Ҳастаи атомӣ хурдтарин ва асоситарин ҷузъест, ки тамоми моддаҳои коинотро ташкил медиҳад. Дарки сохтори ҳастаи атомӣ калиди фаҳмидани бисёр падидаҳои физикӣ ва химиявӣ мебошад. Дар ин мақола сохтори ҳастаи атомӣ, аз таърихи кашфи он, ҷузъҳои он, қувваҳои дар дохили он амалкунанда то таъсири он барои илм ва технология, муфассал баррасӣ мешавад.
Таърихи кашфи ядрои атомӣ
Кашфи ҳастаи атом натиҷаи таҷрибаҳои сершуморе буд, ки дар охири асри 19 ва аввали асри 20 гузаронида шуда буданд. Пеш аз кашфи ҳастаи атом, модели васеъ қабулшудаи атом модели "пудинги олу" буд, ки аз ҷониби Ҷ.Ҷ. Томсон дар соли 1904 пешниҳод шуда буд. Мувофиқи ин модел, атом як кураи мусбати заряднок аст, ки дорои электронҳои заряди манфӣ мебошад, ки мисли мавиз дар пудинг пароканда шудаанд.
Аммо, дар соли 1911, таҷрибаи парокандагии зарраҳои алфа, ки аз ҷониби Эрнест Резерфорд ва дастаи ӯ гузаронида шуд, ин назарияро ба куллӣ тағйир дод. Онҳо зарраҳои алфаро ба варақи тунуки тиллоӣ партофтанд ва мушоҳида карданд, ки аксари зарраҳои алфа аз варақ бемамониат гузаштанд, аммо баъзеи онҳо бо кунҷҳои калон майл доштанд ё ҳатто баръакс инъикос ёфтаанд. Резерфорд ба хулосае омад, ки атомҳо аз фазои бузурги холӣ иборатанд, ки масса ва заряди мусбат дар ядрои хурд дар маркази он мутамарказ шудаанд. Ин кашфиёт боиси пайдоиши модели ҳастаи атомӣ гардид, ки мо имрӯз медонем.
Қисмҳои ядрои атомӣ
Ҳастаи атом аз ду намуди зарраҳои субатомӣ иборат аст: протонҳо ва нейтронҳо. Ин ду зарра якҷоя ҳамчун нуклонҳо маълуманд.
- ProtonПротон зарраест, ки массааш тақрибан 1.6726 x 10^-27 килограмм аст. Шумораи протонҳо дар ядрои атом шахсияти химиявии унсурро муайян мекунад ва рақами атомии он номида мешавад.
- НеутронНейтронҳо зарраҳои бе заряд мебошанд, ки массаашон каме аз массаи протонҳо зиёдтар аст, тақрибан 1.6750 x 10^-27 килограмм. Нейтронҳо дар устувор кардани ядро бо кам кардани қувваи теладиҳӣ байни протонҳои мусбат заряднок нақш мебозанд.
Қувваҳо дар ядрои атомӣ
Дар дохили ядрои атом якчанд қувваҳои асосӣ амал мекунанд, ки ба устуворӣ ва сохтори ядро таъсир мерасонанд:
- Қувваи электромагнитӣИн қувва байни протонҳои зарядноки мусбат тела ба вуҷуд меорад. Агар қувваи дигаре, ки ин протонҳоро якҷоя нигоҳ медорад, ядрои атомӣ аз ҷониби ин тела ҷудо мешуд.
- Қувваи ҳастаии қавӣИн қувва қувваи хеле қавии ҷозиба аст, аммо дар масофаҳои хеле кӯтоҳ (тақрибан 1 фемтометр ё 10^-15 метр) амал мекунад. Он барои пайвастшавии протонҳо ва нейтронҳо дар дохили ядро масъул аст. Гарчанде ки қувваи қавии ҳастаӣ аз қувваи электромагнитӣ хеле қавитар аст, он танҳо дар масофаҳои хеле кӯтоҳ амал мекунад ва танҳо ба зарраҳое, ки ба ҳам хеле наздиканд, таъсир мерасонад.
- Қувваи заифи ҳастаӣИн қувва дар баъзе равандҳои вайроншавии радиоактивӣ ва трансмутатсияҳои элементӣ иштирок мекунад, аммо дар пайвастшавии нуклонҳо дар дохили ядро нақши муҳим намебозад.
Устувории ядроҳои атомӣ
Устувории ҳастаи атомӣ аз мувозинати байни қувваи қавии ҳастаӣ ва қувваи электромагнитӣ вобаста аст. Ҳастаҳои хеле хурд ё хеле калон майл ба ноустуворӣ доранд.
- Ҳастаи равшанДар ядроҳои атомӣ бо протонҳо ва нейтронҳои нисбатан кам, қувваи қавии ҳастаӣ барои бартараф кардани теладиҳии электромагнитӣ байни протонҳо кофӣ аст. Масалан, ядрои гелий (бо ду протон ва ду нейтрон) хеле устувор аст.
- Қабати вазнинДар ядроҳои атомӣ бо шумораи хеле зиёди протонҳо (масалан, уран бо 92 протон), теладиҳии электромагнитӣ хеле қавӣ мешавад ва муқовимат бо қувваи қавии ҳастаӣ душвор аст. Ин боиси ноустувор шудани ядроҳои вазнин ва осебпазир шудан ба вайроншавии радиоактивӣ мегардад.
Пастшавии радиоактивӣ
Таназзули радиоактивӣ равандест, ки дар он ядроҳои ноустувори атомӣ энергияро тавассути партоби радиатсия дар шакли зарраҳо ё мавҷҳои электромагнитӣ аз даст медиҳанд. Якчанд намуди таназзули радиоактивӣ мавҷуданд:
- Алфа ПастшавӣЯдро зарраи алфаро (ки аз ду протон ва ду нейтрон иборат аст) хориҷ мекунад. Ин таназзул одатан дар ядроҳои вазнин ба амал меояд.
- Бета-пастшавӣ: Ядро зарраҳои бетаро хориҷ мекунад, ки метавонанд электронҳо (бета-минус) ё позитронҳо (бета-плюс) бошанд. Таназзули бета ҳангоми табдил ёфтани нейтрон ба протон ё баръакс ба амал меояд.
- Пастшавии гамма: Ядро радиатсияи гаммаро хориҷ мекунад, ки фотонҳои дорои энергияи баланд мебошанд. Таназзули гамма одатан пас аз таназзули алфа ё бета, вақте ки ядро ҳоло дар ҳолати ангезиш аст ва энергияи бештарро аз даст медиҳад, рух медиҳад.
Таъсирҳо дар илм ва технология
Фаҳмидани сохтори ҳастаи атом ба соҳаҳои гуногуни илм ва технология таъсири васеъ расонидааст.
- Энергияи ҳастаӣТақсимшавии ҳастаӣ ва реаксияҳои синтези ядроӣ энергияи захирашуда дар ядроҳои атомиро истифода мебаранд. Тақсимшавии ҳастаӣ раванди тақсим кардани ядроҳои вазнин ба ядроҳои хурдтар аст, дар ҳоле ки синтези ҳастаӣ омезиши ядроҳои сабук ба ядроҳои вазнинтар аст. Ҳарду миқдори зиёди энергияро хориҷ мекунанд, ки онро барои истеҳсоли нерӯи барқ ё истеҳсоли силоҳи ҳастаӣ истифода бурдан мумкин аст.
- Тибби ҳастаӣРадиоизотопҳо дар ташхис ва табобати тиббӣ истифода мешаванд. Масалан, усулҳои тасвирӣ ба монанди ПЭТ (томографияи эмиссионии позитронӣ) изотопҳои радиоактивиро барои муайян кардани саратон ва дигар бемориҳо истифода мебаранд.
- Шиносоии радиоактивӣУсулҳои муайянкунии сана, ба монанди муайянкунии карбон-14, барои муайян кардани синну соли сангшудагон ва бозёфтҳои қадимӣ истифода мешаванд. Ин усул ба таҷзияи радиоактивии баъзе изотопҳо асос ёфтааст, ки бо суръати доимӣ ба амал меояд.
- Физикаи зарраҳоТаҳқиқоти сохтори ядрои атомӣ роҳро барои таҳқиқоти минбаъдаи зарраҳои субатомӣ ва таъсири мутақобилаи бунёдӣ ҳамвор кардааст. Кашфи зарраҳо ба монанди кваркҳо ва глюонҳо, инчунин таҷрибаҳо дар суръатбахшҳои зарраҳо ба монанди коллайдери калони адронӣ, ба мо кӯмак карданд, ки коинотро дар сатҳи бунёдии он дарк кунем.
Хулоса
Сохтори ҳастаи атомӣ калиди дарки бисёр падидаҳои коинот аст. Аз кашфи аввалини Резерфорд то татбиқ дар энергияи ҳастаӣ ва тибби муосир, омӯзиши ҳастаи атомӣ дарҳои зиёдеро дар илм боз кардааст. Бо пешрафти технология ва таҳқиқот, дониши мо дар бораи ҳастаи атомӣ амиқтар мешавад ва моро ба фаҳмиши ҳамаҷонибаи ҷаҳони атрофамон наздиктар мекунад.
