Antik Yunan ve eski Hintli bilim adamları ve filozoflar, etrafımızdaki tüm maddelerin bölünmeyen küçük parçacıklardan oluştuğuna inanıyorlardı.

Dünyada, dedikleri bu parçacıklardan daha küçük hiçbir şeyin olmayacağından emindiler. atomlar . Ve gerçekten de, daha sonra atomların varlığı, Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov, John Dalton gibi ünlü bilim adamları tarafından kanıtlandı. Atom, 19. yüzyılın sonuna kadar - 20. yüzyılın başına kadar bölünmez olarak kabul edildi, ancak bunun böyle olmadığı ortaya çıktı.

Elektronun keşfi. atomun Thomson modeli

Joseph John Thomson

1897'de İngiliz fizikçi Joseph John Thomson, katot ışınlarının manyetik ve elektrik alanlarındaki davranışlarını deneysel olarak inceleyerek, bu ışınların negatif yüklü parçacıklardan oluşan bir akım olduğunu keşfetti. Bu parçacıkların hareket hızı ışık hızının altındaydı. Bu nedenle, kütleleri vardı. Nereden geldiler? Bilim adamı, bu parçacıkların atomun bir parçası olduğunu öne sürdü. onları aradı cisimcikler . Daha sonra çağrıldılar elektronlar . Böylece elektronun keşfi, atomun bölünmezliği teorisine son verdi.

atomun Thomson modeli

Thomson, atomun ilk elektronik modelini önerdi. Buna göre atom, içinde pozitif yükü hacim boyunca eşit olarak dağılmış yüklü bir madde bulunan bir küredir. Ve bu maddede, bir topuzdaki kuru üzüm gibi, elektronlar serpiştirilmiştir. Genel olarak, atom elektriksel olarak nötrdür. Bu modele "erikli puding modeli" adı verildi.

Ancak İngiliz fizikçi Sir Ernest Rutherford tarafından kanıtlanan Thomson'ın modelinin yanlış olduğu ortaya çıktı.

Rutherford'un deneyimi

Ernest Rutherford

Bir atom gerçekte nasıl düzenlenir? Rutherford, 1909'da Alman fizikçi Hans Geiger ve Yeni Zelandalı fizikçi Ernst Marsden ile birlikte yaptığı deneyden sonra bu soruya yanıt verdi.

Rutherford'un deneyimi

Deneyin amacı, büyük bir hızla uçan odaklanmış bir ışını en ince altın folyoya yönlendirilen alfa parçacıklarının yardımıyla atomu incelemekti. Folyonun arkasında ışıldayan bir ekran vardı. Parçacıklar onunla çarpıştığında, mikroskop altında gözlemlenebilen parlamalar ortaya çıktı.

Thomson haklıysa ve atom bir elektron bulutundan oluşuyorsa, parçacıklar saptırmadan folyodan kolayca uçmalıdır. Alfa parçacığının kütlesi elektronun kütlesini yaklaşık 8000 kat aştığından, elektron ona etki edemez ve yörüngesini geniş bir açıyla saptıramaz, tıpkı 10 g'lık bir çakıl taşının hareket eden bir arabanın yörüngesini değiştirememesi gibi.

Ancak pratikte her şey farklı çıktı. Parçacıkların çoğu, pratik olarak küçük bir açıyla sapmadan veya sapmadan folyodan uçtu. Ancak bazı parçacıklar, sanki yollarında bir tür engel varmış gibi, oldukça önemli ölçüde saptı ve hatta geri sekti. Rutherford'un kendisinin dediği gibi, 15 inçlik bir merminin bir kağıt mendil parçasından sekmesi kadar inanılmazdı.

Bazı alfa parçacıklarının bu kadar çok yön değiştirmesine ne sebep oldu? Bilim adamı, bunun nedeninin atomun çok küçük bir hacimde yoğunlaşmış ve pozitif yüklü bir parçası olduğunu öne sürdü. onu aradı bir atomun çekirdeği.

Rutherford'un gezegensel atom modeli

atomun Rutherford modeli

Rutherford, atomun merkezinde bulunan yoğun, pozitif yüklü bir çekirdek ve negatif yüklü elektronlardan oluştuğu sonucuna vardı. Bir atomun kütlesinin neredeyse tamamı çekirdekte toplanmıştır. Genel olarak atom nötrdür. Çekirdeğin pozitif yükü, atomdaki tüm elektronların negatif yüklerinin toplamına eşittir. Ancak elektronlar, Thomson'ın modelinde olduğu gibi çekirdeğe gömülü değildir, gezegenlerin güneşin etrafında dönmesi gibi onun etrafında dönerler. Elektronların dönüşü, üzerlerine çekirdekten etki eden Coulomb kuvvetinin etkisi altında gerçekleşir. Elektronların dönme hızı çok büyüktür. Çekirdeğin yüzeyinin üzerinde bir tür bulut oluştururlar. Her atomun negatif yüklü kendi elektron bulutu vardır. Bu nedenle "birbirlerine yapışmazlar", birbirlerini iterler.

Güneş sistemi ile benzerliğinden dolayı Rutherford'un modeline gezegensel adı verildi.

atom neden var

Ancak Rutherford'un atom modeli, atomun neden bu kadar kararlı olduğunu açıklayamadı. Gerçekten de, klasik fizik yasalarına göre, yörüngede dönen bir elektron ivme ile hareket eder, bu nedenle elektromanyetik dalgalar yayar ve enerji kaybeder. Sonunda, bu enerji bitmeli ve elektron çekirdeğe düşmelidir. Durum böyle olsaydı, atom sadece 10 -8 s için var olabilirdi. Ama bu neden olmuyor?

Bu fenomenin nedeni daha sonra Danimarkalı fizikçi Niels Bohr tarafından açıklandı. Bir atomdaki elektronların yalnızca "izin verilen yörüngeler" olarak adlandırılan sabit yörüngelerde hareket ettiğini öne sürdü. Üzerlerinde olduklarından enerji yaymazlar. Ve enerjinin yayılması veya emilmesi, yalnızca bir elektron izin verilen bir yörüngeden diğerine hareket ettiğinde meydana gelir. Bu, uzak bir yörüngeden çekirdeğe daha yakın olana bir geçiş ise, enerji yayılır ve bunun tersi de geçerlidir. Radyasyon olarak adlandırılan kısımlarda meydana gelir. nicelik.

Rutherford tarafından açıklanan model atomun kararlılığını açıklayamasa da, yapısının incelenmesinde önemli ilerlemelere izin verdi.

Bir atom, kompakt ve büyük kütleli pozitif yüklü bir çekirdek ve etrafındaki negatif yüklü hafif elektronlardan oluşur.

Ernest Rutherford, ana keşiflerini zaten yapmış olması bakımından eşsiz bir bilim insanıdır. sonrasında alma Nobel Ödülü. 1911'de, bilim adamlarının yalnızca atomun derinliklerine bakmasına ve yapısı hakkında fikir sahibi olmasına izin vermekle kalmayıp, aynı zamanda bir zarafet ve tasarım derinliği modeli haline gelen bir deneyde başarılı oldu.

Doğal bir radyoaktif radyasyon kaynağı kullanan Rutherford, yönlendirilmiş ve odaklanmış bir parçacık akışı sağlayan bir top yaptı. Silah, içine radyoaktif malzemenin yerleştirildiği dar bir yuvaya sahip kurşun bir kutuydu. Bu nedenle, radyoaktif madde tarafından biri hariç tüm yönlerde yayılan parçacıklar (bu durumda, iki proton ve iki nötrondan oluşan alfa parçacıkları), kurşun ekran tarafından emildi ve yalnızca yönlendirilmiş bir alfa parçacıkları ışını uçtu. yarıktan geçirin. Kirişin yolu boyunca, önceden belirlenmiş bir yönden sapan parçacıkları kesen, dar yarıklara sahip birkaç kurşun ekran daha vardı. Sonuç olarak, mükemmel bir şekilde odaklanmış bir alfa parçacıkları ışını hedefe doğru uçtu ve hedefin kendisi çok ince bir altın folyo tabakasıydı. Ona çarpan alfa ışınıydı. Folyo atomlarıyla çarpıştıktan sonra, alfa parçacıkları yollarına devam ettiler ve hedefin arkasına yerleştirilmiş ışıldayan bir ekrana çarptılar ve bu ekrana alfa parçacıkları çarptığında flaşlar kaydedildi. Deneyci, onlardan ne miktarda ve ne kadar alfa parçacıklarının yönden saptığını yargılayabilirdi. doğrusal hareket folyo atomları ile çarpışmaların bir sonucu olarak.

Bu tür deneyler daha önce yapılmıştır. Ana fikirleri, atomun yapısı hakkında kesin bir şey söylenebilecek parçacıkların sapma açılarından yeterli bilgiyi toplamaktı. 20. yüzyılın başında, bilim adamları atomun negatif yüklü elektronlar içerdiğini zaten biliyorlardı. Bununla birlikte, hakim fikir, atomun, negatif yüklü kuru üzüm elektronlarıyla dolu pozitif yüklü ince bir ızgara gibi bir şey olduğuydu - modele "kuru üzüm ızgara modeli" adı verildi. Bu tür deneylerin sonuçlarına dayanarak, bilim adamları atomların bazı özelliklerini bulmayı başardılar - özellikle geometrik boyutlarının sırasını tahmin etmek için.

Ancak Rutherford, seleflerinden hiçbirinin bazı alfa parçacıklarının çok geniş açılarda sapıp sapmadığını deneysel olarak test etmeye çalışmadığını fark etti. Kuru üzüm ızgara modeli, atomda hızlı alfa parçacıklarını önemli açılarda saptırabilecek kadar yoğun ve ağır yapısal elementlerin varlığına izin vermedi, bu yüzden kimse bu olasılığı test etme zahmetine girmedi. Rutherford, öğrencilerinden birinden, bu olasılığı tamamen ortadan kaldırmak için, alfa parçacıklarının saçılımını geniş sapma açılarında gözlemlemek mümkün olacak şekilde düzeni yeniden donatmasını istedi - sadece vicdanını rahatlatmak için. Dedektör, bir alfa parçacığı çarptığında flüoresan flaş yayan bir malzeme olan sodyum sülfür ile kaplanmış bir ekrandı. Bazı parçacıkların 180 ° 'ye kadar olan açılardan saptığı ortaya çıktığında, sadece deneyi doğrudan yürüten öğrencinin değil, aynı zamanda Rutherford'un kendisinin de sürprizi neydi!

Atomun yerleşik modeli çerçevesinde, sonuç yorumlanamadı: ızgarada kuru üzümlü güçlü, hızlı ve ağır bir alfa parçacığını yansıtabilecek hiçbir şey yok. Rutherford, atomda olduğu sonucuna varmak zorunda kaldı. çoğu kütle, atomun merkezinde bulunan inanılmaz derecede yoğun bir maddede yoğunlaşmıştır. Ve atomun geri kalanının daha önce göründüğünden daha az yoğun olduğu ortaya çıktı. Saçılan alfa parçacıklarının davranışından, Rutherford'un atomun bu süper yoğun merkezlerinde çekirdek, atomun tüm pozitif elektrik yükü de yoğunlaşmıştır, çünkü yalnızca elektrik itme kuvvetleri 90 ° 'den daha büyük açılarda parçacıkların saçılmasına neden olabilir.

Yıllar sonra, Rutherford bu benzetmeyi keşfi için kullanmayı severdi. Bir Güney Afrika ülkesinde gümrükler, isyancılar için ülkeye kaçak olarak sokulan büyük bir silah sevkiyatının ülkeye sokulmak üzere olduğu ve silahların pamuk balyalarında saklanacağı konusunda uyarıldı. Ve şimdi, bir gümrük memuru, boşalttıktan sonra kendini pamuk balyalarıyla dolu koca bir antreponun önünde bulur. Tüfeklerin hangi balyalarda olduğunu nasıl anlayabilir? Gümrük memuru sorunu basitçe çözdü: balyalara ateş etmeye başladı ve mermiler herhangi bir balyadan sekmişse, balyaları kaçak silahla bu temelde tanımlayacaktı. Böylece Rutherford, alfa parçacıklarının altın folyodan nasıl sektiklerini görerek, atomun içinde beklenenden çok daha yoğun bir yapının gizlendiğini fark etti.

Rutherford'un deney sonuçlarına dayanarak çizdiği atom resmi bugün bizim için iyi bilinmektedir. Bir atom, pozitif bir yük taşıyan süper yoğun, kompakt bir çekirdek ve etrafındaki negatif yüklü hafif elektronlardan oluşur. Daha sonra bilim adamları bu resmi güvenilir bir teorik temelde özetlediler ( santimetre. Bohr atomu), ancak her şey küçük bir radyoaktif malzeme örneği ve bir parça altın folyo ile yapılan basit bir deneyle başladı.

Ayrıca bakınız:

Ernest Rutherford, Nelson'ın İlk Baron Rutherford'u, 1871-1937

Yeni Zelandalı fizikçi. Bir zanaatkar çiftçinin oğlu olarak Nelson'da doğdu. İngiltere'de Cambridge Üniversitesi'nde okumak için burs kazandı. Mezun olduktan sonra, Frederick Soddy (Frederick Soddy, 1877-1966) ile birlikte, 1908'de ödüllendirildiği radyoaktivite fenomeninin temel yasalarını oluşturduğu Kanada McGill Üniversitesi'ne (McGill Üniversitesi) atandı. Nobel Kimya Ödülü. Kısa süre sonra bilim adamı, liderliği altında Hans Geiger'in (Hans Geiger, 1882-1945) ünlü Geiger sayacını icat ettiği, atomun yapısını incelediği ve 1911'de atom çekirdeğinin varlığını keşfettiği Manchester Üniversitesi'ne taşındı. . Birinci Dünya Savaşı sırasında, düşman denizaltılarını tespit etmek için sonarların (akustik radarlar) geliştirilmesiyle uğraştı. 1919'da Cambridge Üniversitesi'nde fizik profesörü ve Cavendish Laboratuvarı'nın direktörü olarak atandı ve aynı yıl yüksek enerjili ağır parçacık bombardımanının bir sonucu olarak çekirdeğin bozunmasını keşfetti. Rutherford, hayatının sonuna kadar bu görevde kaldı, aynı zamanda uzun yıllar Kraliyet Başkanı oldu. bilimsel toplum. Westminster Abbey'de Newton, Darwin ve Faraday'in yanına gömüldü.

Çoğu zaman haklı olarak yüzyılımızın fiziğinin devlerinden biri olarak adlandırılan, öğrencilerinin birkaç neslinin çalışmalarının sadece yüzyılımızın bilim ve teknolojisi üzerinde değil, aynı zamanda milyonlarca insanın hayatı üzerinde de büyük bir etkisi oldu. İyimserdi, insanlara ve tüm hayatını adadığı bilime inanıyordu.”

Ernest Rutherford, 30 Ağustos 1871'de Nelson kasabası yakınlarında doğdu ( Yeni Zelanda), İskoçya'dan bir göçmen ailesinde, direksiyon ustası James Rutherford. Ernest ailenin dördüncü çocuğuydu, onun yanında 6 oğlu ve 5 kızı daha vardı. Annesi Martha Thompson, kırsalda öğretmen olarak çalıştı. Babası bir ağaç işleme işletmesi düzenlediğinde, çocuk genellikle onun liderliğinde çalıştı. Edinilen beceriler daha sonra Ernest'e bilimsel ekipmanın tasarımı ve yapımında yardımcı oldu.

Ailenin o dönemde yaşadığı Havelock'taki okuldan mezun olduktan sonra burs alarak eğitimine 1887'de girdiği Nelson İl Koleji'nde devam etti. İki yıl sonra Ernest, Christchurch'teki Yeni Zelanda Üniversitesi'nin bir şubesi olan Canterbury College'da sınavı geçti. Üniversitede, Rutherford öğretmenlerinden büyük ölçüde etkilendi: fizik ve kimya öğreten E.W. Bickerton ve matematikçi J.H.H. Pişirmek.

Ernest parlak yetenekler keşfetti. Dördüncü yılını tamamladıktan sonra bir ödül aldı. en iyi iş matematikte ve yüksek lisans sınavlarında sadece matematikte değil, fizikte de birinci oldu. 1892'de sanat ustası olduktan sonra kolejden ayrılmadı. Rutherford ilk bağımsız bilimsel çalışmasına girişti. "Yüksek frekanslı deşarjlar sırasında demirin manyetizasyonu" olarak adlandırıldı ve yüksek frekanslı radyo dalgalarının tespiti ile ilgiliydi. Bu fenomeni incelemek için bir radyo alıcısı yaptı (Marconi'den birkaç yıl önce) ve onunla birlikte yarım mil uzaklıktan meslektaşları tarafından iletilen sinyalleri aldı. Genç bilim adamının çalışması, 1894'te Yeni Zelanda Felsefe Enstitüsü Bildirilerinde yayınlandı.

İngiliz tacının en yetenekli genç denizaşırı konularına her iki yılda bir özel bir burs verildi, bu da bilimde ilerlemek için İngiltere'ye gitmeyi mümkün kıldı. 1895 yılında bir bilimsel eğitim bursu boştu. Bu burs için ilk aday olan kimyager Maclaurin ailevi nedenlerden dolayı reddetti, ikinci aday Rutherford oldu. İngiltere'ye gelen Rutherford, J.J.'den bir davet aldı. Thomson, Cambridge'deki Cavendish laboratuvarında çalışacak. Böylece Rutherford'un bilimsel yolu başladı.

Thomson, Rutherford'un radyo dalgaları konusundaki araştırmasından derinden etkilendi ve 1896'da X-ışınlarının gazlardaki elektrik boşalmaları üzerindeki etkisini ortaklaşa incelemeyi önerdi. Aynı yıl, Thomson ve Rutherford'un "X-ışınlarının etkisine maruz kalan gazlardan elektriğin geçişi üzerine" ortak çalışması ortaya çıkıyor. Ertesi yıl, Rutherford'un konuyla ilgili son makalesi, "Elektrik Dalgalarının Manyetik Dedektörü ve Bazı Uygulamaları" yayınlandı. Bundan sonra, çabalarını tamamen gaz deşarjı çalışmasına odaklar. 1897 yılında kendi yeni iş"X-ışınlarına maruz kalan gazların elektrifikasyonu ve X-ışınlarının gazlar ve buharlar tarafından emilmesi üzerine".

Thomson ile yapılan işbirliği, elektronun ikincisinin keşfi de dahil olmak üzere önemli sonuçlarla taçlandı - negatif bir elektrik yükü taşıyan bir parçacık. Thomson ve Rutherford, araştırmalarına dayanarak şunu varsaydılar: röntgen bir gazdan geçerken, o gazın atomlarını yok ederek eşit sayıda pozitif ve negatif yüklü parçacıklar açığa çıkarırlar. Bu parçacıklara iyon adını verdiler. Bu çalışmadan sonra Rutherford, maddenin atomik yapısını incelemeye başladı.

1898 sonbaharında, Rutherford, Montreal'deki McGill Üniversitesi'nde profesör olarak görevi devraldı. Rutherford'un öğretimi ilk başta çok başarılı değildi: öğrenciler, gençlerin ve henüz tam olarak öğrenmedikleri dersleri beğenmediler, izleyici profesör ayrıntılarla aşırı doygun hale geldi. Başlangıçta ve içinde bazı zorluklar ortaya çıktı. bilimsel çalışma sipariş edilen radyoaktif müstahzarların gelişinin ertelenmesi nedeniyle. Ne de olsa, tüm çabalarına rağmen, gerekli araçları oluşturmak için yeterli fonu alamadı. Rutherford, deneyler için gerekli ekipmanın çoğunu kendi elleriyle yaptı.

Yine de, Montreal'de oldukça uzun bir süre çalıştı - yedi yıl. İstisna, Rutherford'un Yeni Zelanda'da kısa bir süre kaldığı sırada evlendiği 1900'dü. Seçtiği kişi, bir zamanlar yaşadığı Christchurch'teki pansiyonun hostesinin kızı Mary Georgine Newton'du. 30 Mart 1901'de Rutherford çiftinin tek kızı doğdu. Zamanla, bu neredeyse doğumla aynı zamana denk geldi. yeni bölüm fizik biliminde - nükleer fizik.

“1899'da Rutherford, toryumun yayılmasını keşfetti ve 1902-03'te F. Soddy ile birlikte, radyoaktif dönüşümlerin genel yasasına zaten geldi” diye yazıyor V.I. Grigoriev.- Bu bilimsel olay hakkında daha fazla şey söylemek gerekiyor. Dünyanın bütün kimyacıları, bazı kimyasal elementlerin diğerlerine dönüştürülmesinin imkansız olduğunu, simyacıların kurşundan altın yapma hayallerinin sonsuza dek gömülmesi gerektiğini sıkıca kavramışlardır. Ve şimdi, yazarları, radyoaktif bozunmalar sırasında elementlerin dönüşümlerinin sadece meydana gelmediğini, aynı zamanda onları durdurmanın veya yavaşlatmanın bile imkansız olduğunu iddia eden bir çalışma ortaya çıkıyor. Ayrıca, bu tür dönüşümlerin yasaları formüle edilmiştir. Şimdi anlıyoruz ki bir elementin pozisyonu periyodik sistem Mendeleyev ve dolayısıyla onun Kimyasal özellikler, nükleer yük tarafından belirlenir. Alfa bozunması sırasında, nükleer yük iki birim azaldığında (birim olarak “temel” bir yük alınır - elektron yük modülü), element elektronik beta bozunması sırasında periyodik tablodaki iki hücreyi “hareket ettirir” - bir hücre aşağı, pozitron ile - bir hücre yukarı. Bu yasanın görünürdeki basitliğine ve hatta apaçıklığına rağmen, keşfi yüzyılımızın başındaki en önemli bilimsel olaylardan biri haline geldi.”

Klasik çalışmalarında, Rutherford ve Soddy, radyoaktif dönüşümlerin enerjisinin temel sorusuna değindiler. Radyum tarafından yayılan alfa parçacıklarının enerjisini hesaplayarak, "radyoaktif dönüşümlerin enerjisinin herhangi bir moleküler dönüşümün enerjisinden en az 20.000 kat ve hatta belki bir milyon kat daha fazla olduğu" sonucuna varıyorlar. Rutherford ve Soddy, "atomda saklı olan enerjinin, sıradan kimyasal dönüşümde açığa çıkan enerjiden çok daha fazla olduğu" sonucuna vardılar. Bu devasa enerji, onların görüşüne göre, "uzay fiziği fenomenlerini açıklarken" dikkate alınmalıdır. Özellikle güneş enerjisinin sabitliği, Güneş'te atom altı dönüşüm süreçlerinin gerçekleşmesiyle açıklanabilir.

Nükleer enerjinin kozmik rolünü daha 1903 gibi erken bir tarihte gören yazarların öngörülerine şaşırmamak elde değil. Bu yıl, Rutherford ve Soddy'nin kesin olarak konuştukları ve buna atom içi enerji adını verdikleri yeni bir enerji formunun keşfedildiği yıldı.

Londra Kraliyet Cemiyeti üyesi olan dünyaca ünlü bir bilim adamı (1903), Manchester'da bir sandalyeye oturmak için bir davet alır. 24 Mayıs 1907'de Rutherford Avrupa'ya döndü. Burada Rutherford, genç bilim adamlarını cezbeden güçlü bir faaliyet başlattı. Farklı ülkeler Barış. Aktif işbirlikçilerinden biri, ilk sayacın yaratıcısı olan Alman fizikçi Hans Geiger'di. temel parçacıklar. E. Marsden, K. Fajans, G. Moseley, G. Hevesy ve diğer fizikçiler ve kimyagerler Manchester'da Rutherford ile çalıştılar.

1908'de Rutherford, "radyoaktif maddelerin kimyasındaki elementlerin bozunması üzerine yaptığı araştırma için" Nobel Kimya Ödülü'ne layık görüldü. İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi adına yaptığı açılış konuşmasında K.B. Hasselberg, Rutherford tarafından yürütülen çalışmalar ile Thomson, Henri Becquerel, Pierre ve Marie Curie'nin çalışmaları arasındaki bağlantıya dikkat çekti. “Keşifler şaşırtıcı bir sonuca yol açtı: kimyasal element… diğer unsurlara dönüşebilir,” dedi Hasselberg. Nobel konferansında Rutherford şunları kaydetti: "Çoğu radyoaktif maddeden çok özgürce yayılan alfa parçacıklarının kütle ve bileşim bakımından özdeş olduğuna ve helyum atomlarının çekirdeklerinden oluşması gerektiğine inanmak için her türlü neden var. Bu nedenle, uranyum ve toryum gibi temel radyoaktif elementlerin atomlarının en azından kısmen helyum atomlarından yapılması gerektiği sonucuna varmaktan kendimizi alamıyoruz.

Nobel Ödülü'nü aldıktan sonra Rutherford, bir ince altın folyo levhasını alfa parçacıklarıyla bombalamak üzerine deneyler yaptı. Elde edilen veriler onu 1911'de yeni bir atom modeline götürdü. Genel olarak kabul edilen teorisine göre, pozitif yüklü parçacıklar atomun ağır merkezinde yoğunlaşır ve negatif yüklü parçacıklar (elektronlar) çekirdeğin yörüngesinde, ondan oldukça büyük bir mesafede bulunur. Bu model küçük bir model gibi Güneş Sistemi. Atomların öncelikle boş uzaydan oluştuğunu ima eder.

Rutherford'un teorisinin yaygın olarak tanınması, Danimarkalı fizikçi Niels Bohr'un bilim adamının Manchester Üniversitesi'ndeki çalışmasına katılmasıyla başladı. Bohr, Rutherford'un terimleriyle yapıların iyi bilinenlerle açıklanabileceğini gösterdi. fiziksel özellikler bir hidrojen atomunun yanı sıra birkaç ağır elementin atomları.

Rutherford grubunun Manchester'daki verimli çalışması, Birinci Dünya Savaşı tarafından kesintiye uğradı. İngiliz hükümeti, Rutherford'u "Amiral'in Buluşlar ve Araştırma Personeli" üyesi olarak atadı - düşman denizaltılarıyla savaşmanın yollarını bulmak için oluşturulan bir organizasyon. Bununla bağlantılı olarak, Rutherford'un laboratuvarı sesin su altında yayılması üzerine araştırmalara başladı. Bilim adamı ancak savaşın sonunda atom üzerindeki araştırmasını geri yükleyebildi.

Savaştan sonra Manchester laboratuvarına döndü ve 1919'da başka bir temel keşif yaptı. Rutherford, atomların dönüşümünün ilk reaksiyonunu yapay olarak gerçekleştirmeyi başardı. Rutherford, nitrojen atomlarını alfa parçacıklarıyla bombalayarak oksijen atomları elde etti. Rutherford tarafından yapılan araştırma sonucunda, atom fiziği alanındaki uzmanların atom çekirdeğinin doğasına olan ilgisi keskin bir şekilde arttı.

Ayrıca 1919'da Rutherford, Thomson'ın yerini alarak Cambridge Üniversitesi'ne geçerek deneysel fizik profesörü ve Cavendish Laboratuvarı'nın yöneticisi oldu ve 1921'de Londra'daki Kraliyet Enstitüsü'nde doğa bilimleri profesörü olarak göreve başladı. 1925'te bilim adamına İngiliz Liyakat Nişanı verildi. 1930'da Rutherford, hükümetin Bilimsel ve Endüstriyel Araştırma Ofisi danışma kurulu başkanlığına atandı. 1931'de Lord unvanını aldı ve İngiliz Parlamentosu Lordlar Kamarası üyesi oldu.

Öğrenciler ve meslektaşları, bilim insanını iyi ve kibar bir insan olarak hatırladılar. Olağanüstülüğüne hayran kaldılar yaratıcı bir şekilde düşündüklerinde, her yeni çalışmaya başlamadan önce nasıl mutlu bir şekilde söylediğini hatırladılar: "Umarım bu önemli bir konudur, çünkü hala bilmediğimiz çok şey var."

Adolf Hitler'in Nazi hükümetinin izlediği politikalardan endişe duyan Rutherford, 1933'te Almanya'dan kaçanlara yardım etmek için kurulan Akademik Yardım Konseyi'nin başkanı oldu.

Neredeyse ömrünün sonuna kadar, sağlığıyla ayırt edildi ve kısa bir hastalıktan sonra 20 Ekim 1937'de Cambridge'de öldü. Bilimin gelişimindeki olağanüstü başarıların tanınmasıyla, bilim adamı Westminster Abbey'e gömüldü.

Rutherford'un deneyleri

1913 yılında İngiliz fizikçi Rutherford saçılma üzerine klasik deneyler yaptı. a- ince tabakalar halinde parçacıklar çeşitli maddeler. a-radyoaktif maddeler tarafından yayılan parçacıklar, atom içi elektrik alanlarının incelenmesi için uygun test yükleridir. Tamamen iyonize helyum atomlarıdır, iki katına eşit pozitif yüke sahiptirler. temel ücret(q = 3,2 10 -19 C), kütle m = 6,67 10 -27 kg, maddenin atomlarına nüfuz etmeye yetecek yüksek enerjiye (ve dolayısıyla hıza) sahiptir.

Rutherford ve öğrencileri Geiger ve Marsden'in deney şeması Şekil 1'de gösterilmektedir. Yüksek bir vakumun oluşturulduğu kapalı odanın içinde, yayılan radyoaktif elementli kurşun bir kap vardı. a- parçacıklar. Dar bir parçacık demeti, yaklaşık 1 µm kalınlığında (10 -6 m) bir metal (altın) folyonun yüzeyine dik olarak düştü. Parçacıklar, fosforla kaplı bir ekranda neden oldukları ışık parlamaları (parıldamalar) tarafından kaydedildi. Ekran, mikroskop gövdesi üzerinde merceğin önüne monte edilmiş, bu sayede sintilasyonlar görsel olarak gözlenmiş ve sayıları sayılmıştır. Maddenin atomlarıyla etkileşimlerinden sonra belirli bir yönde hareket eden parçacıkların sayısı bu şekilde belirlendi. Mikroskop, ekranla birlikte, folyo atomları tarafından saçılan parçacıkları kaydetmek için odanın merkezinden geçen dikey bir eksen etrafında dönebilir.

Şekilde: 1- altın atomu, 2- a-parçacıklar

Rutherford'un deneyinin daha görsel bir şeması

α-parçacıklarının saçılmasına göre.

K - radyoaktif madde içeren kurşun kap,
E - çinko sülfür ile kaplanmış ekran,
F - altın folyo,
M - mikroskop.

Rutherford'un deneylerinin sonuçları:

1. Parçacıkların çoğu maddenin atomlarından geçer. dağılmayan ("boşluk" yoluyla olduğu gibi);
2. saçılma açısındaki artışla, orijinal yönden sapan parçacıkların sayısı keskin bir şekilde azalır;
3. Atomların ilk hareketlerine karşı (duvardan düşen bir top gibi) geri fırlattıkları ayrı parçacıklar vardır.

Rutherford, miktarı hesaplamak için bir formül buldu. a- belirli açılarda saçılan parçacıklar. Bu formül, parçacıkları saptıran oluşumların enine boyutu olan karakteristik "d" parametresini içerir.
Hesaplamaların deneysel sonuçlarla örtüşmesi için bu parametrenin 10-13 cm mertebesinde olması gerekmektedir.Atomların çapı 10-8 cm yani 10 -8 cm'dir. beş büyüklük sırası daha yüksek. Sonuç olarak, atomda, atomun ihmal edilebilecek kadar küçük bir bölümünü kaplayan ve parçacıkları 180 0'a kadar geniş açılarda saptıran bir bölge vardır.

Rutherford, atomun araştırılmasını α-parçacıklarının yardımıyla uygulamayı önerdi. α-parçacığının kütlesi, e'nin kütlesinden yaklaşık 7300 kat daha fazladır ve yük modulo 2e'dir. Bu parçacıklarla Rutherford, ağır metallerin atomlarını bombaladı. Atoma giren elektronlar, küçük kütleleri nedeniyle parçacığın yörüngesini fazla değiştiremezler. Saçılma sadece atomun ağır pozitif yüklü kısmından kaynaklanabilir. Bir radyoaktif kaynaktan cm/s hızında yayılan bir α-parçacığının yoluna, ince bir altın folyo yerleştirildi - 1 μm kalınlığında, 10'a eşit olan bir ağ. atomik katmanlar. Hedeften belirli bir uzaklıkta, α-parçacıklarından gelen flaşların kaydedildiği bir floresan ekran vardır. Deneyimler, α-parçacıklarının büyük çoğunluğunun küçük açılardan (2-3 derece) saptığını göstermiştir, ancak yaklaşık olarak her 10 parçada bir parçacık düşen büyük bir açıyla ve hatta 180 derece saptı. Buna dayanarak, Rutherford, bir atomun, merkezinde Ze yüklü ağır bir pozitif çekirdeğin bulunduğu ve boyutları 10'u geçmeyen bir yükler sistemi olduğunu öne sürdü.

1. α-parçacıklarının saçılması için Rutherford formülünün türetilmesi.

Saçılmadan kaynaklanan momentum, burada m parçacığın kütlesi v, başlangıç ​​hızıdır. Newton'un 2. yasasına göre , burada f, Δp.F= üzerindeki kuvvet projeksiyonudur. , ardından bir öncekinin yerine koyun ve
,;
;
;
;
; ; ;

;
Son ifadeye α-parçacıklarının saçılması için Rutherford formülü denir.

1. Rutherford'un deneylerinin sonuçları.

Rutherford, deneylerine dayanarak, bir atomun, merkezinde Ze yüklü ağır bir pozitif çekirdeğin bulunduğu ve boyutları 10'u geçmeyen bir yükler sistemi olduğu sonucuna vardı.
cm ve çekirdeğin etrafında atom tarafından işgal edilen tüm hacme dağılmış Z elektronları vardır. Bir atomun kütlesinin neredeyse tamamı çekirdekte toplanmıştır.

1. Chadwick yöntemiyle nükleer yükün deneysel olarak belirlenmesi.

Saçılma folyosu bir halka AA " şeklindeydi, radyoaktif preparasyon R (a parçacıklarının kaynağı) ve ZnS'nin floresan ekranı S, halka eksenine ondan eşit mesafelerde yerleştirildi. folyo tarafından saçılan parçacıklar, AA" halkasının deliği, a parçacıklarına karşı opak bir ekranla kaplandı. Aksine, I ölçmek için, delik serbestken ve AA halkası kapalıyken sintilasyonlar sayıldı. Bu durumda sintilasyon sayısı çok büyük olduğundan, azaltmak için S ekranının önüne dar bir oyuk ile dönen bir disk yerleştirildi. Kesiğin genişliğini bilerek ve sintilasyon sayısını sayarak, I'i hesaplayabilirsiniz.
(Rutherford'un formülü verildi). Chadwick platin için Z = 77.4, gümüş için Z = 46.3, bakır için Z = 29.3 buldu.

1. Rutherford'un gezegensel atom modeli.

Bir atom, tıpkı gezegenlerin güneşin etrafında hareket ettiği gibi, etrafında elektronların hareket ettiği atomun neredeyse tüm kütlesini içeren küçük, pozitif yüklü bir çekirdekten oluşur. Atomun gezegen modeli, elektronların hareketinin doğada kuantum olduğu ve klasik mekanik yasaları tarafından tanımlanmadığı gerçeğini dikkate alarak atomun yapısı hakkındaki modern fikirlere karşılık gelir, çünkü elektronlar çekirdeğin etrafında hareket ederse Güneş'in etrafında bir gezegen varsa, hareketleri hızlanır ve bu nedenle klasik elektrodinamik yasalarına göre elektromanyetik dalgalar yaymaları, enerji kaybetmeleri ve çekirdeğe düşmeleri gerekir.

Atomda neredeyse nokta benzeri, ancak çok ağır pozitif yüklü bir çekirdeğin varlığı İngiliz fizikçi Ernest tarafından kanıtlandı. Rutherford evi.

1906-1912'de. Altın ve diğer metallerden oluşan ince levhalardan (folyo) birkaç MeV enerjiye sahip α-parçacıklarının geçişini inceledi. Parçacıkların çoğu, pratik olarak hareketlerinin yönünü değiştirmeden folyodan uçtu. Ancak bazıları keskin bir şekilde yollarından saptı. Ortalama olarak 1 µm folyo kalınlığı ile 10.000 partikülden sadece 1'i 90°'den daha büyük bir açıyla sapmıştır. Bu oldukça garip görünüyordu, çünkü folyodan uçarken α-parçacığının birkaç bin atomu geçmesi gerekiyordu.

Böyle nadir etkileşimler yapıldı Rutherford Maddedeki kütlenin homojen bir şekilde dağılmadığını, ayrı, çok küçük pıhtılar şeklinde olduğunu varsaymak. Ana parçacık sayısı bu demetler arasında uçar ve sadece onlara düşenler dağılır. Bir katıdaki atomlar birbirine yeterince yakın yerleştirildiğinden, aralarındaki mesafeler yaklaşık olarak atomun boyutu kadardır, bu kümeler olamazlar. Böyle Rutherford maddenin atomun merkezinde, "çekirdeğinde" yoğunlaştığı sonucuna vardı.

Deneyleri sırasında, bilim adamı α-parçacıklarının yükünü ve kütlesini zaten belirlemişti. α-parçacıklarının bir elektronun iki katı olan pozitif bir yük taşıdığını ve oldukça ağır olduklarını, elektronlardan yaklaşık 7000 kat daha ağır olduklarını biliyordu. α-parçacıkları çekirdek tarafından saptırılırsa, çekirdekler de pozitif bir yük taşır.

Rutherford nokta çekirdekler tarafından belirli açı aralıklarında saçılması gereken parçacıkların oranlarını hesapladı. Nükleer yükü şuna eşitlersek, hesaplamaların ve deneylerin sonuçları mükemmel bir uyum içindedir. Z|e|, nerede Z folyonun yapıldığı elementin atom numarasıdır.

veriler olduğunu belirtmek ilginçtir. deneyler Rutherford klasik fizik çerçevesinde yapılan hesaplamalarla karşılaştırılır. Bununla birlikte, kuantum mekaniğinin yaratılmasından sonra ortaya çıktığı gibi, α-parçacıklarının saçılımını tanımlamak için "klasik" formülü elde etti ( Rutherford'un formülü) kuantum fiziği için de geçerlidir. Bu gerçekle çok gurur duyuyordu. Gerçekten de, Rutherford, hesaplamaları kendisi yapmak için öğrencilerle birlikte bir olasılık teorisi dersi aldı, ancak o zamana kadar zaten bir Nobel ödüllü, laboratuvar yöneticisi ve tanınmış bir deneysel fizik ustasıydı!

sonuçlara göre Rutherford'un deneyleriçekirdeğin boyutuna ilişkin bir üst sınır tahmin edilebilir. Bunu yapmak için minimum mesafeyi buluyoruz. R, enerjili bir α-parçacığının bulunduğu E akraba çekirdeğe yaklaşabilir. Çekirdeğe en yakın yaklaşımda, α-parçacığının kinetik enerjisi, Coulomb etkileşiminin potansiyel enerjisine dönüşür:

E akraba = 2 /R.

saat akraba birkaç MeV mertebesinde, yani bunlar α-parçacıklarının enerjileriydi. Rutherford'un deneyleri, daha iyi bir şekilde: R ~ 10 -14 m Hesaplamalarında Rutherford, çekirdeğin nokta benzeri olduğunu düşündü, bu nedenle çekirdeğin boyutunun elde edilen rakamı geçmediği ve ~10 -14 m mesafelere kadar etkileşimin olduğu iddia edilebilir. çekirdekli α parçacıklarının sayısı Coulomb karakterindedir. Doğru, kafa kafaya çarpışma yaşayan ve neredeyse 180 ° sapan parçacıklar için, Coulomb yasasından sonraki dağılımda küçük farklılıklar gözlendi. Bu, ~10 -14 m'den daha küçük mesafelerde, elektrostatik olmayan diğer bazı kuvvetlerin hareket etmeye başladığını gösterdi. Artık biliyoruz ki bu mesafelerde güçlü bir ( nükleer) etkileşim. siteden malzeme

Böylece, Rutherford 1911'de, büyüklüğü en az 104 kat olan çekirdek atomlarındaki varlığı kuruldu. daha küçük boyutlar atomlar ve pratik olarak atomun tüm kütlesinin yoğunlaştığı. Sonrasında Rutherford'un deneyleri maddenin esas olarak "boşluk"tan ibaret olduğu ortaya çıktı. Ve araştırması için Rutherford kazandı bilim dünyası"atom teorisinin babası" unvanı.

Rutherford, atomların yapısını alfa parçacıklarıyla bombardıman ederek inceledi. Sık sık şunları söyledi: “Paramparça etmekenatom" -"Atom kırmak" Şimdiye kadar, yüksek enerjili parçacıklarla bombardıman, mikro nesnelerin yapısını incelemek için ana yöntem olmaya devam ediyor, sadece araçlar değişti. Daha doğru kayıt cihazları oluşturuldu, sonuçların bilgisayarla işlenmesi için yöntemler ve en önemlisi, çok yüksek enerjili bombardıman parçacıklarının elde edilmesini mümkün kılan modern güçlü hızlandırıcılar.

Bu sayfada, konularla ilgili materyaller: