İçerik
- Chadwick Nötronu Nasıl Keşfetti?
- Chadwick Atom Teorisinin Önemi
- James Chadwicks Atom Bombasına Katkıları
- Nötronlar, Radyoaktivite ve Ötesi
Günümüzde bilim adamları, atomları, son derece hafif, negatif yüklü elektronların bulutlarıyla çevrili minik, ağır, pozitif yüklü çekirdekten oluşuyor olarak düşünmektedir. Bu model 1920'lere dayanıyor, ancak antik Yunanistan'da kökeni var. Filozof Democritus 400 B'de atomların varlığını önermiştir. İngiliz fizikçi John Dalton atom teorisini 1800'lerin başında tanıttığına kadar hiç kimse bu konuda hiçbir kaygı duymadı. Dalton modeli eksikti, ancak 19. yüzyılın çoğu boyunca temelde değişmeden kaldı.
Atom modeli üzerine bir araştırma telaşı 19. yüzyılın sonunda ve 20. yüzyılın sonunda, bulut modeli olarak bilinen atomun Schrodinger modelinde doruğa ulaştı. Fizikçi Erwin Schrodinger 1926'da tanıştıktan kısa bir süre sonra, başka bir İngiliz fizikçi olan James Chadwick resme çok önemli bir parça ekledi. Chadwick, çekirdeği pozitif yüklü protonla paylaşan nötr parçacık olan nötronun varlığını keşfetmekten sorumludur.
Chadwicks keşfi bulut modelinin revizyonunu zorunlu kıldı ve bilim adamları bazen revize edilmiş versiyona James Chadwick atom modeli olarak atıfta bulundular. Keşif Chadwick'e fizik dalında 1935 Nobel Ödülü kazandırdı ve atom bombasının gelişmesini mümkün kıldı. Chadwick, Hiroşima ve Nagazaki'ye nükleer bomba yerleştirilmesiyle sonuçlanan süper gizli Manhattan projesine katıldı. Bomba Japonya'nın teslim edilmesine (birçok tarihçi Japonya'nın yine de teslim olacağına inandığına) ve II. Dünya Savaşı'nın sona ermesine katkıda bulundu. Chadwick 1974'te öldü.
Chadwick Nötronu Nasıl Keşfetti?
JJ Thompson, 1890'larda katod ışın tüplerini kullanan elektronu ve nükleer fiziğin sözde babası olan İngiliz fizikçi Ernest Rutherford'u, 1919'da protonu keşfetti. Rutherford, elektronların ve protonların, nötr bir partikülün kabaca aynı şekilde üretilmesiyle birleşebileceğini iddia etti. Bir proton olarak kitle ve bilim adamları böyle bir parçacığın çeşitli nedenlerden dolayı var olduğuna inanıyorlardı. Örneğin, helyum çekirdeğinin atom numarası 2 olan ancak kütle sayısı 4 olan, bu da bir tür nötr gizemli kütle içerdiği anlamına gelir. Hiç kimse bir nötron gözlemlememiş ya da var olduğunu kanıtlamamıştı.
Chadwick, Frédéric ve Irène Joliot-Curie tarafından alfa radyasyonu ile bir berilyum örneğini bombalayan bir deneyle özellikle ilgilendi. Bombardımanın bilinmeyen bir radyasyon ürettiğini ve bir parafin balmumu numunesine çarpmasına izin verdiklerinde, malzemeden yüksek enerjili protonların fırladığını gözlemlediler.
Radyasyonun yüksek enerjili fotonlardan yapıldığı açıklamasından memnun olmayan Chadwick deneyi yineledi ve radyasyonun ücretsiz ağır partiküllerden oluştuğu sonucuna vardı. Chadwick, helyum, azot ve lityum dahil olmak üzere diğer malzemeleri bombalayarak, her partikülün kütlesinin bir protondan biraz daha fazla olduğunu belirleyebildi.
Chadwick Mayıs 1932'de “Bir Nötronun Varlığı” adlı makalesini yayınladı. 1934'te, diğer araştırmacılar nötronun aslında proton ve elektronların bir kombinasyonu değil temel bir parçacık olduğunu belirlediler.
Chadwick Atom Teorisinin Önemi
Atomun modern anlayışı, Rutherford tarafından oluşturulan gezegensel modelin özelliklerinin çoğunu koruyor ancak Chadwick ve Danimarkalı fizikçi Neils Bohr tarafından ortaya konan önemli değişikliklerle.
Elektronların sınırlandırıldığı ayrı yörüngeler kavramını içeren Bohr'du. Bunu, o zamanlar yeni olan, ancak bilimsel gerçeklikler olarak kurulan kuantum ilkelerine dayandırdı. Bohr modeline göre, elektronlar ayrık yörüngelere sahiptir ve başka bir yörüngeye geçtiklerinde sürekli miktarlarda değil, kanta olarak adlandırılan enerji demetlerinde yayarlar veya absorbe ederler.
Bohr ve Chadwick'in çalışmalarını birleştiren, atomun modern resmi şuna benziyor: Atomun çoğu boş alan. Negatif yüklü elektronlar protonlardan ve nötronlardan oluşan küçük ama ağır bir çekirdeği yörüngeye sokar. Belirsizlik ilkesine dayanan kuantum teorisi, elektronları hem dalgalar hem de parçacıklar olarak gördüğünden, kesin olarak konumlandırılamazlar. Bir elektronun sadece belirli bir pozisyonda olma olasılığı hakkında konuşabilirsiniz, bu yüzden elektronlar çekirdek etrafında bir olasılık bulutu oluşturur.
Çekirdekteki nötronların sayısı genellikle protonların sayısıyla aynıdır, ancak farklı olabilir. Farklı sayıda nötron içeren bir elementin atomlarına o elementin izotopları denir. Çoğu elemanın bir veya daha fazla izotopu vardır ve bazılarının birkaçı vardır. Örneğin, kalay, 10 kararlı izotopa ve en az iki katı kadar kararsız olana sahiptir; bu, atom sayısının iki katından önemli ölçüde farklı bir ortalama atom kütlesi sağlar. James Chadwicks nötronun keşfi hiç gerçekleşmemiş olsaydı, izotopların varlığını açıklamak imkansız olurdu.
James Chadwicks Atom Bombasına Katkıları
Chadwicks, nötronun keşfi, doğrudan atom bombasının gelişmesine yol açtı. Nötronların yükü olmadığından, hedef atomların çekirdeklerine protonlardan daha derine nüfuz edebilirler. Atom çekirdeğinin nötron bombardımanı, çekirdeklerin özellikleri hakkında bilgi edinmek için önemli bir yöntem haline geldi.
Ancak bilim adamlarının süper ağır Uranyum-235'i nötronlarla bombalamanın çekirdeği parçalamanın ve çok fazla enerji salmanın bir yolu olduğunu keşfetmeleri uzun zaman almadı. Uranyum fisyonu diğer uranyum atomlarını parçalayan daha yüksek enerjili nötronlar üretir ve sonuç kontrol edilemeyen bir zincir reaksiyonudur. Bu bir kez biliniyorsa, yalnızca teslim edilebilir bir kasada talep üzerine fisyon reaksiyonunu başlatmak için bir yol geliştirme meselesiydi. Hiroşima ve Nagazaki'yi yok eden bombalar olan Şişman Adam ve Küçük Çocuk, bunu yapmak için Manhattan Projesi olarak bilinen gizli savaş çabasının bir sonucudur.
Nötronlar, Radyoaktivite ve Ötesi
Chadwick Atom Teorisi ayrıca radyoaktiviteyi anlamayı mümkün kılar. Doğal olarak oluşan bazı mineraller - ve ayrıca insan yapımı olanları - kendiliğinden radyasyon yayar ve bunun sebebi çekirdekteki göreceli proton ve nötron sayısı ile ilgilidir. Bir çekirdek, eşit bir sayıya sahip olduğunda en kararlıdır ve bir tanesinden daha fazlasına sahip olduğunda kararsız hale gelir. Kararlılığı tekrar kazanmak için dengesiz bir çekirdek alfa, beta veya gama ışıması şeklinde enerji açığa çıkarır. Alfa radyasyonu, her biri iki proton ve iki nötrondan oluşan ağır parçacıklardan oluşur. Beta radyasyonu, elektronlardan ve fotonların gama radyasyonundan oluşur.
Çekirdekler ve radyoaktivite çalışmasının bir parçası olarak, bilim insanları, kendilerini kuark adı verilen küçük parçacıklardan oluştuğunu bulmak için protonları ve nötronları daha fazla parçalara ayırdılar. Protonları ve nötronları çekirdekte bir arada tutan kuvvete kuvvetli kuvvet denir ve kuarkları bir arada tutanlara renk kuvveti denir. Güçlü kuvvet, yine bir başka temel partikül türü olan gluon değişimlerine bağlı olan renk kuvvetinin bir yan ürünüdür.
James Chadwick atom modelinin mümkün kıldığı anlayış, dünyayı nükleer çağa getirmiştir, ancak çok daha gizemli ve karmaşık bir dünyanın kapısı oldukça açıktır. Örneğin, bilim adamları bir gün, atom çekirdeği ve kuarkların yapıldığı kuarklar da dahil olmak üzere tüm evrenin, sonsuz titreşimli enerji dizilimlerinden oluştuğunu ispatlayabilir. Her ne keşfederlerse, Chadwick gibi öncülerinin omuzlarında duracaklar.