। उदाहरण के लिए, हीलियम नाभिक भारी हाइड्रोजन ट्रिटियम - .

4. परमाणु बलों में एक संतृप्ति गुण होता है, जो इस तथ्य में प्रकट होता है कि एक नाभिक में एक न्यूक्लियॉन अपने निकटतम पड़ोसी न्यूक्लियॉन की सीमित संख्या के साथ ही संपर्क करता है। यही कारण है कि नाभिकों की बंधन ऊर्जाओं की उनकी द्रव्यमान संख्या (ए) पर रैखिक निर्भरता होती है। परमाणु बलों की लगभग पूर्ण संतृप्ति ए-कण में प्राप्त की जाती है, जो एक बहुत ही स्थिर गठन है।

रेडियोधर्मिता, जी-विकिरण, ए और बी - क्षय

1.रेडियोधर्मिताप्राथमिक कणों, नाभिक या कठोर एक्स-रे के उत्सर्जन के साथ एक रासायनिक तत्व के अस्थिर आइसोटोप का दूसरे तत्व के आइसोटोप में परिवर्तन होता है। प्राकृतिक रेडियोधर्मिताप्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले अस्थिर समस्थानिकों में देखी जाने वाली रेडियोधर्मिता कहलाती है। कृत्रिम रेडियोधर्मितापरमाणु प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप प्राप्त आइसोटोप की रेडियोधर्मिता कहा जाता है।

2. आमतौर पर, सभी प्रकार की रेडियोधर्मिता गामा विकिरण के उत्सर्जन के साथ होती है - कठोर, लघु-तरंग विद्युत तरंग विकिरण। गामा विकिरण रेडियोधर्मी परिवर्तनों के उत्तेजित उत्पादों की ऊर्जा को कम करने का मुख्य रूप है। रेडियोधर्मी क्षय से गुजरने वाले नाभिक को कहा जाता है मातृ; उभरते सहायकनाभिक, एक नियम के रूप में, उत्तेजित हो जाता है, और जमीनी अवस्था में इसका संक्रमण जी-फोटॉन के उत्सर्जन के साथ होता है।

3. अल्फ़ा क्षयकुछ रासायनिक तत्वों के नाभिक द्वारा ए-कणों का उत्सर्जन कहा जाता है। अल्फा क्षय द्रव्यमान संख्या वाले भारी नाभिकों का एक गुण है ए>200 और परमाणु शुल्क जेड>82. ऐसे नाभिक के अंदर, पृथक ए-कणों का निर्माण होता है, जिनमें से प्रत्येक में दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं, अर्थात। किसी तत्व का एक परमाणु बनता है, जिसे तत्वों की आवर्त प्रणाली की तालिका में स्थानांतरित किया जाता है डी.आई. मेंडेलीव (पीएसई) ने मूल रेडियोधर्मी तत्व के बायीं ओर दो कोशिकाएं जिनकी द्रव्यमान संख्या 4 इकाइयों से कम है(सोड्डी-फैयेंस नियम):

4. बीटा क्षय शब्द तीन प्रकार के परमाणु परिवर्तनों को संदर्भित करता है: इलेक्ट्रोनिक(बैंड पोजिट्रोनिक(बी+) क्षय, साथ ही इलेक्ट्रॉनिक कब्जा.

बी-क्षय मुख्य रूप से अपेक्षाकृत न्यूट्रॉन से समृद्ध नाभिक में होता है। इस स्थिति में, नाभिक का न्यूट्रॉन शून्य आवेश और द्रव्यमान वाले प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन और एंटीन्यूट्रिनो () में विघटित हो जाता है।

बी-क्षय के दौरान, आइसोटोप की द्रव्यमान संख्या नहीं बदलती है, क्योंकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या बनी रहती है, और चार्ज 1 बढ़ जाता है। इसलिए, परिणामी रासायनिक तत्व के परमाणु को पीएसई एक कोशिका द्वारा मूल तत्व से दाईं ओर स्थानांतरित कर दिया जाता है, लेकिन इसकी द्रव्यमान संख्या नहीं बदलती है(सोड्डी-फैयेंस नियम):

b+- क्षय मुख्य रूप से अपेक्षाकृत प्रोटॉन-समृद्ध नाभिक में होता है। इस स्थिति में, नाभिक का प्रोटॉन न्यूट्रॉन, पॉज़िट्रॉन और न्यूट्रिनो () में विघटित हो जाता है।

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बी+ क्षय के दौरान, आइसोटोप की द्रव्यमान संख्या नहीं बदलती है, क्योंकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या बनी रहती है, और चार्ज 1 से कम हो जाता है। इसलिए, परिणामी रासायनिक तत्व के परमाणु को पीएसई एक कोशिका द्वारा मूल तत्व से बाईं ओर स्थानांतरित कर दिया जाता है, लेकिन इसकी द्रव्यमान संख्या नहीं बदलती है(सोड्डी-फैयेंस नियम):

5. इलेक्ट्रॉन कैप्चर के मामले में, परिवर्तन में नाभिक के निकटतम परत में इलेक्ट्रॉनों में से एक का गायब होना शामिल है। एक प्रोटॉन, न्यूट्रॉन में बदलकर, एक इलेक्ट्रॉन को "पकड़" लेता है; यहीं से "इलेक्ट्रॉनिक कैप्चर" शब्द आया है। इलेक्ट्रॉनिक कैप्चर, b±-कैप्चर के विपरीत, विशिष्ट एक्स-रे विकिरण के साथ होता है।

6. बी-क्षय प्राकृतिक रूप से रेडियोधर्मी और कृत्रिम रूप से रेडियोधर्मी नाभिक में होता है; b+ क्षय केवल कृत्रिम रेडियोधर्मिता की घटना की विशेषता है।

7. जी-विकिरण: उत्तेजित होने पर परमाणु का नाभिक लघु तरंग दैर्ध्य और उच्च आवृत्ति का विद्युत चुम्बकीय विकिरण उत्सर्जित करता है, जो एक्स-रे की तुलना में अधिक कठोर और मर्मज्ञ होता है। परिणामस्वरूप, नाभिक की ऊर्जा कम हो जाती है, लेकिन नाभिक की द्रव्यमान संख्या और आवेश अपरिवर्तित रहता है। इसलिए, एक रासायनिक तत्व का दूसरे में परिवर्तन नहीं देखा जाता है, और परमाणु का नाभिक कम उत्तेजित अवस्था में चला जाता है।