Атомын цөм нь орчлон ертөнцийн бүх материалыг бүрдүүлдэг хамгийн жижиг бөгөөд хамгийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Атомын цөмийн бүтцийг ойлгох нь олон физик, химийн үзэгдлийг ойлгоход чухал үүрэгтэй. Энэ нийтлэлд атомын цөмийн бүтцийг түүний нээлтийн түүх, бүрэлдэхүүн хэсгүүд, дотор нь үйлчилж буй хүчнээс эхлээд шинжлэх ухаан, технологид үзүүлэх нөлөө хүртэл нарийвчлан судлах болно.
Атомын цөмийг нээсэн түүх
Атомын цөмийг нээсэн нь 19-р зууны сүүлч, 20-р зууны эхэн үед хийгдсэн олон тооны туршилтуудын үр дүн байв. Атомын цөмийг нээхээс өмнө атомын өргөнөөр хүлээн зөвшөөрөгдсөн загвар нь 1904 онд Ж.Ж. Томсоны санал болгосон “чавганы пудинг” загвар байв. Энэ загварын дагуу атом нь пудингт үзэм шиг тархсан сөрөг цэнэгтэй электронуудыг агуулсан эерэг цэнэгтэй бөмбөлөг юм.
Гэсэн хэдий ч 1911 онд Эрнест Рутерфорд болон түүний багийн хийсэн альфа бөөмийн тархалтын туршилт энэ үзлийг эрс өөрчилсөн. Тэд альфа бөөмийг нимгэн алтан хуудас руу буудаж, альфа бөөмсийн ихэнх нь хуудаснаас саадгүй өнгөрч байгааг ажигласан боловч зарим нь том өнцгөөр хазайсан эсвэл бүр буцаж ойсон байна. Рутерфорд атомууд нь төв хэсэгтээ жижиг цөмд төвлөрсөн масс ба эерэг цэнэгтэй асар том хоосон орон зайгаас бүрддэг гэж дүгнэжээ. Энэхүү нээлт нь өнөөдөр бидний мэдэх атомын цөмийн загварыг бий болгосон юм.
Атомын цөмийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд
Атомын цөм нь хоёр төрлийн субатомын бөөмсөөс бүрдэнэ: протон ба нейтрон. Эдгээр хоёр бөөмийг хамтад нь нуклон гэж нэрлэдэг.
- ПротонПротон гэдэг нь ойролцоогоор 1.6726 x 10^-27 килограмм масстай эерэг цэнэгтэй бөөм юм. Атомын цөм дэх протоны тоо нь элементийн химийн шинж чанарыг тодорхойлдог бөгөөд түүнийг атомын дугаар гэж нэрлэдэг.
- НейтронНейтрон нь протоныхоос арай том, ойролцоогоор 1.6750 x 10^-27 килограмм масстай цэнэггүй бөөмс юм. Нейтрон нь эерэг цэнэгтэй протонуудын хоорондох түлхэлтийн хүчийг бууруулснаар цөмийг тогтворжуулах үүрэг гүйцэтгэдэг.
Атомын цөм дэх хүчнүүд
Атомын цөм дотор цөмийн тогтвортой байдал болон бүтцэд нөлөөлдөг хэд хэдэн үндсэн хүч үйлчилдэг:
- Цахилгаан соронзон хүчЭнэ хүч нь эерэг цэнэгтэй протонуудын хооронд түлхэлт үүсгэдэг. Эдгээр протонуудыг хооронд нь барьж байгаа өөр хүч байхгүй бол атомын цөм энэ түлхэлтээр салж бутарна.
- Хүчтэй цөмийн хүчЭнэ хүч нь маш хүчтэй таталцлын хүч боловч маш богино зайд (ойролцоогоор 1 фемтометр буюу 10^-15 метр) үйлчилдэг. Энэ нь цөм доторх протон ба нейтроныг холбох үүрэгтэй. Цахилгаан соронзон хүчнээс хамаагүй хүчтэй боловч хүчтэй цөмийн хүч нь зөвхөн маш богино зайд үйлчилж, зөвхөн хоорондоо маш ойрхон байрладаг бөөмсүүдэд нөлөөлдөг.
- Сул цөмийн хүчЭнэ хүч нь зарим цацраг идэвхт задралын процесс болон элементийн хувиралуудад оролцдог боловч цөм доторх нуклонуудыг холбоход чухал үүрэг гүйцэтгэдэггүй.
Атомын цөмийн тогтвортой байдал
Атомын цөмийн тогтвортой байдал нь хүчтэй цөмийн хүч ба цахилгаан соронзон хүчний тэнцвэрээс хамаарна. Маш жижиг эсвэл маш том цөмүүд тогтворгүй байх хандлагатай байдаг.
- Хөнгөн цөм: Харьцангуй цөөн протон ба нейтронтой атомын цөмд хүчтэй цөмийн хүч нь протонуудын хоорондох цахилгаан соронзон түлхэлтийг даван туулахад хангалттай байдаг. Жишээлбэл, гелийн цөм (хоёр протон ба хоёр нейтронтой) маш тогтвортой байдаг.
- Хүнд цөмМаш олон тооны протонтой (жишээлбэл, 92 протонтой уран) атомын цөмд цахилгаан соронзон түлхэлт маш хүчтэй болж, хүчтэй цөмийн хүчний нөлөөгөөр эсэргүүцэхэд хэцүү болдог. Энэ нь хүнд цөмүүд тогтворгүй, цацраг идэвхт задралд өртөмтгий болоход хүргэдэг.
Цацраг идэвхт задрал
Цацраг идэвхт задрал гэдэг нь тогтворгүй атомын цөмүүд бөөмс эсвэл цахилгаан соронзон долгион хэлбэрээр цацраг ялгаруулж энергиэ алдах үйл явц юм. Цацраг идэвхт задралын хэд хэдэн төрөл байдаг:
- Альфа задралЦөм нь альфа бөөм ялгаруулдаг (энэ нь хоёр протон ба хоёр нейтроноос бүрдэнэ). Энэ задрал нь ихэвчлэн хүнд цөмд тохиолддог.
- Бета задралЦөм нь бета тоосонцор ялгаруулдаг бөгөөд эдгээр нь электрон (бета-хасах) эсвэл позитрон (бета-плюс) байж болно. Бета задрал нь нейтрон протон болж хувирах эсвэл эсрэгээр өөрчлөгдөхөд тохиолддог.
- Гамма задралЦөм нь өндөр энергитэй фотонууд болох гамма цацрагийг ялгаруулдаг. Гамма задрал нь ихэвчлэн альфа эсвэл бета задралын дараа, цөм нь өдөөгдсөн төлөвт хэвээр байгаа бөгөөд цаашид энерги алдаж байх үед тохиолддог.
Шинжлэх ухаан, технологийн салбар дахь үр дагавар
Атомын цөмийн бүтцийг ойлгох нь шинжлэх ухаан, технологийн янз бүрийн салбарт өргөн нөлөө үзүүлсэн.
- Цөмийн эрчим хүчЦөмийн хуваагдал болон нэгдэх урвалууд нь атомын цөмд хадгалагдсан энергийг ашигладаг. Цөмийн хуваагдал гэдэг нь хүнд цөмийг жижиг цөм болгон хуваах үйл явц бол цөмийн нэгдэл гэдэг нь хөнгөн цөмийг хүнд цөм болгон нэгтгэх үйл явц юм. Хоёулаа их хэмжээний энерги ялгаруулдаг бөгөөд үүнийг цахилгаан үйлдвэрлэх эсвэл цөмийн зэвсэг үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно.
- Цөмийн анагаах ухаанРадиоизотопуудыг анагаах ухааны оношлогоо, эмчилгээнд ашигладаг. Жишээлбэл, PET (Позитроны ялгаралтын томографи) зэрэг дүрс оношилгооны аргууд нь хорт хавдар болон бусад өвчнийг илрүүлэхийн тулд цацраг идэвхт изотопуудыг ашигладаг.
- Цацраг идэвхт болзооЧулуужсан олдвор болон эртний эд өлгийн зүйлсийн насыг тодорхойлоход нүүрстөрөгч-14 он сар өдөр тогтоох зэрэг он сар өдөр тогтоох аргуудыг ашигладаг. Энэ арга нь тодорхой изотопуудын тогтмол хурдаар явагддаг цацраг идэвхт задрал дээр суурилдаг.
- Бөөмийн физикАтомын цөмийн бүтцийн судалгаа нь субатомын бөөмс болон үндсэн харилцан үйлчлэлийг цаашид судлах замыг нээж өгсөн. Кварк, глюон зэрэг бөөмсийг нээх, мөн Том Хадрон мөргөлдөөн зэрэг бөөмийн хурдасгуур дээр хийсэн туршилтууд нь бидэнд орчлон ертөнцийг хамгийн үндсэн түвшинд нь ойлгоход тусалсан.
Дүгнэлт
Атомын цөмийн бүтэц нь орчлон ертөнцийн олон үзэгдлийг ойлгоход чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Резерфордын анхны нээлтээс эхлээд цөмийн эрчим хүч, орчин үеийн анагаах ухаанд хэрэглэх хүртэл атомын цөмийг судлах нь шинжлэх ухаанд олон хаалгыг нээсэн. Технологи, судалгаа хөгжихийн хэрээр атомын цөмийн талаарх бидний мэдлэг гүнзгийрч, биднийг хүрээлэн буй ертөнцийн талаарх илүү цогц ойлголтод ойртуулах болно.
