दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन का। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन: पदार्थ के अंदर कोलाहल। यह सब भौतिकविदों के लिए दिलचस्प क्यों है

सबसे पहले, आपको यह समझने की आवश्यकता है कि चार अलग-अलग प्रकार की ऊर्जा जारी होती है:

1) रासायनिक ऊर्जा जो हमारी कारों, साथ ही साथ आधुनिक सभ्यता के अधिकांश उपकरणों को शक्ति प्रदान करती है;

2) परमाणु विखंडन ऊर्जा, हमारे द्वारा उपभोग की जाने वाली बिजली का लगभग 15% उत्पन्न करने के लिए उपयोग की जाती है;

3) गर्म परमाणु संलयन की ऊर्जा, जो सूर्य और अधिकांश तारों को शक्ति प्रदान करती है;

4) ठंडे परमाणु संलयन की ऊर्जा, जिसे कुछ प्रयोगकर्ताओं ने प्रयोगशाला अध्ययनों में देखा है और जिसके अस्तित्व को अधिकांश वैज्ञानिकों ने खारिज कर दिया है।

तीनों प्रकार की परमाणु ऊर्जा (ईंधन की गर्मी/पाउंड) की मात्रा रासायनिक ऊर्जा की तुलना में 10 मिलियन गुना अधिक है। इस प्रकार की ऊर्जा अलग कैसे हैं? इस मुद्दे को समझने के लिए रसायन विज्ञान और भौतिकी के क्षेत्र में कुछ ज्ञान की आवश्यकता है।

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प्रकृति ने हमें दो प्रकार के स्थिर आवेशित कण दिए हैं: प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन। एक प्रोटॉन एक भारी, आमतौर पर बहुत छोटा, सकारात्मक रूप से आवेशित कण होता है। इलेक्ट्रॉन आमतौर पर हल्का, बड़ा, फजी सीमाओं के साथ होता है और इसका ऋणात्मक आवेश होता है। धनात्मक और ऋणात्मक आवेश एक दूसरे को उसी प्रकार आकर्षित करते हैं, जिस प्रकार चुम्बक का उत्तरी ध्रुव दक्षिणी ध्रुव को आकर्षित करता है। यदि एक चुम्बक को उसके उत्तरी ध्रुव के साथ दूसरे चुम्बक के दक्षिणी ध्रुव पर लाया जाए तो वे आपस में टकराएँगे। टक्कर गर्मी के रूप में ऊर्जा की एक छोटी मात्रा जारी करेगी, लेकिन यह आसानी से मापने के लिए बहुत छोटी है। चुम्बकों को अलग करने के लिए आपको कार्य करना पड़ता है, अर्थात ऊर्जा व्यय करनी पड़ती है। यह लगभग वैसा ही है जैसे किसी पत्थर को वापस पहाड़ी पर उठाना।

जब कोई पत्थर किसी पहाड़ी से लुढ़कता है, तो थोड़ी मात्रा में ऊष्मा निकलती है, लेकिन पत्थर को वापस ऊपर उठाने की प्रक्रिया में ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

उसी तरह, प्रोटॉन का धनात्मक आवेश इलेक्ट्रॉन के ऋणात्मक आवेश से टकराता है, वे "एक साथ चिपकते हैं", ऊर्जा छोड़ते हैं। नतीजा एक हाइड्रोजन परमाणु है, जिसे एच कहा जाता है। एक हाइड्रोजन परमाणु एक छोटे से प्रोटॉन को ढंकने वाले धुंधले इलेक्ट्रॉन से ज्यादा कुछ नहीं है। यदि आप हाइड्रोजन परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालते हैं, तो आपको सकारात्मक रूप से आवेशित H + आयन मिलता है, जो मूल प्रोटॉन से ज्यादा कुछ नहीं है। "आयन" नाम एक परमाणु या अणु पर लागू होता है जिसने एक या अधिक इलेक्ट्रॉनों को खो दिया है या प्राप्त कर लिया है और इसलिए अब तटस्थ नहीं है।

जैसा कि आप जानते हैं, प्रकृति में एक से अधिक प्रकार के परमाणु होते हैं। हमारे पास ऑक्सीजन परमाणु, नाइट्रोजन परमाणु, लौह परमाणु, हीलियम परमाणु और अन्य हैं। वे सब कैसे भिन्न हैं? उन सभी में विभिन्न प्रकार के नाभिक होते हैं, और सभी नाभिकों में एक अलग संख्या में प्रोटॉन होते हैं, जिसका अर्थ है कि उनके पास एक अलग सकारात्मक चार्ज होता है। एक हीलियम नाभिक में 2 प्रोटॉन होते हैं, जिसका अर्थ है कि इसमें प्लस 2 चार्ज होता है, और चार्ज को बेअसर करने के लिए 2 इलेक्ट्रॉनों की आवश्यकता होती है। जब इसमें 2 इलेक्ट्रॉन "चिपके" होते हैं, तो एक हीलियम परमाणु बनता है। ऑक्सीजन नाभिक में 8 प्रोटॉन होते हैं और इसका आवेश 8 होता है। जब इसमें 8 इलेक्ट्रॉन "चिपके" होते हैं, तो एक ऑक्सीजन परमाणु बनता है। एक नाइट्रोजन परमाणु में 7 इलेक्ट्रॉन होते हैं, एक लोहे के परमाणु में लगभग 26 होते हैं। हालांकि, सभी परमाणुओं की संरचना लगभग समान होती है: एक छोटा, धनात्मक आवेशित नाभिक, विसरित इलेक्ट्रॉनों के एक बादल में स्थित होता है। नाभिक और इलेक्ट्रॉन के बीच आकार का अंतर बहुत बड़ा है।

सूर्य का व्यास पृथ्वी के व्यास का केवल 100 गुना है। एक परमाणु में इलेक्ट्रॉन बादल का व्यास नाभिक के व्यास का 100,000 गुना है। मात्राओं में अंतर प्राप्त करने के लिए, इन संख्याओं को एक घन तक बढ़ाना आवश्यक है।

अब हम यह समझने के लिए तैयार हैं कि रासायनिक ऊर्जा क्या है। परमाणु, विद्युत रूप से तटस्थ होने के कारण, वास्तव में एक दूसरे के साथ बंध सकते हैं, और अधिक ऊर्जा जारी कर सकते हैं। दूसरे शब्दों में, उन्हें अधिक स्थिर कॉन्फ़िगरेशन में जोड़ा जा सकता है। पहले से ही परमाणु में, इलेक्ट्रॉन खुद को इस तरह से वितरित करने की कोशिश करते हैं कि वे नाभिक के जितना करीब हो सके, लेकिन उनकी फजी प्रकृति के कारण, उन्हें एक निश्चित मात्रा में जगह की आवश्यकता होती है। हालांकि, जब दूसरे परमाणु के इलेक्ट्रॉनों के साथ मिलकर, वे आम तौर पर एक निकट विन्यास बनाते हैं, जो उन्हें नाभिक तक पहुंचने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, 2 हाइड्रोजन परमाणु अधिक कॉम्पैक्ट कॉन्फ़िगरेशन में संयोजित हो सकते हैं यदि प्रत्येक हाइड्रोजन परमाणु अपने इलेक्ट्रॉन को 2 इलेक्ट्रॉनों के बादल में दान करता है, जो दो प्रोटॉन के बीच विभाजित होता है।

इस प्रकार, वे एक समूह बनाते हैं जिसमें एक एकल बादल में दो इलेक्ट्रॉन होते हैं और दो प्रोटॉन एक दूसरे से अंतरिक्ष से अलग होते हैं, लेकिन फिर भी, इलेक्ट्रॉनों के बादल के अंदर स्थित होते हैं। नतीजतन, एक रासायनिक प्रतिक्रिया होती है जो गर्मी की रिहाई के साथ आगे बढ़ती है: एच + एच => एच जी (चिन्ह "=>" का अर्थ है "जाता है" या "बन जाता है")। एच 2 विन्यास एक हाइड्रोजन अणु है; जब आप हाइड्रोजन का एक गुब्बारा खरीदते हैं, तो आपको एच अणुओं से ज्यादा कुछ नहीं मिलता है। इसके अलावा, जब दो एच 2 इलेक्ट्रॉन और 8 ओ परमाणु इलेक्ट्रॉन संयुक्त होते हैं तो एक और भी अधिक कॉम्पैक्ट कॉन्फ़िगरेशन बना सकते हैं - एक पानी का अणु एच ओ प्लस गर्मी। वास्तव में, पानी का अणु इलेक्ट्रॉनों का एक एकल बादल है, जिसके अंदर तीन बिंदु नाभिक होते हैं। ऐसा अणु न्यूनतम ऊर्जा विन्यास है।

इस प्रकार, तेल या कोयले को जलाने से हम इलेक्ट्रॉनों का पुनर्वितरण करते हैं। यह इलेक्ट्रॉन बादलों के अंदर बिंदु नाभिक के अधिक स्थिर विन्यास के गठन की ओर जाता है और इसके साथ गर्मी जारी होती है। यह रासायनिक ऊर्जा की प्रकृति है।

पिछली चर्चा में हम एक बिंदु चूक गए थे। प्रकृति में नाभिक में प्रारंभ में दो या दो से अधिक प्रोटॉन क्यों होते हैं? प्रत्येक प्रोटॉन का एक धनात्मक आवेश होता है, और जब धनात्मक आवेशों के बीच की दूरी इतनी कम होती है कि यह नाभिक के आस-पास के स्थान के अनुरूप होता है, तो वे एक दूसरे को दृढ़ता से पीछे हटाते हैं। समान आवेशों का प्रतिकर्षण उस प्रतिकर्षण के समान है जो दो चुम्बकों के उत्तरी ध्रुवों के बीच होता है जब वे उन्हें गलत तरीके से जोड़ने का प्रयास कर रहे होते हैं। ऐसा कुछ होना चाहिए जो इस प्रतिकर्षण पर काबू पा सके, अन्यथा केवल हाइड्रोजन परमाणु ही मौजूद रहेंगे। सौभाग्य से, हम देखते हैं कि ऐसा नहीं है।

एक अन्य प्रकार का बल है जो प्रोटॉन पर कार्य करता है। यह परमाणु शक्ति है। इस तथ्य के कारण कि यह बहुत बड़ा है, कण दृढ़ता से लगभग एक दूसरे के ऊपर रखे जाते हैं। इसके अलावा, एक दूसरे प्रकार के भारी कण होते हैं, जो प्रोटॉन से केवल इस बात में भिन्न होते हैं कि उनके पास न तो धनात्मक और न ही ऋणात्मक आवेश होता है। वे प्रोटॉन के धनात्मक आवेश द्वारा प्रतिकर्षित नहीं होते हैं। इन कणों को "न्यूट्रॉन" कहा जाता है क्योंकि ये विद्युत रूप से उदासीन होते हैं। ख़ासियत यह है कि कणों की अपरिवर्तित स्थिति केवल नाभिक के अंदर ही संभव है। जब कोई कण नाभिक के बाहर होता है, तो लगभग 10 मिनट के भीतर वह एक प्रोटॉन, एक इलेक्ट्रॉन और एक बहुत ही हल्के एंटीन्यूट्रिनो में बदल जाता है। हालांकि, नाभिक के अंदर, यह मनमाने ढंग से लंबे समय तक अपरिवर्तित रह सकता है। जैसा कि हो सकता है, न्यूट्रॉन और प्रोटॉन एक दूसरे के प्रति बहुत दृढ़ता से आकर्षित होते हैं। पर्याप्त दूरी पर पहुंचने के बाद, वे जुड़ते हैं, एक बहुत मजबूत जोड़ी बनाते हैं, तथाकथित ड्यूटेरॉन, जिसे डी + द्वारा निरूपित किया जाता है। एक एकल ड्यूटेरॉन एक एकल इलेक्ट्रॉन के साथ जुड़कर एक भारी हाइड्रोजन परमाणु, या ड्यूटेरियम बनाता है, जिसे डी निरूपित किया जाता है।

दूसरी परमाणु प्रतिक्रिया तब होती है जब दो ड्यूटेरॉन परस्पर क्रिया करते हैं। जब दो ड्युटेरॉन परस्पर क्रिया करने के लिए बाध्य होते हैं, तो वे मिलकर एक ऐसा कण बनाते हैं जिसका दोहरा आवेश होता है। दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन का एक समूह एक ड्यूटेरॉन में एक प्रोटॉन-न्यूट्रॉन समूहन से भी अधिक स्थिर है। नया कण, 2 इलेक्ट्रॉनों द्वारा बेअसर, एक हीलियम परमाणु का नाभिक बन जाता है, जिसे हे नामित किया जाता है। प्रकृति में, बड़े समूह भी हैं जो कार्बन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, लोहा और अन्य परमाणुओं के नाभिक हैं। इन सभी समूहों का अस्तित्व परमाणु बल के कारण संभव है जो कणों के बीच उत्पन्न होता है जब वे एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं या नाभिक के आकार के बराबर अंतरिक्ष की कुल मात्रा साझा करते हैं।

अब हम साधारण परमाणु ऊर्जा की प्रकृति को समझ सकते हैं, जो वास्तव में परमाणु विखंडन ऊर्जा है। ब्रह्मांड के प्रारंभिक इतिहास के दौरान, विशाल सितारों का निर्माण हुआ। इतने विशाल तारों के विस्फोट के दौरान कई प्रकार के नाभिक बने और फिर से बाह्य अंतरिक्ष में फट गए। इस द्रव्यमान से सूर्य सहित ग्रहों और तारों का निर्माण हुआ।

यह संभव है कि विस्फोट के दौरान प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के सभी संभावित स्थिर विन्यास दिखाई दिए, साथ ही यूरेनियम नाभिक जैसे व्यावहारिक रूप से स्थिर समूह भी। वास्तव में यूरेनियम के नाभिक तीन प्रकार के होते हैं: यूरेनियम-234, यूरेनियम-235 और यूरेनियम-238। ये "आइसोटोप" न्यूट्रॉन की संख्या में भिन्न होते हैं, हालांकि, इन सभी में 92 प्रोटॉन होते हैं। किसी भी प्रकार के यूरेनियम परमाणु का नाभिक हीलियम नाभिक को बाहर निकालकर कम ऊर्जा विन्यास में बदल सकता है, हालाँकि, यह प्रक्रिया इतनी दुर्लभ है कि स्थलीय यूरेनियम लगभग 4 बिलियन वर्षों तक अपने गुणों को बनाए रखता है।

हालाँकि, यूरेनियम नाभिक के विन्यास को तोड़ने का एक और तरीका है। सामान्य शब्दों में, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन क्लस्टर सबसे अधिक स्थिर होते हैं यदि उनमें लगभग 60 प्रोटॉन-न्यूट्रॉन जोड़े होते हैं। यूरेनियम के नाभिक में निहित ऐसे जोड़े की संख्या इस आंकड़े से तीन गुना अधिक है। नतीजतन, यह बड़ी मात्रा में गर्मी जारी करते हुए, दो भागों में विभाजित हो जाता है। हालांकि, प्रकृति इसे अलग होने की इजाजत नहीं देती है। ऐसा करने के लिए, इसे पहले एक उच्च ऊर्जा विन्यास में स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है। हालांकि, एक प्रकार का यूरेनियम, यूरेनियम -235, 235 यू नामित, न्यूट्रॉन को कैप्चर करके आवश्यक ऊर्जा प्राप्त करता है। इस प्रकार आवश्यक ऊर्जा प्राप्त करने के बाद, नाभिक क्षय हो जाता है, भारी मात्रा में ऊर्जा जारी करता है और इस प्रक्रिया में अतिरिक्त न्यूट्रॉन जारी करता है। ये अतिरिक्त न्यूट्रॉन बदले में यूरेनियम -235 नाभिकों का विखंडन कर सकते हैं, जिससे एक श्रृंखला प्रतिक्रिया हो सकती है।

यह ठीक यही प्रक्रिया है जो परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में होती है, जहाँ गर्मी, जो परमाणु विखंडन का अंतिम उत्पाद है, का उपयोग पानी को उबालने, भाप उत्पन्न करने और विद्युत जनरेटर को चालू करने के लिए किया जाता है। (इस पद्धति का नुकसान रेडियोधर्मी कचरे का विमोचन है, जिसे मज़बूती से निपटाया जाना चाहिए)।

अब हम तप्त नाभिकीय संलयन के सार को समझने के लिए तैयार हैं। जैसा कि पाठ 5 में उल्लेख किया गया है, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन क्लस्टर सबसे अधिक स्थिर होते हैं जब प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या लोहे के परमाणु के नाभिक में लगभग उनकी संख्या के अनुरूप होती है। यूरेनियम की तरह, जिसमें आमतौर पर बहुत अधिक न्यूट्रॉन-प्रोटॉन होते हैं, हाइड्रोजन, हीलियम, कार्बन, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन जैसे हल्के तत्वों में ये जोड़े बहुत कम होते हैं।

यदि आप इन नाभिकों के लिए परस्पर क्रिया करने के लिए आवश्यक परिस्थितियाँ बनाते हैं, तो वे ऊष्मा की रिहाई के साथ अधिक स्थिर समूहों में संयोजित हो जाएँगे। यह संश्लेषण की प्रक्रिया है। प्रकृति में यह सूर्य जैसे तारों में पाया जाता है। प्रकृति में, संपीड़ित हाइड्रोजन बहुत गर्म होती है, और थोड़ी देर बाद एक संलयन प्रतिक्रिया होती है। यदि प्रक्रिया मूल रूप से ड्यूटरॉन के साथ हुई होती, जिसमें पहले से ही एक दोगुना प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होता है, तो सितारों में प्रतिक्रिया अपेक्षाकृत आसानी से आगे बढ़ेगी। जिस गति से प्रत्येक विशेष प्रकार का परमाणु समान परमाणुओं के एक बादल के अंदर चलता है वह सीधे तापमान पर निर्भर करता है। तापमान जितना अधिक होता है, गति उतनी ही अधिक होती है और परमाणु एक-दूसरे के करीब होते हैं, जिससे एक बार की टक्कर होती है।

तारों में, इलेक्ट्रॉनों के कोर छोड़ने के लिए तापमान काफी अधिक होता है। इस प्रकार, हम कह सकते हैं कि वास्तव में हम इलेक्ट्रॉनों और नाभिकों के मिश्रित बादल से निपट रहे हैं। बहुत उच्च तापमान पर, टक्कर के क्षण में नाभिक एक दूसरे के इतने करीब होते हैं कि परमाणु बल चालू हो जाता है, उन्हें एक दूसरे की ओर आकर्षित करता है। नतीजतन, नाभिक "एक साथ चिपक सकते हैं" और प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के कम-ऊर्जा समूह में बदल सकते हैं, गर्मी जारी कर सकते हैं। गर्म संलयन एक गैस के रूप में ड्यूटेरियम और टर्नरी हाइड्रोजन (जिनके नाभिक में 1 प्रोटॉन और 2 न्यूट्रॉन होते हैं) का उपयोग करके प्रयोगशाला में इस प्रक्रिया को अंजाम देने का एक प्रयास है। गर्म संलयन के लिए, सैकड़ों लाखों डिग्री के गैस तापमान को बनाए रखने की आवश्यकता होती है, जिसे चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है, लेकिन केवल 1-2 सेकंड के लिए। यह आशा की जाती है कि गैस के तापमान को अधिक समय तक बनाए रखना संभव होगा। जब तक तापमान पर्याप्त उच्च होता है, नाभिकीय प्रतिक्रिया नाभिक के टकराने के क्षण में आगे बढ़ती है।

मुख्य रूप जिसमें ऊर्जा जारी की जाती है वह उच्च-ऊर्जा न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की रिहाई है। प्रोटॉन बहुत जल्दी ऊष्मा में परिवर्तित हो जाते हैं। न्यूट्रॉन की ऊर्जा भी ऊष्मा में बदल सकती है, हालांकि उसके बाद उपकरण रेडियोधर्मी हो जाता है। उपकरण को कीटाणुरहित करना बहुत मुश्किल है, इसलिए वाणिज्यिक बिजली उत्पादन के लिए एक विधि के रूप में गर्म संलयन उपयुक्त नहीं है। किसी भी मामले में, गर्म संलयन ऊर्जा एक सपना है जो कम से कम 50 वर्षों से है। हालांकि, अधिकांश वैज्ञानिक गर्म संलयन को संलयन ऊर्जा उत्पन्न करने का एकमात्र तरीका मानते हैं। गर्म संलयन की प्रक्रिया विखंडन की तुलना में कम विकिरण पैदा करती है, यह पृथ्वी पर पर्यावरण के अनुकूल और व्यावहारिक रूप से असीमित ईंधन का स्रोत है (आधुनिक ऊर्जा खपत के सापेक्ष, यह कई लाखों वर्षों के लिए पर्याप्त होगा)।

अंत में, हम ठंडे संलयन की व्याख्या पर आते हैं। शीत संलयन संलयन ऊर्जा को मुक्त करने का एक सरल और गैर-रेडियोधर्मी तरीका हो सकता है। ठंडे संलयन की प्रक्रिया में, एक नाभिक के प्रोटॉन और न्यूट्रॉन दूसरे के प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के साथ पूरी तरह से अलग तरीके से बातचीत करते हैं।

साथ ही, परमाणु बल इस तथ्य में योगदान देता है कि वे एक अधिक स्थिर विन्यास बनाते हैं। किसी भी नाभिकीय अभिक्रिया के लिए यह आवश्यक है कि अभिक्रिया करने वाले नाभिकों में स्थान का एक सामान्य आयतन हो। इस आवश्यकता को कण संरेखण कहा जाता है। गर्म संलयन में, कणों को थोड़े समय के लिए संयोजित किया जाता है, जब दो सकारात्मक आवेशों का प्रतिकारक बल दूर हो जाता है, और नाभिक टकराते हैं। ठंडे संलयन के दौरान, छोटे बिंदु कणों के बजाय इलेक्ट्रॉनों जैसे फजी कणों के रूप में व्यवहार करने के लिए ड्यूटेरियम नाभिक को मजबूर करके कण संरेखण प्राप्त किया जाता है। जब किसी भारी धातु में हल्का या भारी हाइड्रोजन मिलाया जाता है, तो हाइड्रोजन का प्रत्येक "परमाणु" एक ऐसी स्थिति बना लेता है, जहां वह चारों ओर से भारी धातु के परमाणुओं से घिरा होता है।

हाइड्रोजन के इस रूप को मध्यवर्ती कहा जाता है। हाइड्रोजन परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन, मध्यवर्ती हाइड्रोजन के साथ मिलकर धातु में इलेक्ट्रॉनों के द्रव्यमान का हिस्सा बन जाते हैं। प्रत्येक हाइड्रोजन नाभिक धातु के इलेक्ट्रॉनों के एक नकारात्मक रूप से आवेशित बादल से गुजरते हुए एक पेंडुलम की तरह दोलन करता है। ऐसा कंपन क्वांटम यांत्रिकी के पदों के अनुसार बहुत कम तापमान पर भी होता है। इस गति को जीरो पॉइंट मूवमेंट कहा जाता है। इस मामले में, परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की तरह नाभिक धुंधली वस्तुएं बन जाते हैं। हालांकि, इस तरह की अस्पष्टता एक हाइड्रोजन नाभिक को दूसरे के साथ बातचीत करने की अनुमति देने के लिए पर्याप्त नहीं है।

दो या दो से अधिक हाइड्रोजन नाभिकों के लिए समान सामान्य स्थान होने के लिए एक और शर्त आवश्यक है। एक धातु में इलेक्ट्रॉनों द्वारा ले जाने वाली विद्युत धारा एक कंपन सामग्री तरंग की तरह व्यवहार करती है, बिंदु कणों की तरह नहीं। यदि इलेक्ट्रॉन ठोस पदार्थों में तरंगों की तरह व्यवहार नहीं करते, तो आज न तो ट्रांजिस्टर और न ही आधुनिक कंप्यूटर मौजूद होते। एक तरंग के रूप में एक इलेक्ट्रॉन को बलोच फ़ंक्शन का इलेक्ट्रॉन कहा जाता है। ठंडे संलयन का रहस्य बलोच फ़ंक्शन के एक ड्यूटेरॉन को प्राप्त करने की आवश्यकता है। दो या दो से अधिक ड्यूटरॉन के लिए अंतरिक्ष का एक सामान्य आयतन होने के लिए, वेव ड्यूटेरॉन को एक ठोस के अंदर या सतह पर उत्पादित किया जाना चाहिए। जैसे ही बलोच फ़ंक्शन ड्यूटेरॉन बनाए जाते हैं, परमाणु बल कार्य करना शुरू कर देता है, और प्रोटॉन और न्यूट्रॉन जो ड्यूटेरॉन बनाते हैं, बलोच फ़ंक्शन हीलियम के अधिक स्थिर विन्यास में पुनर्गठित होते हैं, जो गर्मी की रिहाई के साथ होता है।

ठंडे संलयन का अध्ययन करने के लिए, प्रयोगकर्ता को ड्यूटेरॉन को तरंग अवस्था में जाने और उन्हें उस अवस्था में रखने की आवश्यकता होती है। शीत संलयन प्रयोग अत्यधिक गर्मी की रिहाई को प्रदर्शित करते हुए साबित करते हैं कि यह संभव है। हालाँकि, अभी तक कोई नहीं जानता कि इस तरह की प्रक्रिया को सबसे विश्वसनीय तरीके से कैसे किया जाए। शीत संलयन का उपयोग एक ऊर्जा संसाधन प्रदान करने का वादा करता है जो लाखों वर्षों तक चलेगा, जबकि ग्लोबल वार्मिंग की कोई समस्या नहीं होगी, कोई रेडियोधर्मिता नहीं होगी - इसीलिए इस घटना का अध्ययन करने के लिए गंभीर प्रयास किए जाने चाहिए।

प्रकृति के सभी भौतिक शरीर एक प्रकार के पदार्थ से बने हैं जिसे पदार्थ कहा जाता है। पदार्थों को दो मुख्य समूहों में बांटा गया है - सरल और जटिल पदार्थ।

यौगिक पदार्थ ऐसे पदार्थ होते हैं जिन्हें रासायनिक अभिक्रियाओं द्वारा अन्य सरल पदार्थों में विघटित किया जा सकता है। जटिल के विपरीत, सरल पदार्थ वे होते हैं जिन्हें रासायनिक रूप से और भी सरल पदार्थों में विघटित नहीं किया जा सकता है।

एक जटिल पदार्थ का एक उदाहरण पानी है, जिसे रासायनिक प्रतिक्रिया द्वारा दो अन्य सरल पदार्थों - हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विघटित किया जा सकता है। अंतिम दो के रूप में, वे अब रासायनिक रूप से सरल पदार्थों में विघटित नहीं हो सकते हैं, और इसलिए सरल पदार्थ हैं, या दूसरे शब्दों में, रासायनिक तत्व हैं।

19वीं शताब्दी के पूर्वार्द्ध में, विज्ञान में यह धारणा थी कि रासायनिक तत्व अपरिवर्तनीय पदार्थ हैं जिनका एक दूसरे के साथ सामान्य संबंध नहीं है। हालांकि, 1869 में पहली बार रूसी वैज्ञानिक डी। आई। मेंडेलीव (1834 - 1907) ने रासायनिक तत्वों के संबंध का खुलासा किया, जिसमें दिखाया गया कि उनमें से प्रत्येक की गुणात्मक विशेषता इसकी मात्रात्मक विशेषता - परमाणु भार पर निर्भर करती है।

रासायनिक तत्वों के गुणों का अध्ययन करते हुए, डी। आई। मेंडेलीव ने देखा कि उनके गुणों को उनके परमाणु भार के आधार पर समय-समय पर दोहराया जाता है। उन्होंने इस आवर्तता को एक तालिका के रूप में प्रदर्शित किया, जिसे "मेंडेलीव की तत्वों की आवर्त सारणी" नाम से विज्ञान में शामिल किया गया।

नीचे मेंडेलीव के रासायनिक तत्वों की आधुनिक आवर्त सारणी है।

परमाणुओं

विज्ञान की आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, प्रत्येक रासायनिक तत्व में सबसे छोटे पदार्थ (भौतिक) कणों का एक समूह होता है जिसे परमाणु कहा जाता है।

एक परमाणु एक रासायनिक तत्व का सबसे छोटा अंश है जिसे अब रासायनिक रूप से अन्य, छोटे और सरल भौतिक कणों में विघटित नहीं किया जा सकता है।

विभिन्न प्रकृति के रासायनिक तत्वों के परमाणु एक दूसरे से उनके भौतिक-रासायनिक गुणों, संरचना, आकार, द्रव्यमान, परमाणु भार, आत्म-ऊर्जा और कुछ अन्य गुणों में भिन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, एक हाइड्रोजन परमाणु अपने गुणों और संरचना में ऑक्सीजन परमाणु से और बाद में यूरेनियम परमाणु आदि से भिन्न होता है।

यह स्थापित किया गया है कि रासायनिक तत्वों के परमाणु आकार में बहुत छोटे होते हैं। यदि हम परंपरागत रूप से यह मान लें कि परमाणु आकार में गोलाकार हैं, तो उनका व्यास एक सेंटीमीटर के दस करोड़वें हिस्से के बराबर होना चाहिए। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन परमाणु का व्यास - प्रकृति का सबसे छोटा परमाणु - एक सेंटीमीटर (10 -8 सेमी) के सौ मिलियनवें हिस्से के बराबर होता है, और सबसे बड़े परमाणुओं का व्यास, जैसे कि यूरेनियम परमाणु, तीन से अधिक नहीं होता है एक सेंटीमीटर का सौ मिलियनवाँ भाग (3 10 -8 सेमी)। नतीजतन, एक हाइड्रोजन परमाणु एक सेंटीमीटर की त्रिज्या वाली गेंद से कई गुना छोटा होता है, बाद वाला ग्लोब से कितना छोटा होता है।

परमाणुओं के बहुत छोटे आकार के अनुसार उनका द्रव्यमान भी बहुत कम होता है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन परमाणु का द्रव्यमान m = 1.67 · 10 -24 g है। इसका अर्थ है कि एक ग्राम हाइड्रोजन में लगभग 6 · 10 · 23 परमाणु होते हैं।

ऑक्सीजन परमाणु के वजन का 1/16 रासायनिक तत्वों के परमाणु भार के मापन की एक पारंपरिक इकाई के रूप में लिया जाता है। रासायनिक तत्व के इस परमाणु भार के अनुसार, एक अमूर्त संख्या कहलाती है, यह दर्शाता है कि वजन का कितना गुना है। एक दिया गया रासायनिक तत्व ऑक्सीजन परमाणु के वजन के 1/16 से अधिक है।

डी। आई। मेंडेलीव के तत्वों की आवर्त सारणी में, सभी रासायनिक तत्वों के परमाणु भार दिए गए हैं (तत्व के नाम के नीचे रखी गई संख्या देखें)। इस सारणी से हम देखते हैं कि सबसे हल्का परमाणु हाइड्रोजन परमाणु है, जिसका परमाणु भार 1.008 है। कार्बन का परमाणु भार 12 है, ऑक्सीजन का 16 है, और इसी तरह।

भारी रासायनिक तत्वों के लिए, उनका परमाणु भार हाइड्रोजन के परमाणु भार से दो सौ गुना से अधिक है। तो, पारा का परमाणु शिखर 200.6, रेडियम - 226, आदि है। तत्वों की आवधिक प्रणाली में एक रासायनिक तत्व द्वारा व्याप्त संख्या का क्रम जितना अधिक होगा, परमाणु भार उतना ही अधिक होगा।

रासायनिक तत्वों के अधिकांश परमाणु भार भिन्नात्मक संख्या के रूप में व्यक्त किए जाते हैं। यह कुछ हद तक इस तथ्य से समझाया गया है कि ऐसे रासायनिक तत्वों में कितने प्रकार के परमाणु होते हैं जिनके परमाणु भार अलग-अलग होते हैं, लेकिन रासायनिक गुण समान होते हैं।

रासायनिक तत्व जो तत्वों की आवधिक प्रणाली में एक ही संख्या पर कब्जा कर लेते हैं, और इसलिए उनके रासायनिक गुण समान होते हैं लेकिन विभिन्न परमाणु भार होते हैं, समस्थानिक कहलाते हैं।

अधिकांश रासायनिक तत्वों में समस्थानिक पाए जाते हैं, इसके दो समस्थानिक होते हैं, कैल्शियम - चार, जस्ता - पाँच, टिन - ग्यारह, आदि। कई समस्थानिक कला द्वारा प्राप्त किए जाते हैं, उनमें से कुछ बड़े व्यावहारिक महत्व के हैं।

पदार्थ के प्राथमिक कण

लंबे समय से यह माना जाता था कि रासायनिक तत्वों के परमाणु पदार्थ की विभाज्यता की सीमा हैं, जैसे कि ब्रह्मांड की प्राथमिक "ईंटें"। आधुनिक विज्ञान ने इस परिकल्पना को खारिज कर दिया है, यह स्थापित करते हुए कि किसी भी रासायनिक तत्व का परमाणु स्वयं परमाणु से भी छोटे भौतिक कणों का संग्रह है।

पदार्थ की संरचना के इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत के अनुसार, किसी भी रासायनिक तत्व का एक परमाणु एक केंद्रीय नाभिक से युक्त एक प्रणाली है जिसके चारों ओर "प्रारंभिक" वास्तविक कण जिन्हें इलेक्ट्रॉन कहा जाता है, घूमते हैं। आम तौर पर स्वीकृत विचारों के अनुसार परमाणुओं के नाभिक में "प्राथमिक" भौतिक कणों - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का एक सेट होता है।

परमाणुओं की संरचना और उनमें होने वाली भौतिक-रासायनिक प्रक्रियाओं को समझने के लिए, परमाणुओं को बनाने वाले प्राथमिक कणों की मुख्य विशेषताओं से कम से कम संक्षेप में परिचित होना आवश्यक है।

यह निश्चय किया एक इलेक्ट्रॉन एक भौतिक कण है जिसमें प्रकृति में सबसे छोटा नकारात्मक विद्युत आवेश देखा जाता है।.

यदि हम सशर्त रूप से मानते हैं कि एक कण के रूप में इलेक्ट्रॉन का गोलाकार आकार होता है, तो इलेक्ट्रॉन का व्यास 4 के बराबर होना चाहिए · 10 -13 सेंटीमीटर, यानी यह किसी भी परमाणु के व्यास से दसियों हजार गुना छोटा है।

किसी भी अन्य भौतिक कण की तरह एक इलेक्ट्रॉन में द्रव्यमान होता है। एक इलेक्ट्रॉन का "रेस्ट मास", यानी वह द्रव्यमान जो सापेक्ष आराम की स्थिति में होता है, वह m o \u003d 9.1 · 10 -28 g के बराबर होता है।

इलेक्ट्रॉन का असाधारण रूप से छोटा "रेस्ट मास" इंगित करता है कि इलेक्ट्रॉन के निष्क्रिय गुण बेहद कमजोर हैं, जिसका अर्थ है कि एक चर विद्युत बल के प्रभाव में इलेक्ट्रॉन प्रति सेकंड कई अरब अवधि की आवृत्ति के साथ अंतरिक्ष में दोलन कर सकता है।

एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान इतना कम होता है कि एक ग्राम इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने में 1027 यूनिट लगेंगे। इस बड़ी संख्या का कम से कम कुछ भौतिक विचार रखने के लिए, हम एक उदाहरण देंगे। यदि एक ग्राम इलेक्ट्रॉनों को एक सीधी रेखा में एक दूसरे के करीब रखा जा सकता है, तो वे चार अरब किलोमीटर लंबी श्रृंखला बना सकते हैं।

एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान, किसी भी अन्य वास्तविक माइक्रोपार्टिकल की तरह, इसकी गति की गति पर निर्भर करता है।एक इलेक्ट्रॉन, सापेक्ष आराम की स्थिति में होने के कारण, एक "विश्राम द्रव्यमान" होता है, जो किसी भी भौतिक शरीर के द्रव्यमान की तरह एक यांत्रिक प्रकृति का होता है। इलेक्ट्रॉन के "गति के द्रव्यमान" के लिए, जो इसकी गति की गति में वृद्धि के साथ बढ़ता है, यह विद्युत चुम्बकीय मूल का है। यह एक गतिमान इलेक्ट्रॉन में एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की उपस्थिति के कारण होता है, जिसमें द्रव्यमान और विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा होती है।

जितनी तेजी से इलेक्ट्रॉन चलता है, उसके विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के जड़त्वीय गुण उतने ही अधिक प्रकट होते हैं, इसलिए, उत्तरार्द्ध का द्रव्यमान और, तदनुसार, इसकी विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा। चूंकि इलेक्ट्रॉन अपने विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के साथ एक एकल, व्यवस्थित रूप से जुड़ा सामग्री प्रणाली का गठन करता है, यह स्वाभाविक है कि इलेक्ट्रॉन के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की गति का द्रव्यमान सीधे इलेक्ट्रॉन को ही जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।

एक कण के गुणों के अलावा एक इलेक्ट्रॉन में तरंग गुण भी होते हैं। अनुभव द्वारा यह स्थापित किया गया है कि इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह, प्रकाश के प्रवाह की तरह, तरंग जैसी गति के रूप में फैलता है। अंतरिक्ष में इलेक्ट्रॉन प्रवाह की तरंग गति की प्रकृति की पुष्टि इलेक्ट्रॉनिक तरंगों के हस्तक्षेप और विवर्तन की घटनाओं से होती है।

इलेक्ट्रॉन हस्तक्षेपएक दूसरे पर इलेक्ट्रॉनिक विल्स के सुपरपोजिशन की घटना है, और इलेक्ट्रॉन विवर्तन- यह इलेक्ट्रॉन तरंगों द्वारा एक संकीर्ण भट्ठा के किनारों की गोलाई की घटना है जिसके माध्यम से इलेक्ट्रॉन प्रवाह गुजरता है। इसलिए, एक इलेक्ट्रॉन केवल एक कण नहीं है, बल्कि एक "कण-तरंग" है, जिसकी लंबाई इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान और गति पर निर्भर करती है।

यह स्थापित किया गया है कि इलेक्ट्रॉन, अपनी स्थानांतरीय गति के अलावा, अपनी धुरी के चारों ओर एक घूर्णी गति भी करता है। इस प्रकार की इलेक्ट्रॉन गति को "स्पिन" (अंग्रेजी शब्द "स्पिन" - स्पिंडल) कहा जाता है। इस तरह के आंदोलन के परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रॉन, विद्युत आवेश के कारण विद्युत गुणों के अलावा, इस संबंध में एक प्राथमिक चुंबक के समान चुंबकीय गुण भी प्राप्त करता है।

एक प्रोटॉन एक भौतिक कण है जिसमें एक सकारात्मक विद्युत आवेश होता है जो एक इलेक्ट्रॉन के विद्युत आवेश के निरपेक्ष मान के बराबर होता है।

प्रोटॉन द्रव्यमान 1.67 है · 10-24 ग्राम, यानी, यह इलेक्ट्रॉन के "बाकी द्रव्यमान" से लगभग 1840 गुना अधिक है।

इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन के विपरीत, न्यूट्रॉन में विद्युत आवेश नहीं होता है, अर्थात यह पदार्थ का विद्युतीय रूप से उदासीन "प्रारंभिक" कण है। न्यूट्रॉन का द्रव्यमान व्यावहारिक रूप से प्रोटॉन के द्रव्यमान के बराबर होता है।

इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, परमाणुओं की संरचना में होने के कारण, एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। विशेष रूप से, इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन विपरीत विद्युत आवेश वाले कणों के रूप में परस्पर एक दूसरे से आकर्षित होते हैं। इसी समय, एक इलेक्ट्रॉन से एक इलेक्ट्रॉन और एक प्रोटॉन से एक प्रोटॉन समान विद्युत आवेश वाले कणों के रूप में प्रतिकर्षित होते हैं।

इन सभी विद्युत आवेशित कणों की परस्पर क्रिया उनके विद्युत क्षेत्रों के माध्यम से होती है। ये क्षेत्र एक विशेष प्रकार के पदार्थ हैं, जिनमें फोटॉन नामक प्राथमिक भौतिक कणों का एक समूह होता है। प्रत्येक फोटॉन में ऊर्जा (ऊर्जा क्वांटम) की एक कड़ाई से परिभाषित अंतर्निहित मात्रा होती है।

विद्युत आवेशित भौतिक पदार्थ कणों की परस्पर क्रिया फोटॉन द्वारा एक दूसरे के साथ आदान-प्रदान करके की जाती है। विद्युत आवेशित कणों के बीच अन्योन्य क्रिया के बल को सामान्यतया कहा जाता है विद्युत बल.

परमाणुओं के नाभिक में न्यूट्रॉन और प्रोटॉन भी एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। हालाँकि, उनके बीच यह बातचीत अब एक विद्युत क्षेत्र के माध्यम से नहीं की जाती है, क्योंकि न्यूट्रॉन पदार्थ का एक विद्युत रूप से तटस्थ कण है, लेकिन तथाकथित परमाणु क्षेत्र के माध्यम से।

यह क्षेत्र भी एक विशेष प्रकार का पदार्थ है, जिसमें प्रारंभिक भौतिक कणों का एक समूह होता है जिसे मेसॉन कहा जाता है। न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की परस्पर क्रिया मेसन का एक दूसरे के साथ आदान-प्रदान करके की जाती है। न्यूट्रॉनों तथा प्रोटॉनों के आपस में परस्पर क्रिया करने के बल को नाभिकीय बल कहते हैं।

यह स्थापित किया गया है कि परमाणु बल अत्यंत कम दूरी के भीतर परमाणुओं के नाभिक में कार्य करते हैं - लगभग 10 - 13 सेमी।

एक परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन के आपसी प्रतिकर्षण के विद्युत बलों की तुलना में परमाणु बल बहुत बड़े होते हैं। यह इस तथ्य की ओर जाता है कि वे न केवल परमाणुओं के नाभिक के अंदर प्रोटॉन के आपसी प्रतिकर्षण की शक्तियों को दूर करने में सक्षम हैं, बल्कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की समग्रता से नाभिक की बहुत मजबूत प्रणाली भी बना सकते हैं।

प्रत्येक परमाणु के नाभिक की स्थिरता दो परस्पर विरोधी बलों के अनुपात पर निर्भर करती है - परमाणु (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का पारस्परिक आकर्षण) और विद्युत (प्रोटॉन का पारस्परिक प्रतिकर्षण)।

परमाणुओं के नाभिक में कार्यरत शक्तिशाली परमाणु बल न्यूट्रॉन और प्रोटॉन को एक दूसरे में बदलने में योगदान करते हैं। न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के इन अंतर्संबंधों को मेसॉन जैसे हल्के प्राथमिक कणों की रिहाई या अवशोषण के परिणामस्वरूप किया जाता है।

जिन कणों पर हमने विचार किया है उन्हें प्राथमिक कहा जाता है क्योंकि उनमें पदार्थ के अन्य सरल कणों का संग्रह नहीं होता है। लेकिन साथ ही, हमें यह नहीं भूलना चाहिए कि वे एक-दूसरे की कीमत पर पैदा होकर एक-दूसरे में बदलने में सक्षम हैं। इस प्रकार, ये कण कुछ जटिल संरचनाएं हैं, अर्थात, उनकी मौलिकता सशर्त है।

परमाणुओं की रासायनिक संरचना

इसकी संरचना में सबसे सरल परमाणु हाइड्रोजन परमाणु है। इसमें केवल दो प्राथमिक कणों का एक सेट होता है - एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन। हाइड्रोजन परमाणु की प्रणाली में प्रोटॉन केंद्रीय नाभिक की भूमिका निभाता है, जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन एक निश्चित कक्षा में घूमता है। अंजीर पर। चित्र 1 में हाइड्रोजन परमाणु का मॉडल दिखाया गया है।

चावल। 1. हाइड्रोजन परमाणु की संरचना की योजना

यह मॉडल वास्तविकता का केवल एक मोटा अनुमान है। तथ्य यह है कि "कण-तरंग" के रूप में इलेक्ट्रॉन में बाहरी वातावरण से तेजी से परिसीमित आयतन नहीं होता है। और इसका मतलब यह है कि हमें इलेक्ट्रॉन की कुछ सटीक रैखिक कक्षा के बारे में नहीं, बल्कि एक तरह के इलेक्ट्रॉन बादल के बारे में बात करनी चाहिए। इस मामले में, इलेक्ट्रॉन अक्सर बादल की एक निश्चित मध्य रेखा पर कब्जा कर लेता है, जो परमाणु में इसकी संभावित कक्षाओं में से एक है।

यह कहा जाना चाहिए कि इलेक्ट्रॉन की कक्षा स्वयं सख्ती से अपरिवर्तित नहीं है और परमाणु में स्थिर है - यह भी, इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान में परिवर्तन के कारण, कुछ घूर्णी गति करता है। नतीजतन, एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन की गति अपेक्षाकृत जटिल होती है। चूँकि हाइड्रोजन परमाणु (प्रोटोन) के नाभिक और उसके चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉन पर विपरीत विद्युत आवेश होते हैं, वे परस्पर आकर्षित होते हैं।

इसी समय, इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा, परमाणु के नाभिक के चारों ओर घूमते हुए, एक केन्द्रापसारक बल विकसित करती है जो इसे नाभिक से दूर ले जाती है। नतीजतन, एक परमाणु के नाभिक और इलेक्ट्रॉन के पारस्परिक आकर्षण का विद्युत बल और इलेक्ट्रॉन पर कार्यरत केन्द्रापसारक बल विरोधाभासी बल हैं।

संतुलन पर, उनका इलेक्ट्रॉन परमाणु में किसी कक्षा में अपेक्षाकृत स्थिर स्थिति में रहता है। चूँकि एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान बहुत छोटा होता है, एक परमाणु के नाभिक के प्रति आकर्षण बल को संतुलित करने के लिए, इसे प्रति सेकंड लगभग 6 x 10 15 क्रांतियों के बराबर एक विशाल गति से घूमना चाहिए। इसका मतलब यह है कि हाइड्रोजन परमाणु की प्रणाली में एक इलेक्ट्रॉन, किसी भी अन्य परमाणु की तरह, अपनी कक्षा में एक हजार किलोमीटर प्रति सेकंड से अधिक की रैखिक गति से चलता है।

सामान्य परिस्थितियों में, एक इलेक्ट्रॉन जीनस के एक परमाणु में नाभिक के निकटतम कक्षा में घूमता है। साथ ही, इसमें ऊर्जा की न्यूनतम संभव मात्रा होती है। यदि, एक कारण या किसी अन्य के लिए, उदाहरण के लिए, परमाणु प्रणाली पर आक्रमण करने वाले कुछ अन्य भौतिक कणों के प्रभाव में, इलेक्ट्रॉन परमाणु से अधिक दूर की कक्षा में चला जाता है, तो उसके पास पहले से ही कुछ बड़ी मात्रा होगी ऊर्जा।

हालाँकि, इलेक्ट्रॉन इस नई कक्षा में नगण्य समय के लिए रहता है, जिसके बाद यह फिर से परमाणु के नाभिक के निकटतम कक्षा में घूमता है। इस चाल के साथ, वह अपनी अतिरिक्त ऊर्जा को विद्युत चुम्बकीय विकिरण - विकिरण ऊर्जा (चित्र 2) की मात्रा के रूप में छोड़ देता है।

चावल। 2. एक इलेक्ट्रॉन, जब एक दूर की कक्षा से एक परमाणु के नाभिक के करीब की कक्षा में जाता है, तो विकिरण ऊर्जा की एक मात्रा का उत्सर्जन करता है।

एक इलेक्ट्रॉन बाहर से जितनी अधिक ऊर्जा प्राप्त करता है, वह परमाणु के नाभिक से उतनी ही दूर की कक्षा में जाता है और उतनी ही अधिक विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा तब निकलती है जब वह नाभिक के निकटतम कक्षा में घूमता है।

विभिन्न कक्षाओं से परमाणु नाभिक के निकटतम कक्षा में संक्रमण के दौरान एक इलेक्ट्रॉन द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा की मात्रा को मापकर, यह स्थापित करना संभव था कि हाइड्रोजन परमाणु की प्रणाली में एक इलेक्ट्रॉन, जैसा कि किसी अन्य परमाणु की प्रणाली में होता है। किसी भी मनमानी कक्षा में नहीं जा सकता है, उस ऊर्जा के अनुसार कड़ाई से परिभाषित एक के लिए, जिसे वह बाहरी बल की क्रिया के तहत प्राप्त करता है। एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन जिस कक्षा में रह सकता है, उसे अनुमत कक्षाएँ कहा जाता है।

चूँकि हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक (प्रोटॉन आवेश) का धनात्मक आवेश और इलेक्ट्रॉन का ऋणात्मक आवेश संख्यात्मक रूप से बराबर होते हैं, उनका कुल आवेश शून्य होता है। इसका अर्थ है कि हाइड्रोजन परमाणु, सामान्य अवस्था में होने के कारण, विद्युतीय रूप से उदासीन कण है।

यह सभी रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के लिए सही है: किसी भी रासायनिक तत्व का परमाणु अपनी सामान्य अवस्था में धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों की संख्यात्मक समानता के कारण विद्युत रूप से उदासीन कण होता है।

चूंकि केवल एक "प्रारंभिक" कण, प्रोटॉन, हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक में शामिल है, इस नाभिक की तथाकथित द्रव्यमान संख्या एक के बराबर है। किसी भी रासायनिक तत्व के परमाणु के नाभिक की द्रव्यमान संख्या इस नाभिक को बनाने वाले प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या है।

प्राकृतिक हाइड्रोजन में मुख्य रूप से एक के बराबर द्रव्यमान संख्या वाले परमाणुओं का संग्रह होता है। हालाँकि, इसमें एक अन्य प्रकार के हाइड्रोजन परमाणु भी होते हैं, जिनकी द्रव्यमान संख्या दो के बराबर होती है। इस भारी हाइड्रोजन के परमाणु नाभिक, जिसे ड्यूटेरॉन कहा जाता है, में दो कण होते हैं - एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन। हाइड्रोजन के इस समस्थानिक को ड्यूटेरियम कहते हैं।

प्राकृतिक हाइड्रोजन में बहुत कम ड्यूटेरियम होता है। प्रकाश हाइड्रोजन के प्रत्येक छह हजार परमाणुओं के लिए (द्रव्यमान संख्या एक है), ड्यूटेरियम (भारी हाइड्रोजन) का केवल एक परमाणु होता है। हाइड्रोजन का एक और समस्थानिक है - सुपरहैवी हाइड्रोजन जिसे ट्रिटियम कहा जाता है। हाइड्रोजन के इस समस्थानिक के परमाणु के नाभिक में तीन कण होते हैं: एक प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन, जो परमाणु बलों द्वारा एक दूसरे से बंधे होते हैं। ट्रिटियम परमाणु के नाभिक की द्रव्यमान संख्या तीन है, अर्थात ट्रिटियम परमाणु हल्के हाइड्रोजन परमाणु से तीन गुना भारी है।

यद्यपि हाइड्रोजन समस्थानिकों के परमाणुओं में अलग-अलग द्रव्यमान होते हैं, फिर भी उनके समान रासायनिक गुण होते हैं। उदाहरण के लिए, प्रकाश हाइड्रोजन, ऑक्सीजन के साथ रासायनिक संपर्क में प्रवेश करते हुए, इसके साथ एक जटिल पदार्थ बनाता है - पानी। इसी प्रकार, हाइड्रोजन - ड्यूटेरियम का समस्थानिक, ऑक्सीजन के साथ मिलकर पानी बनाता है, जो साधारण पानी के विपरीत, भारी पानी कहलाता है। भारी पानी परमाणु (परमाणु) ऊर्जा के उत्पादन में बहुत काम आता है।

नतीजतन, परमाणुओं के रासायनिक गुण उनके नाभिक के द्रव्यमान पर निर्भर नहीं होते हैं, बल्कि केवल परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल की संरचना पर निर्भर करते हैं। चूँकि प्रकाश हाइड्रोजन, ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान होती है (प्रत्येक परमाणु के लिए एक), इन समस्थानिकों में समान रासायनिक गुण होते हैं।

यह कोई संयोग नहीं है कि तत्वों की आवधिक प्रणाली में रासायनिक तत्व हाइड्रोजन पहले नंबर पर है। तथ्य यह है कि तत्वों की आवधिक प्रणाली में किसी भी तत्व की संख्या और इस तत्व के एक परमाणु के नाभिक के आवेश के मूल्य के बीच कुछ संबंध है। इसे इस प्रकार तैयार किया जा सकता है: तत्वों की आवधिक प्रणाली में किसी भी रासायनिक तत्व की क्रम संख्या संख्यात्मक रूप से इस तत्व के नाभिक के धनात्मक आवेश के बराबर होती है, और इसके परिणामस्वरूप, इसके चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या।

चूंकि तत्वों की आवधिक प्रणाली में हाइड्रोजन पहले नंबर पर है, इसका मतलब है कि इसके परमाणु के नाभिक का सकारात्मक चार्ज एक के बराबर है और एक इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर घूमता है।

तत्वों की आवधिक प्रणाली में रासायनिक तत्व हीलियम दूसरे नंबर पर है। इसका मतलब यह है कि इसमें नाभिक का एक सकारात्मक विद्युत आवेश होता है, जो दो इकाइयों के बराबर होता है, यानी इसके नाभिक में दो प्रोटॉन और परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल में दो इलेक्ट्रोड होने चाहिए।

प्राकृतिक हीलियम में दो समस्थानिक होते हैं - भारी और हल्का हीलियम। भारी हीलियम की द्रव्यमान संख्या चार होती है। इसका अर्थ है कि उपरोक्त दो प्रोटॉन के अलावा एक भारी हीलियम परमाणु के नाभिक की संरचना में दो और न्यूट्रॉन शामिल होने चाहिए। प्रकाश हीलियम के रूप में, इसकी द्रव्यमान संख्या तीन के बराबर है, अर्थात, दो प्रोटॉन के अलावा, इसके नाभिक में एक और न्यूट्रॉन शामिल होना चाहिए।

यह स्थापित किया गया है कि प्राकृतिक हीलियम में हल्के हीलियम परमाणुओं की संख्या भारी जीनियस परमाणुओं का लगभग दस लाखवाँ हिस्सा है। अंजीर पर। चित्र 3 में हीलियम परमाणु का योजनाबद्ध मॉडल दिखाया गया है।

चावल। 3. हीलियम परमाणु की संरचना की योजना

रासायनिक तत्वों के परमाणुओं की संरचना की और जटिलता इन परमाणुओं के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या में वृद्धि के कारण होती है और साथ ही, नाभिक के चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या में वृद्धि के कारण (चित्र 4)। . तत्वों की आवधिक प्रणाली का उपयोग करके, विभिन्न परमाणुओं को बनाने वाले इलेक्ट्रॉनों, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या निर्धारित करना आसान है।

चावल। 4. परमाणुओं के नाभिक की संरचना की योजनाएँ: 1 - हीलियम, 2 - कार्बन, 3 - ऑक्सीजन

एक रासायनिक तत्व की क्रम संख्या एक परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती है, और साथ ही नाभिक के चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है। परमाणु भार के रूप में, यह लगभग परमाणु की द्रव्यमान संख्या के बराबर होता है, अर्थात, नाभिक में एक साथ लिए गए प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या। इसलिए, किसी तत्व के परमाणु भार से तत्व की क्रमिक संख्या के बराबर संख्या घटाकर, कोई यह निर्धारित कर सकता है कि किसी दिए गए नाभिक में कितने न्यूट्रॉन निहित हैं।

यह स्थापित किया गया है कि समान रूप से प्रोटॉन और न्यूट्रॉन वाले हल्के रासायनिक तत्वों के नाभिक बहुत उच्च शक्ति द्वारा प्रतिष्ठित होते हैं, क्योंकि उनमें परमाणु बल अपेक्षाकृत बड़े होते हैं। उदाहरण के लिए, एक भारी हीलियम परमाणु का नाभिक असाधारण रूप से मजबूत होता है, क्योंकि यह दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन से बना होता है जो शक्तिशाली परमाणु बलों द्वारा एक साथ बंधे होते हैं।

भारी रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के नाभिक में पहले से ही उनकी संरचना में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की असमान संख्या होती है, इसलिए नाभिक में उनका बंधन हल्के रासायनिक तत्वों के नाभिक की तुलना में कमजोर होता है। परमाणु "प्रक्षेप्य" (न्यूट्रॉन, हीलियम परमाणु के नाभिक, आदि) के साथ बमबारी करने पर इन तत्वों के नाभिक अपेक्षाकृत आसानी से विभाजित हो सकते हैं।

सबसे भारी रासायनिक तत्वों के लिए, विशेष रूप से रेडियोधर्मी वाले, उनके नाभिक इतनी कम ताकत से प्रतिष्ठित होते हैं कि वे अपने घटक भागों में सहज रूप से क्षय हो जाते हैं। उदाहरण के लिए, रेडियोधर्मी तत्व रेडियम के परमाणु, जिसमें 88 प्रोटॉन और 138 न्यूट्रॉन का संयोजन होता है, अनायास क्षय हो जाता है, रेडियोधर्मी तत्व रेडॉन के परमाणुओं में बदल जाता है। बाद के परमाणु, बदले में, अन्य तत्वों के परमाणुओं में गुजरते हुए, घटक भागों में टूट जाते हैं।

रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के नाभिक के घटक भागों की संक्षिप्त समीक्षा करने के बाद, आइए हम परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन गोले की संरचना पर विचार करें। जैसा कि ज्ञात है, इलेक्ट्रॉन केवल कड़ाई से परिभाषित कक्षाओं में परमाणुओं के नाभिक के चारों ओर घूम सकते हैं। इसके अलावा, वे प्रत्येक परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल में इतने समूहीकृत होते हैं कि इलेक्ट्रॉनों की अलग-अलग परतों को अलग किया जा सकता है।

प्रत्येक परत में इलेक्ट्रॉनों की संख्या हो सकती है, कड़ाई से परिभाषित संख्या से अधिक नहीं। इसलिए, उदाहरण के लिए, परमाणु के नाभिक के निकटतम पहली इलेक्ट्रॉन परत में अधिकतम दो इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं, दूसरे में - आठ से अधिक इलेक्ट्रॉन नहीं, आदि।

जिन परमाणुओं में बाहरी इलेक्ट्रॉन परतें पूरी तरह से भरी होती हैं उनमें सबसे अधिक स्थिर इलेक्ट्रॉन खोल होता है। इसका अर्थ है कि यह परमाणु अपने सभी इलेक्ट्रॉनों को दृढ़ता से धारण करता है और उन्हें बाहर से अतिरिक्त मात्रा में प्राप्त करने की आवश्यकता नहीं होती है। उदाहरण के लिए, एक हीलियम परमाणु में दो इलेक्ट्रॉन होते हैं जो पहली इलेक्ट्रॉन परत को पूरी तरह से भरते हैं, और एक नियॉन परमाणु में दस इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिनमें से पहले दो पूरी तरह से पहली इलेक्ट्रॉन परत भरते हैं, और बाकी - दूसरा (चित्र 5)।

चावल। 5. नियॉन परमाणु की संरचना की योजना

नतीजतन, हीलियम और नियॉन के परमाणुओं में काफी स्थिर इलेक्ट्रॉन गोले होते हैं, वे उन्हें किसी भी तरह से मात्रात्मक रूप से संशोधित नहीं करना चाहते हैं। ऐसे तत्व रासायनिक रूप से निष्क्रिय होते हैं, अर्थात वे अन्य तत्वों के साथ रासायनिक संपर्क में नहीं आते हैं।

हालाँकि, अधिकांश रासायनिक तत्वों में परमाणु होते हैं जिनमें बाहरी इलेक्ट्रॉन परतें इलेक्ट्रॉनों से पूरी तरह से भरी नहीं होती हैं। उदाहरण के लिए, एक पोटेशियम परमाणु में उन्नीस इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिनमें से अठारह पूरी तरह से पहली तीन परतों को भरते हैं, और उन्नीसवां इलेक्ट्रॉन अगली, अधूरी इलेक्ट्रॉन परत में अकेला होता है। इलेक्ट्रॉनों के साथ चौथी इलेक्ट्रॉन परत का कमजोर भरना इस तथ्य की ओर जाता है कि परमाणु का नाभिक बहुत कमजोर रूप से सबसे बाहरी - उन्नीसवां इलेक्ट्रॉन रखता है, और इसलिए बाद वाले को परमाणु से आसानी से फाड़ा जा सकता है। .

या, उदाहरण के लिए, एक ऑक्सीजन परमाणु में आठ इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिनमें से दो पूरी तरह से पहली परत को भरते हैं, और शेष छह दूसरी परत में स्थित होते हैं। इस प्रकार, ऑक्सीजन परमाणु में दूसरी इलेक्ट्रॉन परत के निर्माण को पूरा करने के लिए इसमें केवल दो इलेक्ट्रॉनों की कमी होती है। इसलिए, ऑक्सीजन परमाणु न केवल दूसरी परत में अपने छह इलेक्ट्रॉनों को मजबूती से रखता है, बल्कि अपनी दूसरी इलेक्ट्रॉन परत को भरने के लिए दो लापता इलेक्ट्रॉनों को अपनी ओर आकर्षित करने की क्षमता भी रखता है। यह वह तत्वों के परमाणुओं के साथ रासायनिक संयोजन द्वारा प्राप्त करता है जिसमें बाहरी इलेक्ट्रॉन अपने नाभिकों से कमजोर रूप से बंधे होते हैं।

रासायनिक तत्व जिनके परमाणुओं में बाहरी इलेक्ट्रॉन परतें पूरी तरह से इलेक्ट्रॉनों से भरी नहीं होती हैं, एक नियम के रूप में, रासायनिक रूप से सक्रिय होते हैं, अर्थात वे आसानी से रासायनिक संपर्क में प्रवेश करते हैं।

तो, रासायनिक तत्वों के परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों को कड़ाई से परिभाषित क्रम में व्यवस्थित किया जाता है, और परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल में उनकी स्थानिक व्यवस्था या संख्या में किसी भी परिवर्तन से बाद के भौतिक-रासायनिक गुणों में परिवर्तन होता है।

एक परमाणु की प्रणाली में इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन की संख्या की समानता का कारण यह है कि इसका कुल विद्युत आवेश शून्य के बराबर है। यदि किसी परमाणु प्रणाली में इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन की संख्या की समानता का उल्लंघन किया जाता है, तो परमाणु एक विद्युत आवेशित प्रणाली बन जाता है।

एक परमाणु, जिस प्रणाली में विपरीत विद्युत आवेशों का संतुलन इस तथ्य के कारण गड़बड़ा जाता है कि उसने अपने इलेक्ट्रॉनों का हिस्सा खो दिया है या इसके विपरीत, उनमें से अधिक संख्या प्राप्त कर ली है, उसे आयन कहा जाता है।

इसके विपरीत, यदि कोई परमाणु इलेक्ट्रॉनों की कुछ अतिरिक्त संख्या प्राप्त करता है, तो वह एक ऋणात्मक आयन बन जाता है। उदाहरण के लिए, एक क्लोरीन परमाणु, एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने के बाद, एकल आवेशित ऋणात्मक क्लोरीन आयन Cl - में बदल जाता है। ऑक्सीजन परमाणु, जिसने अतिरिक्त दो इलेक्ट्रॉन प्राप्त किए हैं, एक दोगुने आवेशित ऋणात्मक ऑक्सीजन आयन O, आदि में बदल जाता है।

एक परमाणु जो आयन में बदल गया है, बाहरी वातावरण के संबंध में एक विद्युत आवेशित प्रणाली बन जाता है। और इसका मतलब यह है कि परमाणु के पास एक विद्युत क्षेत्र होना शुरू हो गया है, जिसके साथ यह एक एकल सामग्री प्रणाली का गठन करता है और इस क्षेत्र के माध्यम से पदार्थ के अन्य विद्युत आवेशित कणों - आयनों, इलेक्ट्रॉनों, सकारात्मक रूप से आवेशित परमाणु नाभिक, आदि के साथ विद्युत संपर्क करता है।

विपरीत आयनों की पारस्परिक रूप से एक दूसरे को आकर्षित करने की क्षमता यही कारण है कि वे रासायनिक रूप से संयुक्त होते हैं, जिससे पदार्थ के अधिक जटिल कण - अणु बनते हैं।

अंत में, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि एक परमाणु के आयाम उन भौतिक कणों के आयामों की तुलना में बहुत बड़े होते हैं जिनसे वे बने होते हैं। सबसे जटिल परमाणु का नाभिक, सभी इलेक्ट्रॉनों के साथ, परमाणु के आयतन के एक अरबवें हिस्से पर कब्जा कर लेता है। एक साधारण गणना से पता चलता है कि यदि प्लेटिनम के एक घन मीटर को इतनी मजबूती से संकुचित किया जा सकता है कि अंतर-परमाणु और अंतर-परमाणु स्थान गायब हो जाते हैं, तो लगभग एक घन मिलीमीटर के बराबर आयतन प्राप्त होगा।

एकटोबे, 2014

हैड्रोन।प्रबल अन्योन्य क्रिया में भाग लेने वाले प्राथमिक कणों का वर्ग। हैड्रोन क्वार्क से बने होते हैं और दो समूहों में विभाजित होते हैं: बेरिऑन (तीन क्वार्क से बने) और मेसॉन (एक क्वार्क और एक एंटीक्वार्क से बने)। हमारे द्वारा देखे जाने वाले अधिकांश मामले में बेरोन होते हैं: प्रोटॉन और न्यूक्लियॉन जो परमाणुओं के नाभिक का हिस्सा होते हैं।

विकिरण स्रोत गतिविधिएक रेडियोधर्मी स्रोत में रेडियोधर्मी नाभिकों के क्षय की कुल संख्या और क्षय समय का अनुपात है।

अल्फा विकिरण- आयनकारी विकिरण का प्रकार - रेडियोधर्मी क्षय और परमाणु प्रतिक्रियाओं के दौरान उत्सर्जित धनात्मक आवेशित कणों (अल्फा कणों) की एक धारा। अल्फा विकिरण की मर्मज्ञ शक्ति कम है (कागज की एक शीट द्वारा विलंबित)। अल्फा विकिरण स्रोतों के लिए भोजन, वायु या त्वचा के घावों के माध्यम से शरीर में प्रवेश करना बेहद खतरनाक है।

अल्फा क्षय(या α-क्षय) - परमाणु नाभिक द्वारा अल्फा कणों (हीलियम परमाणु के नाभिक) का सहज उत्सर्जन

अल्फा कण- एक कण जिसमें दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं। हीलियम परमाणु के नाभिक के समान।

विनाश- एक प्राथमिक कण और एक एंटीपार्टिकल की परस्पर क्रिया, जिसके परिणामस्वरूप वे गायब हो जाते हैं, और उनकी ऊर्जा विद्युत चुम्बकीय विकिरण में परिवर्तित हो जाती है।

विलोपन एक कण और एक प्रतिकण के अन्य कणों में टकराने पर रूपांतरण की प्रतिक्रिया है।

एक एंटीपार्टिकल एक कण है जिसमें द्रव्यमान, स्पिन, चार्ज और अन्य भौतिक गुणों के समान मूल्य "जुड़वां" कण होते हैं, लेकिन कुछ अंतःक्रियात्मक विशेषताओं के संकेतों में इससे भिन्न होते हैं (उदाहरण के लिए, विद्युत आवेश के संकेत में) ).

एंटीपार्टिकल्स साधारण प्राथमिक कणों के जुड़वाँ होते हैं, जो बाद वाले से विद्युत आवेश के संकेत और कुछ अन्य विशेषताओं के संकेतों से भिन्न होते हैं। कणों और प्रतिकणों का द्रव्यमान, चक्रण और जीवनकाल समान होता है।

ए.यू.- परमाणु ऊर्जा संयंत्र - एक या एक से अधिक परमाणु ऊर्जा रिएक्टरों का उपयोग करके विद्युत या तापीय ऊर्जा के उत्पादन के लिए एक औद्योगिक उद्यम और आवश्यक कर्मियों के साथ आवश्यक प्रणालियों, उपकरणों, उपकरणों और संरचनाओं का एक सेट,

एटम- रासायनिक तत्व का सबसे छोटा कण जो इसके गुणों को बरकरार रखता है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के साथ एक नाभिक और नाभिक के चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों से मिलकर बनता है। एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या नाभिक में प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती है।

परमाणु भारपरमाणु द्रव्यमान इकाइयों (ए.एम.यू.) में व्यक्त एक रासायनिक तत्व के परमाणु का द्रव्यमान है। 1 एमू के लिए 12 के परमाणु द्रव्यमान वाले कार्बन समस्थानिक के द्रव्यमान का 1/12 स्वीकार किया जाता है। 1amu = 1.6605655 10-27 किग्रा। परमाणु द्रव्यमान किसी दिए गए परमाणु में सभी प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान का योग होता है।

परमाणु नाभिक- परमाणु का सकारात्मक रूप से आवेशित मध्य भाग, जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन घूमते हैं और जिसमें परमाणु का लगभग संपूर्ण द्रव्यमान केंद्रित होता है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से मिलकर बनता है। परमाणु प्रभार नाभिक में प्रोटॉन के कुल प्रभार से निर्धारित होता है और तत्वों की आवधिक प्रणाली में रासायनिक तत्व की परमाणु संख्या से मेल खाता है।

बेरिऑनों- तीन क्वार्क वाले कण जो उनकी क्वांटम संख्या निर्धारित करते हैं। प्रोटॉन के अपवाद के साथ सभी बेरोन अस्थिर हैं।

भंडारण पूल- रेडियोधर्मिता और क्षय गर्मी को कम करने के लिए पानी की एक परत के नीचे खर्च किए गए परमाणु ईंधन के अस्थायी भंडारण के लिए परमाणु ऊर्जा संयंत्र के रिएक्टर स्थल पर स्थित एक स्थापना।

Becquerel(Bq) एक रेडियोधर्मी पदार्थ की गतिविधि की SI इकाई है। 1 बीक्यू ऐसे रेडियोधर्मी पदार्थ की गतिविधि के बराबर है, जिसमें 1 एस में क्षय का एक कार्य होता है।
βγ-किरणेंतीव्र इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह है।
α-रेहीलियम नाभिक का प्रवाह है।
γ किरणें- बहुत कम तरंग दैर्ध्य (एल ~ 10 -10 मीटर) के साथ विद्युत चुम्बकीय तरंगें।

बीटा विकिरण- आयनकारी विकिरण का प्रकार - परमाणु प्रतिक्रियाओं या रेडियोधर्मी क्षय के दौरान उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों या पॉज़िट्रॉन की एक धारा। बीटा विकिरण शरीर के ऊतकों में 1 सेमी की गहराई तक प्रवेश कर सकता है। यह बाहरी और आंतरिक जोखिम दोनों के मामले में मनुष्यों के लिए खतरा है।

बीटा कण- परमाणु नाभिक द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन, साथ ही बीटा क्षय के दौरान एक मुक्त न्यूट्रॉन। एक परमाणु नाभिक के इलेक्ट्रॉनिक बीटा क्षय के दौरान, एक इलेक्ट्रॉन ई - (साथ ही एक एंटीन्यूट्रिनो) उत्सर्जित होता है, नाभिक के पॉज़िट्रॉन क्षय के दौरान - एक पॉज़िट्रॉन ई + (और एक न्यूट्रिनो ν)। जब एक मुक्त न्यूट्रॉन (n) का क्षय होता है, तो एक प्रोटॉन (p) बनता है, एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो: n → p + e - +।
इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन– स्पिन J = 1/2 (आंतरिक यांत्रिक कोणीय गति) के साथ स्थिर कण, लेप्टान के वर्ग से संबंधित हैं। इलेक्ट्रॉन के संबंध में पॉज़िट्रॉन एंटीपार्टिकल है।

जैविक सुरक्षा- कर्मियों, जनता और पर्यावरण पर न्यूट्रॉन और गामा विकिरण के हानिकारक प्रभावों को रोकने के लिए रिएक्टर कोर और इसकी शीतलन प्रणाली के चारों ओर एक विकिरण अवरोध बनाया गया है। परमाणु ऊर्जा संयंत्र में कंक्रीट मुख्य जैविक सुरक्षा सामग्री है। उच्च शक्ति वाले रिएक्टरों के लिए, कंक्रीट सुरक्षात्मक स्क्रीन की मोटाई कई मीटर तक पहुंचती है।

बोसॉनों(भारतीय भौतिक विज्ञानी एस। बोस के नाम से) - प्राथमिक कण, परमाणु नाभिक, शून्य या पूर्णांक स्पिन वाले परमाणु (0ћ, 1ћ, 2ћ, ...)।

तेज न्यूट्रॉन- न्यूट्रॉन, जिसकी गतिज ऊर्जा एक निश्चित मान से अधिक होती है। यह मान एक विस्तृत श्रृंखला में भिन्न हो सकता है और अनुप्रयोग (रिएक्टर भौतिकी, सुरक्षा या डोसिमेट्री) पर निर्भर करता है। रिएक्टर भौतिकी में, यह मान सबसे अधिक बार 0.1 MeV चुना जाता है।

बादल कक्ष– प्राथमिक आवेशित कणों का एक ट्रैक डिटेक्टर, जिसमें एक कण का ट्रैक (निशान) उसके संचलन के प्रक्षेपवक्र के साथ तरल की छोटी बूंदों की एक श्रृंखला बनाता है।

गामा विकिरण- आयनीकरण विकिरण का प्रकार - रेडियोधर्मी क्षय और परमाणु प्रतिक्रियाओं के दौरान उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय विकिरण, प्रकाश की गति से फैलता है और उच्च ऊर्जा और मर्मज्ञ शक्ति रखता है। सीसा जैसे भारी तत्वों के संपर्क में आने पर यह प्रभावी रूप से कमजोर हो जाता है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के परमाणु रिएक्टरों में गामा विकिरण को क्षीण करने के लिए कंक्रीट से बनी एक मोटी दीवार वाली सुरक्षात्मक स्क्रीन का उपयोग किया जाता है।

रेडियोधर्मी क्षय का नियम- वह नियम जिसके द्वारा अविघटित परमाणुओं की संख्या पाई जाती है: N \u003d N 0 2 -t / T।

ड्यूटेरियम- परमाणु द्रव्यमान 2 के साथ हाइड्रोजन का "भारी" समस्थानिक।

आयनीकरण विकिरण डिटेक्टर- आयनीकरण विकिरण के पंजीकरण के उद्देश्य से मापने वाले उपकरण का संवेदनशील तत्व। इसकी क्रिया उस घटना पर आधारित होती है जो तब होती है जब विकिरण पदार्थ से गुजरता है।

विकिरण की खुराक- विकिरण सुरक्षा में - एक जैविक वस्तु, विशेष रूप से एक व्यक्ति पर आयनकारी विकिरण के प्रभाव का एक उपाय। एक्सपोजर, अवशोषित और समकक्ष खुराक हैं।

अतिरिक्त द्रव्यमान(या सामूहिक दोष) - ऊर्जा की इकाइयों में व्यक्त किया जाता है, एक परमाणु द्रव्यमान इकाई प्रति इस परमाणु के नाभिक में एक तटस्थ परमाणु के द्रव्यमान और न्यूक्लियंस की संख्या (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या) के उत्पाद के बीच का अंतर

आइसोटोप- एक ही परमाणु संख्या वाले लेकिन अलग-अलग परमाणु द्रव्यमान वाले न्यूक्लाइड (उदाहरण के लिए, यूरेनियम -235 और यूरेनियम -238)।

आइसोटोप- प्रोटॉन Z की समान संख्या वाले परमाणु नाभिक, न्यूट्रॉन की एक अलग संख्या N और, परिणामस्वरूप, एक अलग द्रव्यमान संख्या A = Z + N। उदाहरण: कैल्शियम समस्थानिक Ca (Z = 20) - 38 Ca, 39 Ca, 40 Ca , 41 सीए, 42 सीए।

रेडियोधर्मी समस्थानिक समस्थानिक नाभिक होते हैं जो रेडियोधर्मी क्षय से गुजरते हैं। अधिकांश ज्ञात समस्थानिक रेडियोधर्मी (~3500) हैं।

बादल कक्ष- उच्च गति (इलेक्ट्रॉनों, प्रोटॉन, ए-कण, आदि) पर चलने वाले माइक्रोपार्टिकल्स के निशान देखने के लिए एक उपकरण। 1912 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी विल्सन द्वारा बनाया गया।

क्वार्क एक प्राथमिक आवेशित कण है जो प्रबल अंतःक्रिया में भाग लेता है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन प्रत्येक तीन क्वार्क से बने होते हैं।

लौकिक विकिरण- बैकग्राउंड आयोनाइजिंग रेडिएशन, जिसमें बाहरी अंतरिक्ष से आने वाले प्राथमिक विकिरण और वातावरण के साथ प्राथमिक विकिरण के संपर्क से उत्पन्न द्वितीयक विकिरण शामिल हैं।

कॉस्मिक किरणें उच्च-ऊर्जा आवेशित प्राथमिक कणों (मुख्य रूप से प्रोटॉन, अल्फा कण और इलेक्ट्रॉन) की धाराएँ हैं जो इंटरप्लेनेटरी और इंटरस्टेलर स्पेस में फैलती हैं और पृथ्वी पर लगातार "बमबारी" करती हैं।

गुणन कारक- एक विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता, किसी दी गई पीढ़ी के न्यूट्रॉन की संख्या के अनुपात को पिछली पीढ़ी के न्यूट्रॉन की संख्या में एक अनंत माध्यम में दिखाती है। गुणन कारक की एक और परिभाषा का अक्सर उपयोग किया जाता है - न्यूट्रॉन की पीढ़ी और अवशोषण की दर का अनुपात।

क्रांतिक द्रव्यमान- ईंधन का सबसे छोटा द्रव्यमान जिसमें परमाणु विखंडन की एक आत्मनिर्भर श्रृंखला प्रतिक्रिया एक निश्चित डिजाइन और कोर की संरचना के साथ आगे बढ़ सकती है (कई कारकों पर निर्भर करती है, उदाहरण के लिए: ईंधन संरचना, मंदक, कोर आकार, आदि)।

क्यूरी (सीआई)- गतिविधि की ऑफ-सिस्टम इकाई, प्रारंभ में रेडियम -226 आइसोटोप के 1 ग्राम की गतिविधि। 1Ci=3.7 1010 Bq.

क्रांतिक द्रव्यमान(t k) - परमाणु ईंधन (यूरेनियम, प्लूटोनियम) का सबसे छोटा द्रव्यमान, जिस पर परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया की जाती है।

क्यूरी(की) एक रेडियोधर्मी पदार्थ की गतिविधि की एक ऑफ-सिस्टम इकाई है। 1 सीआई \u003d 3.7 10 10 बीक्यू।

लेप्टॉन(ग्रीक लेप्टोस से - हल्का, छोटा) - 1/2ћ के स्पिन के साथ बिंदु कणों का एक समूह, जो मजबूत बातचीत में भाग नहीं लेता है। लिप्टन आकार (यदि यह मौजूद है)<10 -17 см. Лептоны считаются точечными бесструктурными частицами. Существует три пары лептонов:

• इलेक्ट्रॉन (ई -) और इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो (ν ई),
• म्यूऑन (μ-) और म्यूऑन न्यूट्रिनो (ν μ),
• ताऊ लेप्टान (τ –) और ताऊ न्यूट्रिनो (ν τ),

जादू नाभिक परमाणु नाभिक होते हैं जिनमें प्रोटॉन या न्यूट्रॉन की तथाकथित जादू संख्या होती है।

जेड
एन

इन नाभिकों में पड़ोसी नाभिकों की तुलना में बाध्यकारी ऊर्जा अधिक होती है। उनके पास एक उच्च न्यूक्लियॉन पृथक्करण ऊर्जा और प्रकृति में बढ़ी हुई प्रचुरता है।

जन अंक(ए) परमाणु नाभिक में न्यूक्लियंस (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) की कुल संख्या है; परमाणु नाभिक की मुख्य विशेषताओं में से एक।

खुराक की दर- इस अंतराल के लिए एक समय अंतराल पर विकिरण खुराक वृद्धि का अनुपात (उदाहरण के लिए: rem/s, Sv/s, mrem/h, mSv/h, µrem/h, µSv/h)।

न्यूट्रॉन- प्रोटॉन द्रव्यमान के करीब द्रव्यमान के साथ अक्सर तटस्थ प्राथमिक। प्रोटॉन के साथ मिलकर न्यूट्रॉन परमाणु नाभिक बनाते हैं। मुक्त अवस्था में, यह अस्थिर होता है और एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन में विघटित हो जाता है।

न्यूक्लाइड- नाभिक में एक निश्चित संख्या में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के साथ परमाणु का एक प्रकार, परमाणु द्रव्यमान और परमाणु (क्रमिक) संख्या की विशेषता।

संवर्धन (आइसोटोप द्वारा):

2. एक प्रक्रिया जो आइसोटोप के मिश्रण में एक विशेष आइसोटोप की सामग्री को बढ़ाती है।

यूरेनियम अयस्क का संवर्धन- अयस्क बनाने वाले अन्य खनिजों से यूरेनियम को अलग करने के उद्देश्य से खनिज यूरेनियम युक्त कच्चे माल के प्राथमिक प्रसंस्करण के लिए प्रक्रियाओं का एक सेट। इस मामले में, खनिजों की संरचना में कोई बदलाव नहीं होता है, लेकिन केवल अयस्क के उत्पादन के साथ उनका यांत्रिक पृथक्करण होता है।

समृद्ध परमाणु ईंधन- परमाणु ईंधन, जिसमें प्रारंभिक प्राकृतिक कच्चे माल की तुलना में फ़िज़ाइल न्यूक्लाइड की सामग्री अधिक होती है।

समृद्ध यूरेनियम- यूरेनियम, जिसमें प्राकृतिक यूरेनियम की तुलना में यूरेनियम -235 समस्थानिक की मात्रा अधिक होती है।

हाफ लाइफ(T) वह समय अंतराल है जिसके दौरान नाभिकों की आरंभिक संख्या का आधा क्षय हो जाएगा।

हाफ लाइफरेडियोधर्मी नाभिक के आधे हिस्से को क्षय होने में लगने वाला समय है। यह मात्रा, जिसे T 1/2 के रूप में दर्शाया गया है, किसी दिए गए रेडियोधर्मी नाभिक (आइसोटोप) के लिए एक स्थिरांक है। टी 1/2 का मान स्पष्ट रूप से रेडियोधर्मी नाभिक की क्षय दर को दर्शाता है और दो अन्य स्थिरांक के बराबर है जो इस दर को दर्शाता है: एक रेडियोधर्मी नाभिक τ का औसत जीवनकाल और प्रति यूनिट समय λ में एक रेडियोधर्मी नाभिक के क्षय की संभावना।

अवशोषित विकिरण खुराक- विकिरणित पदार्थ के द्रव्यमान में आयनीकरण विकिरण की अवशोषित ऊर्जा ई का अनुपात।

बोह्र की अभिधारणाएँ- एन। बोह्र द्वारा बिना प्रमाण के पेश की गई मुख्य धारणाएँ, जो परमाणु के क्वांटम सिद्धांत का आधार बनती हैं।

विस्थापन नियम: a-क्षय के दौरान, नाभिक अपना धनात्मक आवेश 2e खो देता है, और इसका द्रव्यमान लगभग 4 a.m.u. घट जाता है; b-क्षय में, नाभिक का आवेश 1e बढ़ जाता है, और द्रव्यमान नहीं बदलता है।

एक रेडियोन्यूक्लाइड का आधा जीवनवह समय है जिसके दौरान सहज क्षय के परिणामस्वरूप किसी दिए गए रेडियोन्यूक्लाइड के नाभिकों की संख्या आधे से कम हो जाती है।

पोजीट्रान- एक इलेक्ट्रॉन का एक एंटीपार्टिकल जिसका द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के बराबर होता है, लेकिन एक सकारात्मक विद्युत आवेश के साथ।

प्रोटॉन- 1.61 10-19 C के आवेश और 1.66 10-27 किग्रा के द्रव्यमान के साथ एक स्थिर सकारात्मक रूप से आवेशित प्राथमिक कण। प्रोटॉन हाइड्रोजन परमाणु (प्रोटियम) के "प्रकाश" समस्थानिक का नाभिक बनाता है। किसी भी तत्व के नाभिक में प्रोटॉन की संख्या उस तत्व के नाभिक के आवेश और परमाणु संख्या को निर्धारित करती है।

रेडियोधर्मिता- एक अस्थिर न्यूक्लाइड का दूसरे न्यूक्लाइड में सहज परिवर्तन (रेडियोधर्मी क्षय), आयनकारी विकिरण के उत्सर्जन के साथ।

रेडियोधर्मिता- विभिन्न कणों का उत्सर्जन करते हुए, कुछ परमाणु नाभिकों की अनायास अन्य नाभिकों में परिवर्तित होने की क्षमता।

रेडियोधर्मी क्षय- सहज परमाणु परिवर्तन।

ब्रीडर रिएक्टर- एक तेज़ रिएक्टर, जिसमें रूपांतरण कारक 1 से अधिक हो जाता है और परमाणु ईंधन का विस्तारित पुनरुत्पादन किया जाता है।

गीगर काउंटर(या गीजर-मुलर काउंटर) - आवेशित प्राथमिक कणों का एक गैस से भरा काउंटर, जिसमें से विद्युत संकेत काउंटर के गैस आयतन के द्वितीयक आयनीकरण के कारण प्रवर्धित होता है और इसमें कण द्वारा छोड़ी गई ऊर्जा पर निर्भर नहीं करता है आयतन।

टीवीईएल- ऊष्मा उत्पन्न करने वाला तत्व। विषम रिएक्टर के सक्रिय क्षेत्र का मुख्य संरचनात्मक तत्व, जिसके रूप में इसमें ईंधन लोड किया जाता है। ईंधन की छड़ों में, भारी नाभिक U-235, Pu-239 या U-233 का विखंडन होता है, ऊर्जा की रिहाई के साथ, और तापीय ऊर्जा को उनसे शीतलक में स्थानांतरित किया जाता है। ईंधन की छड़ में एक ईंधन कोर, एक क्लैडिंग और अंत के टुकड़े होते हैं। ईंधन तत्व का प्रकार रिएक्टर, शीतलक मापदंडों के प्रकार और उद्देश्य से निर्धारित होता है। ईंधन तत्व को ईंधन से शीतलक तक विश्वसनीय गर्मी हटाने को सुनिश्चित करना चाहिए।

काम करने वाला शरीर- माध्यम (ताप वाहक) तापीय ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए उपयोग किया जाता है।

गहरे द्रव्य- अदृश्य (गैर-विकिरणकारी और गैर-अवशोषित) पदार्थ। गुरुत्वाकर्षण प्रभाव से इसका अस्तित्व निश्चित रूप से प्रमाणित होता है। अवलोकन संबंधी आंकड़े यह भी संकेत देते हैं कि यह डार्क मैटर-ऊर्जा दो भागों में विभाजित है:

• पहला घनत्व वाला तथाकथित डार्क मैटर है
  W dm = 0.20–0.25, अज्ञात हैं, कमजोर रूप से अन्योन्यक्रिया करने वाले भारी कण (बैरियन नहीं)। उदाहरण के लिए, ये 10 GeV/c2 से 10 TeV/c2 तक द्रव्यमान वाले स्थिर तटस्थ कण हो सकते हैं, जिनकी भविष्यवाणी सुपरसिमेट्रिक मॉडल द्वारा की जाती है, जिसमें काल्पनिक भारी न्यूट्रिनो शामिल हैं;

दूसरा घनत्व के साथ तथाकथित डार्क एनर्जी है
W Λ = 0.70–0.75), जिसे निर्वात के रूप में व्याख्यायित किया जाता है। यह पदार्थ के एक विशेष रूप को संदर्भित करता है - भौतिक निर्वात, अर्थात। भौतिक क्षेत्र मर्मज्ञ अंतरिक्ष की सबसे कम ऊर्जा स्थिति।

थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं- उच्च तापमान पर होने वाले हल्के नाभिकों की संलयन प्रतिक्रियाएँ (संश्लेषण)। ये प्रतिक्रियाएँ आमतौर पर ऊर्जा की रिहाई के साथ आगे बढ़ती हैं, क्योंकि संलयन के परिणामस्वरूप बने भारी नाभिक में, न्यूक्लियॉन अधिक मजबूती से बंधे होते हैं, अर्थात। प्रारंभिक विलय वाले नाभिक की तुलना में औसतन उच्च बाध्यकारी ऊर्जा होती है। न्यूक्लियंस की अतिरिक्त कुल बाध्यकारी ऊर्जा तब प्रतिक्रिया उत्पादों की गतिज ऊर्जा के रूप में जारी की जाती है। "संलयन अभिक्रियाएँ" नाम इस तथ्य को दर्शाता है कि ये अभिक्रियाएँ उच्च तापमान पर होती हैं ( > 10 7 -10 8 K), क्योंकि विलय के लिए, प्रकाश नाभिक को आकर्षण के परमाणु बलों की कार्रवाई की त्रिज्या के बराबर दूरी के लिए एक दूसरे से संपर्क करना चाहिए, अर्थात। दूरियों तक ≈10 -13 से.मी.

ट्रांसयूरेनियम तत्व- यूरेनियम से अधिक आवेश (प्रोटॉन की संख्या) वाले रासायनिक तत्व, अर्थात जेड > 92।

विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया- भारी नाभिक के विखंडन की एक आत्मनिर्भर प्रतिक्रिया, जिसमें न्यूट्रॉन लगातार पुनरुत्पादित होते हैं, अधिक से अधिक नए नाभिकों को विभाजित करते हैं।

विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया- भारी परमाणुओं के नाभिक की विखंडन प्रतिक्रिया का क्रम जब वे न्यूट्रॉन या अन्य प्राथमिक कणों के साथ बातचीत करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप हल्के नाभिक, नए न्यूट्रॉन या अन्य प्राथमिक कण बनते हैं और परमाणु ऊर्जा निकलती है।

परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया- कणों (उदाहरण के लिए, न्यूट्रॉन) द्वारा उत्तेजित परमाणु प्रतिक्रियाओं का एक क्रम जो प्रतिक्रिया के प्रत्येक कार्य में पैदा होते हैं। पिछले एक के बाद प्रतिक्रियाओं की औसत संख्या के आधार पर - एक से कम, बराबर या एक से अधिक - प्रतिक्रिया को नम, आत्मनिर्भर या बढ़ती कहा जाता है।

चेन परमाणु प्रतिक्रियाएं- आत्मनिर्भर परमाणु प्रतिक्रियाएं, जिसमें नाभिकों की एक श्रृंखला क्रमिक रूप से शामिल होती है। यह तब होता है जब एक परमाणु प्रतिक्रिया का उत्पाद दूसरे नाभिक के साथ प्रतिक्रिया करता है, दूसरी प्रतिक्रिया का उत्पाद अगले नाभिक के साथ प्रतिक्रिया करता है, और इसी तरह। क्रमिक परमाणु प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला होती है। ऐसी प्रतिक्रिया का सबसे प्रसिद्ध उदाहरण न्यूट्रॉन के कारण होने वाली परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया है

एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाएँ- ऊर्जा की रिहाई के साथ आगे बढ़ने वाली परमाणु प्रतिक्रियाएं।

प्राथमिक कण- भौतिक पदार्थ के सबसे छोटे कण। प्राथमिक कणों के बारे में विचार पदार्थ की संरचना के ज्ञान में उस चरण को दर्शाते हैं, जिसे आधुनिक विज्ञान द्वारा प्राप्त किया गया है। एंटीपार्टिकल्स के साथ मिलकर लगभग 300 प्राथमिक कणों की खोज की गई है। "प्रारंभिक कण" शब्द मनमाना है, क्योंकि कई प्राथमिक कणों में एक जटिल आंतरिक संरचना होती है।

प्राथमिक कण- भौतिक वस्तुएँ जिन्हें घटक भागों में विभाजित नहीं किया जा सकता है। इस परिभाषा के अनुसार, प्राथमिक कणों में अणु, परमाणु और परमाणु नाभिक शामिल नहीं हो सकते हैं जिन्हें घटक भागों में विभाजित किया जा सकता है - एक परमाणु को एक नाभिक और कक्षीय इलेक्ट्रॉनों में विभाजित किया जाता है, एक नाभिक - नाभिकों में।

परमाणु प्रतिक्रिया की ऊर्जा उपज- प्रतिक्रिया से पहले और बाद में नाभिक और कणों की बाकी ऊर्जाओं के बीच का अंतर।

एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाएं- ऊर्जा के अवशोषण के साथ आगे बढ़ने वाली परमाणु प्रतिक्रियाएँ।

परमाणु नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा(ई सेंट) - नाभिक में न्यूक्लियंस के संपर्क की तीव्रता को चिह्नित करता है और अधिकतम ऊर्जा के बराबर होता है जिसे न्यूक्लियस को अलग-अलग गैर-अंतःक्रियात्मक न्यूक्लियंस में बिना गतिज ऊर्जा प्रदान किए विभाजित करने के लिए खर्च किया जाना चाहिए।

मोस्बा प्रभाव यूरा - गति वापसी के लिए ऊर्जा हानि के बिना परमाणु नाभिक द्वारा गामा क्वांटा के गुंजयमान अवशोषण की घटना।

परमाणु का परमाणु (ग्रहीय) मॉडल- केंद्र में एक धनात्मक आवेशित नाभिक (व्यास लगभग 10 -15 मीटर) होता है; नाभिक के चारों ओर, सौर मंडल के ग्रहों की तरह, इलेक्ट्रॉन वृत्ताकार कक्षाओं में घूमते हैं।

परमाणु मॉडल- पूर्व निर्धारित विशेषता गुणों के साथ एक वस्तु के रूप में नाभिक के प्रतिनिधित्व के आधार पर परमाणु नाभिक का सरलीकृत सैद्धांतिक विवरण।

परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया- न्यूट्रॉन की क्रिया के तहत भारी तत्वों के परमाणु नाभिक के विखंडन की प्रतिक्रिया।

परमाणु प्रतिक्रिया- एक दूसरे के साथ या किसी प्राथमिक कण के साथ बातचीत के परिणामस्वरूप परमाणु नाभिक के परिवर्तन की प्रतिक्रिया।

परमाणु शक्तिपरमाणु नाभिक के आंतरिक पुनर्गठन के परिणामस्वरूप जारी ऊर्जा है। नाभिकीय ऊर्जा को नाभिकीय अभिक्रियाओं या नाभिकों के रेडियोधर्मी क्षय से प्राप्त किया जा सकता है। नाभिकीय ऊर्जा के मुख्य स्रोत भारी नाभिकों की विखंडन अभिक्रियाएँ तथा हल्के नाभिकों का संश्लेषण (संयोजन) हैं। बाद की प्रक्रिया को थर्मोन्यूक्लियर रिएक्शन भी कहा जाता है।

परमाणु बल- परमाणु नाभिक में नाभिकों के बीच कार्य करने वाली शक्तियाँ और नाभिक की संरचना और गुणों का निर्धारण करना। वे कम दूरी के हैं, उनकी सीमा 10-15 मीटर है।

परमाणु भट्टी- एक उपकरण जिसमें परमाणु विखंडन की नियंत्रित श्रृंखला प्रतिक्रिया की जाती है।

एक आत्मनिर्भर विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया एक माध्यम में एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है जिसके लिए गुणन कारक k >= 1 होता है।

परमाणु दुर्घटना- एक परमाणु दुर्घटना एक रिएक्टर में एक चेन रिएक्शन के नियंत्रण का नुकसान है, या ईंधन की छड़ों को फिर से लोड करने, परिवहन और भंडारण के दौरान एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान का गठन होता है। एक परमाणु दुर्घटना के परिणामस्वरूप, बाहर की ओर रेडियोधर्मी विखंडन उत्पादों की रिहाई के साथ, उत्पन्न और हटाए गए गर्मी के असंतुलन के कारण ईंधन की छड़ें क्षतिग्रस्त हो जाती हैं। इस मामले में, लोगों का संभावित खतरनाक जोखिम और आसपास के क्षेत्र का संदूषण संभव हो जाता है। .

परमाणु सुरक्षा- एक सामान्य शब्द जो सामान्य संचालन के दौरान एक परमाणु स्थापना के गुणों को दर्शाता है और दुर्घटना की स्थिति में, कर्मियों, जनता और पर्यावरण पर विकिरण के प्रभाव को स्वीकार्य सीमा तक सीमित करता है।

परमाणु विखंडन- एक न्यूट्रॉन या अन्य प्राथमिक कण के साथ बातचीत करने पर एक भारी परमाणु के नाभिक के विभाजन के साथ एक प्रक्रिया, जिसके परिणामस्वरूप हल्के नाभिक, नए न्यूट्रॉन या अन्य प्राथमिक कण बनते हैं और ऊर्जा निकलती है।

परमाणु सामग्री- कोई भी स्रोत सामग्री, विशेष परमाणु सामग्री और कभी-कभी अयस्क और अयस्क अपशिष्ट।

परमाणु परिवर्तन- एक न्यूक्लाइड का दूसरे में परिवर्तन।

परमाणु भट्टी- एक उपकरण जिसमें एक नियंत्रित परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया की जाती है। परमाणु रिएक्टरों को उद्देश्य, न्यूट्रॉन ऊर्जा, शीतलक और मंदक के प्रकार, कोर संरचना, डिजाइन और अन्य विशिष्ट विशेषताओं के अनुसार वर्गीकृत किया गया है।

परमाणु प्रतिक्रिया- परमाणु नाभिक का परिवर्तन, प्राथमिक कणों के साथ या एक दूसरे के साथ उनकी बातचीत के कारण होता है, और नाभिक के द्रव्यमान, आवेश या ऊर्जा अवस्था में परिवर्तन के साथ होता है।

परमाणु ईंधन- फ्यूसाइल न्यूक्लाइड युक्त सामग्री, जो परमाणु रिएक्टर में रखे जाने पर परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया होने देती है। इसकी बहुत उच्च ऊर्जा तीव्रता है (यू -235 के 1 किलो के पूर्ण विखंडन के साथ, जे के बराबर ऊर्जा जारी की जाती है, जबकि 1 किलो कार्बनिक ईंधन का दहन (3-5) जे के क्रम की ऊर्जा जारी करता है, निर्भर करता है ईंधन के प्रकार पर)।

परमाणु ईंधन चक्र- परमाणु सामग्री के प्रवाह और यूरेनियम खानों, यूरेनियम अयस्क प्रसंस्करण संयंत्रों, यूरेनियम रूपांतरण, ईंधन संवर्धन और निर्माण, परमाणु रिएक्टरों, खर्च किए गए ईंधन भंडारण सहित परमाणु सामग्री के प्रवाह से जुड़े उद्यमों की एक प्रणाली में किए गए परमाणु रिएक्टरों के संचालन को सुनिश्चित करने के लिए उपायों का एक सेट सुविधाएं, खर्च किए गए ईंधन पुनर्संसाधन संयंत्र ईंधन और रेडियोधर्मी कचरे के निपटान के लिए संबद्ध मध्यवर्ती भंडारण और भंडारण सुविधाएं

परमाणु संयंत्र- कोई भी सुविधा जो इतनी मात्रा में रेडियोधर्मी या विखंडनीय सामग्री उत्पन्न, संसाधित या संभालती है कि परमाणु सुरक्षा के मुद्दों को ध्यान में रखा जाना चाहिए।

परमाणु शक्ति- परमाणु विखंडन या परमाणु प्रतिक्रियाओं के दौरान जारी परमाणु नाभिक की आंतरिक ऊर्जा।

परमाणु ऊर्जा रिएक्टर- एक परमाणु रिएक्टर, जिसका मुख्य उद्देश्य ऊर्जा उत्पन्न करना है।

परमाणु भट्टी- एक परमाणु रिएक्टर एक नियंत्रित आत्मनिर्भर विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया को व्यवस्थित करने के लिए डिज़ाइन किया गया एक उपकरण है - परमाणु विखंडन प्रतिक्रियाओं का एक क्रम, जिसमें मुक्त न्यूट्रॉन निकलते हैं, जो नए नाभिकों के विखंडन के लिए आवश्यक हैं।

फास्ट न्यूट्रॉन परमाणु रिएक्टर- न्यूट्रॉन स्पेक्ट्रम में रिएक्टर काफी भिन्न होते हैं - ऊर्जा द्वारा न्यूट्रॉन का वितरण, और इसके परिणामस्वरूप, अवशोषित (परमाणु विखंडन के कारण) न्यूट्रॉन के स्पेक्ट्रम में। यदि कोर में हल्का नाभिक नहीं होता है जिसे विशेष रूप से लोचदार बिखरने के परिणामस्वरूप धीमा करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, तो व्यावहारिक रूप से सभी धीमापन भारी और मध्यम-वजन वाले नाभिकों द्वारा न्यूट्रॉन के अप्रत्यास्थ बिखरने के कारण होता है। इस मामले में, अधिकांश विखंडन दसियों और सैकड़ों केवी के क्रम की ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन के कारण होते हैं। ऐसे रिएक्टरों को फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर कहा जाता है।

थर्मल न्यूट्रॉन पर परमाणु रिएक्टर- एक रिएक्टर जिसके कोर में मॉडरेटर की इतनी मात्रा होती है - न्यूट्रॉन की ऊर्जा को ध्यान देने योग्य अवशोषण के बिना कम करने के लिए डिज़ाइन की गई सामग्री, कि अधिकांश विखंडन 1 eV से कम ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन के कारण होते हैं।

परमाणु बल- नाभिक में न्यूक्लियॉन (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) धारण करने वाली शक्तियाँ।

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

परमाणु बलों की खोज प्रभारी स्वतंत्रता , यानी, दो न्यूक्लियंस के बीच का आकर्षण न्यूक्लियॉन - प्रोटॉन या न्यूट्रॉन की आवेश अवस्था की परवाह किए बिना समान है।

परमाणु बल हैं संतृप्ति संपत्ति , जो खुद को इस तथ्य में प्रकट करता है कि नाभिक में न्यूक्लियॉन केवल सीमित संख्या में पड़ोसी न्यूक्लियॉन के साथ संपर्क करता है। परमाणु बलों की लगभग पूर्ण संतृप्ति α-कण में प्राप्त की जाती है, जो एक बहुत ही स्थिर गठन है।

परमाणु बल परस्पर क्रिया करने वाले न्यूक्लियंस के स्पिन के उन्मुखीकरण पर निर्भर करते हैं . इसकी पुष्टि ऑर्थो- और स्टीम-हाइड्रोजन अणुओं द्वारा न्यूट्रॉन के बिखरने के विभिन्न चरित्रों से होती है।

परमाणु बल केंद्रीय नहीं हैं .

पदार्थ की संरचना का अध्ययन करके, भौतिकविदों ने सीखा कि परमाणु किससे बने होते हैं, परमाणु नाभिक तक पहुँचे और इसे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में विभाजित कर दिया। ये सभी कदम काफी आसानी से दिए गए थे - केवल कणों को आवश्यक ऊर्जा तक फैलाना आवश्यक था, उन्हें एक दूसरे के खिलाफ धकेलना, और फिर वे स्वयं अपने घटक भागों में अलग हो गए।

लेकिन प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के साथ यह तरकीब काम नहीं आई। हालांकि वे संयुक्त कण हैं, वे किसी भी सबसे हिंसक टक्कर में "अलग नहीं" हो सकते हैं। इसलिए, भौतिकविदों को प्रोटॉन के अंदर देखने, इसकी संरचना और आकार को देखने के विभिन्न तरीकों के साथ आने में दशकों लग गए। आज, प्रोटॉन की संरचना का अध्ययन प्राथमिक कण भौतिकी के सबसे सक्रिय क्षेत्रों में से एक है।

प्रकृति संकेत देती है

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संरचना का अध्ययन करने का इतिहास 1930 के दशक का है। जब, प्रोटॉन के अलावा, न्यूट्रॉन की खोज की गई (1932), उनके द्रव्यमान को मापकर, भौतिकविदों को यह जानकर आश्चर्य हुआ कि यह एक प्रोटॉन के द्रव्यमान के बहुत करीब है। इसके अलावा, यह पता चला कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बिल्कुल उसी तरह परमाणु संपर्क को "महसूस" करते हैं। इतना ही कि, परमाणु बलों के दृष्टिकोण से, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को एक ही कण के दो अभिव्यक्तियों के रूप में माना जा सकता है - न्यूक्लियॉन: प्रोटॉन एक विद्युत आवेशित न्यूक्लियॉन है, और न्यूट्रॉन एक तटस्थ न्यूक्लियॉन है। न्यूट्रॉन और परमाणु बलों के लिए स्वैप प्रोटॉन (लगभग) कुछ भी नोटिस नहीं करेंगे।

भौतिक विज्ञानी प्रकृति की इस संपत्ति को समरूपता के रूप में व्यक्त करते हैं - न्यूट्रॉन द्वारा प्रोटॉन के प्रतिस्थापन के संबंध में परमाणु संपर्क सममित है, ठीक उसी तरह जैसे एक तितली दाएं के लिए बाएं के प्रतिस्थापन के संबंध में सममित है। यह समरूपता, परमाणु भौतिकी में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के अलावा, वास्तव में पहला संकेत था कि नाभिकों की एक दिलचस्प आंतरिक संरचना होती है। सच है, तब, 1930 के दशक में, भौतिकविदों को इस संकेत का एहसास नहीं था।

समझ बाद में आई। यह इस तथ्य से शुरू हुआ कि 1940 और 50 के दशक में, विभिन्न तत्वों के नाभिक के साथ प्रोटॉन टकराव की प्रतिक्रियाओं में, वैज्ञानिकों को अधिक से अधिक नए कणों की खोज के लिए आश्चर्य हुआ। प्रोटॉन नहीं, न्यूट्रॉन नहीं, उस समय तक पी-मेसन की खोज नहीं हुई, जो नाभिक में नाभिक रखते हैं, लेकिन कुछ पूरी तरह से नए कण। उनकी सभी विविधता के लिए, इन नए कणों में दो सामान्य गुण थे। सबसे पहले, वे, न्यूक्लियंस की तरह, परमाणु बातचीत में बहुत स्वेच्छा से भाग लेते थे - अब ऐसे कणों को हैड्रोन कहा जाता है। और दूसरी बात, वे अत्यंत अस्थिर थे। उनमें से सबसे अस्थिर एक नैनोसेकंड के ट्रिलियनवें हिस्से में अन्य कणों में क्षय हो गया, परमाणु नाभिक के आकार से उड़ने का समय भी नहीं मिला!

एक लंबे समय के लिए, हैड्रोन का "चिड़ियाघर" एक पूर्ण हॉजपॉज था। 1950 के दशक के उत्तरार्ध में, भौतिकविदों ने पहले से ही विभिन्न प्रकार के हैड्रोन की काफी पहचान कर ली थी, उनकी एक-दूसरे से तुलना करना शुरू कर दिया था, और अचानक उनके गुणों में एक निश्चित सामान्य समरूपता, यहां तक ​​​​कि आवधिकता देखी। यह अनुमान लगाया गया था कि सभी हैड्रोन (न्यूक्लिऑन सहित) के अंदर कुछ साधारण वस्तुएँ होती हैं, जिन्हें "क्वार्क" कहा जाता है। क्वार्क को अलग-अलग तरीकों से जोड़कर, अलग-अलग हैड्रोन प्राप्त करना संभव है, इसके अलावा, ठीक उसी प्रकार के और ऐसे गुणों के साथ जो प्रयोग में पाए गए थे।

प्रोटॉन को प्रोटॉन क्या बनाता है?

भौतिकविदों द्वारा हैड्रॉन की क्वार्क संरचना की खोज करने और यह जानने के बाद कि क्वार्क कई अलग-अलग किस्मों में आते हैं, यह स्पष्ट हो गया कि क्वार्क से कई अलग-अलग कणों का निर्माण किया जा सकता है। इसलिए किसी को आश्चर्य नहीं हुआ जब बाद के प्रयोगों में एक के बाद एक नए हैड्रॉन मिलते रहे। लेकिन सभी हैड्रोन के बीच, कणों का एक पूरा परिवार पाया गया, जिसमें प्रोटॉन की तरह, केवल दो शामिल थे यू-क्वार्क और एक डी-क्वार्क। प्रोटॉन का एक प्रकार का "भाई"। और यहाँ भौतिक विज्ञानी आश्चर्य में थे।

आइए पहले एक साधारण अवलोकन करें। यदि हमारे पास समान "ईंटों" से बनी कई वस्तुएं हैं, तो भारी वस्तुओं में अधिक "ईंटें" होती हैं, और हल्की - कम। यह एक बहुत ही स्वाभाविक सिद्धांत है, जिसे संयोजन का सिद्धांत या अधिरचना का सिद्धांत कहा जा सकता है, और यह रोजमर्रा की जिंदगी और भौतिकी दोनों में पूरी तरह से पूरा होता है। यह परमाणु नाभिक की संरचना में भी प्रकट होता है - आखिरकार, भारी नाभिक में बड़ी संख्या में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं।

हालाँकि, क्वार्क के स्तर पर, यह सिद्धांत बिल्कुल भी काम नहीं करता है, और, बेशक, भौतिकविदों ने अभी तक पूरी तरह से पता नहीं लगाया है कि क्यों। यह पता चला है कि प्रोटॉन के भारी भाइयों में भी प्रोटॉन के समान क्वार्क होते हैं, हालांकि वे प्रोटॉन से डेढ़ या दो गुना भारी होते हैं। वे प्रोटॉन से भिन्न होते हैं (और एक दूसरे से भिन्न होते हैं) नहीं संघटन,लेकिन आपसी जगहक्वार्क, राज्य द्वारा जिसमें ये क्वार्क एक दूसरे के सापेक्ष हैं। क्वार्क की पारस्परिक स्थिति को बदलने के लिए यह पर्याप्त है - और हमें प्रोटॉन से एक और भारी कण मिलेगा।

लेकिन क्या होता है यदि आप अभी भी तीन से अधिक क्वार्क लेते हैं और एकत्र करते हैं? क्या कोई नया भारी कण प्राप्त होगा? हैरानी की बात है, यह काम नहीं करेगा - क्वार्क तीन टुकड़ों में टूट जाएगा और कई असमान कणों में बदल जाएगा। किसी कारण से, प्रकृति कई क्वार्कों को एक में संयोजित करने के लिए "पसंद नहीं करती"! केवल हाल ही में, शाब्दिक रूप से हाल के वर्षों में, संकेत दिखाई देने लगे हैं कि कुछ मल्टीक्वार्क कण मौजूद हैं, लेकिन यह केवल इस बात पर जोर देता है कि प्रकृति उन्हें कितना पसंद नहीं करती है।

इस कॉम्बिनेटरिक्स से एक बहुत ही महत्वपूर्ण और गहरा निष्कर्ष निकलता है - हैड्रोन के द्रव्यमान में क्वार्क के द्रव्यमान का समावेश नहीं होता है। लेकिन अगर किसी हैड्रोन के द्रव्यमान को उसके बिल्डिंग ब्लॉक्स को फिर से जोड़कर बढ़ाया या घटाया जा सकता है, तो क्वार्क स्वयं हैड्रोन के द्रव्यमान के लिए बिल्कुल भी जिम्मेदार नहीं हैं। दरअसल, बाद के प्रयोगों में, यह पता लगाना संभव था कि क्वार्क का द्रव्यमान स्वयं प्रोटॉन के द्रव्यमान का लगभग दो प्रतिशत है, और शेष गुरुत्वाकर्षण बल क्षेत्र (विशेष कण - ग्लून्स) के कारण उत्पन्न होता है क्वार्कों को एक साथ बांधें। उदाहरण के लिए, क्वार्कों की आपसी व्यवस्था को बदलकर, उन्हें एक दूसरे से दूर ले जाकर, हम ग्लूऑन क्लाउड को बदल देते हैं, इसे और अधिक भारी बना देते हैं, यही वजह है कि हैड्रोन का द्रव्यमान बढ़ जाता है (चित्र 1)।

तेजी से उड़ने वाले प्रोटॉन के अंदर क्या चल रहा है?

ऊपर वर्णित सब कुछ एक गतिहीन प्रोटॉन से संबंधित है, भौतिकविदों की भाषा में, यह इसके बाकी फ्रेम में एक प्रोटॉन की संरचना है। हालाँकि, प्रयोग में, प्रोटॉन की संरचना को पहली बार अन्य स्थितियों में खोजा गया था - अंदर तेज उड़ानप्रोटॉन।

1960 के दशक के उत्तरार्ध में, त्वरक पर कण टक्कर प्रयोगों में, यह देखा गया कि निकट-प्रकाश गति से उड़ने वाले प्रोटॉन ऐसा व्यवहार करते हैं जैसे कि उनके अंदर ऊर्जा समान रूप से वितरित नहीं की गई थी, लेकिन अलग-अलग कॉम्पैक्ट वस्तुओं में केंद्रित थी। प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी रिचर्ड फेनमैन ने प्रोटॉन के अंदर पदार्थ के इन गुच्छों को कॉल करने का प्रस्ताव दिया partons(अंग्रेज़ी से भाग-भाग)।

बाद के प्रयोगों में, पार्टन के कई गुणों का अध्ययन किया गया - उदाहरण के लिए, उनका विद्युत आवेश, उनकी संख्या और प्रत्येक प्रोटॉन ऊर्जा का अनुपात। यह पता चला है कि आवेशित भाग क्वार्क हैं और तटस्थ भाग ग्लून्स हैं। हाँ, हाँ, वही ग्लून्स, जो प्रोटॉन के बाकी फ्रेम में केवल क्वार्क की "सेवा" करते हैं, उन्हें एक-दूसरे की ओर आकर्षित करते हैं, अब स्वतंत्र भाग हैं और क्वार्क के साथ, "पदार्थ" और एक तेज़ ऊर्जा ले जाते हैं -उड़ान प्रोटॉन। प्रयोगों से पता चला है कि लगभग आधी ऊर्जा क्वार्क में और आधी ग्लूऑन में जमा होती है।

इलेक्ट्रॉनों के साथ प्रोटॉन की टक्कर में पार्टन का सबसे आसानी से अध्ययन किया जाता है। तथ्य यह है कि, एक प्रोटॉन के विपरीत, एक इलेक्ट्रॉन मजबूत परमाणु बातचीत में भाग नहीं लेता है और एक प्रोटॉन के साथ इसकी टक्कर बहुत सरल दिखती है: इलेक्ट्रॉन बहुत कम समय के लिए एक आभासी फोटॉन का उत्सर्जन करता है, जो एक आवेशित पार्टन में दुर्घटनाग्रस्त हो जाता है और अंत में एक उत्पन्न करता है। बड़ी संख्या में कण (चित्र 2)। हम कह सकते हैं कि प्रोटॉन को "खोलने" और इसे अलग-अलग हिस्सों में विभाजित करने के लिए इलेक्ट्रॉन एक उत्कृष्ट स्केलपेल है - हालांकि, केवल बहुत ही कम समय के लिए। त्वरक पर ऐसी प्रक्रियाएं कितनी बार होती हैं, यह जानने के बाद, प्रोटॉन और उनके आवेशों के अंदर भाग की संख्या को मापना संभव है।

असली पार्टियां कौन हैं?

और यहां हम एक और अद्भुत खोज पर आते हैं जो भौतिकविदों ने उच्च ऊर्जा पर प्राथमिक कण टक्करों का अध्ययन करते हुए की है।

सामान्य परिस्थितियों में, इस या उस वस्तु में क्या शामिल है, इसका प्रश्न संदर्भ के सभी फ्रेमों के लिए एक सार्वभौमिक उत्तर है। उदाहरण के लिए, एक पानी के अणु में दो हाइड्रोजन परमाणु और एक ऑक्सीजन परमाणु होते हैं - और इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि हम एक स्थिर या गतिमान अणु को देख रहे हैं। हालाँकि, यह नियम - यह इतना स्वाभाविक प्रतीत होगा! - उल्लंघन अगर हम प्रकाश की गति के करीब गति से चलने वाले प्राथमिक कणों के बारे में बात कर रहे हैं। संदर्भ के एक फ्रेम में, एक जटिल कण में उप-कणों का एक सेट हो सकता है, और संदर्भ के दूसरे फ्रेम में, दूसरे का। यह पता चला है कि रचना एक सापेक्ष अवधारणा है!

यह कैसे हो सकता है? यहाँ कुंजी एक महत्वपूर्ण संपत्ति है: हमारी दुनिया में कणों की संख्या निश्चित नहीं है - कण पैदा हो सकते हैं और गायब हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, यदि पर्याप्त उच्च ऊर्जा वाले दो इलेक्ट्रॉनों को एक साथ धकेला जाए, तो इन दो इलेक्ट्रॉनों के अलावा या तो एक फोटॉन, या एक इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़ी, या कुछ अन्य कण पैदा हो सकते हैं। यह सब क्वांटम कानूनों द्वारा अनुमत है, और वास्तविक प्रयोगों में ठीक यही होता है।

लेकिन कणों का यह "गैर-संरक्षण का कानून" काम करता है टक्करों मेंकण। लेकिन यह कैसे होता है कि एक ही प्रोटॉन अलग-अलग दृष्टिकोणों से ऐसा दिखता है जैसे इसमें कणों का एक अलग सेट होता है? तथ्य यह है कि एक प्रोटॉन केवल तीन क्वार्क एक साथ नहीं रखा जाता है। क्वार्कों के बीच एक ग्लूऑन बल क्षेत्र होता है। सामान्य तौर पर, एक बल क्षेत्र (जैसे, उदाहरण के लिए, एक गुरुत्वाकर्षण या विद्युत क्षेत्र) एक प्रकार की सामग्री "इकाई" है जो अंतरिक्ष में प्रवेश करती है और कणों को एक दूसरे पर बल लगाने की अनुमति देती है। क्वांटम सिद्धांत में, क्षेत्र में कण भी होते हैं, हालांकि विशेष - आभासी वाले। इन कणों की संख्या निश्चित नहीं है, वे लगातार क्वार्क से "मुकुलित" होते हैं और अन्य क्वार्क द्वारा अवशोषित होते हैं।

आरामप्रोटॉन को वास्तव में तीन क्वार्क के रूप में माना जा सकता है, जिनके बीच ग्लून्स कूदते हैं। लेकिन अगर हम एक ही प्रोटॉन को संदर्भ के एक अलग फ्रेम से देखते हैं, जैसे कि "सापेक्षतावादी ट्रेन" की खिड़की से गुजरते हुए, हम एक पूरी तरह से अलग तस्वीर देखेंगे। वे आभासी ग्लून्स जो क्वार्क को एक साथ चिपकाते हैं, वे कम आभासी, "अधिक वास्तविक" कण प्रतीत होंगे। बेशक, वे अभी भी क्वार्कों द्वारा पैदा हुए और अवशोषित होते हैं, लेकिन साथ ही वे कुछ समय के लिए अपने दम पर रहते हैं, वास्तविक कणों की तरह क्वार्कों के बगल में उड़ते हैं। संदर्भ के एक फ्रेम में एक साधारण बल क्षेत्र जैसा दिखता है, दूसरे फ्रेम में कणों की धारा में बदल जाता है! ध्यान दें कि हम स्वयं प्रोटॉन को स्पर्श नहीं करते हैं, बल्कि इसे केवल संदर्भ के एक अलग फ्रेम से देखते हैं।

आगे। हमारी "सापेक्षतावादी ट्रेन" की गति प्रकाश की गति के जितनी करीब होगी, प्रोटॉन के अंदर की उतनी ही आश्चर्यजनक तस्वीर हम देखेंगे। जैसे-जैसे हम प्रकाश की गति की ओर बढ़ते हैं, हम देखेंगे कि प्रोटॉन के अंदर अधिक से अधिक ग्लून्स हैं। इसके अलावा, वे कभी-कभी क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े में विभाजित हो जाते हैं, जो साथ-साथ उड़ते हैं और उन्हें पार्टन भी माना जाता है। नतीजतन, एक अल्ट्रारिलेटिविस्टिक प्रोटॉन, यानी, प्रकाश की गति के बहुत करीब गति से हमारे सापेक्ष चलने वाला एक प्रोटॉन, क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लून्स के इंटरपेनिट्रेटिंग बादलों के रूप में प्रकट होता है जो एक साथ उड़ते हैं और एक दूसरे का समर्थन करते हैं (चित्र 3)। ).

सापेक्षता के सिद्धांत से परिचित पाठक चिंतित हो सकते हैं। सभी भौतिकी इस सिद्धांत पर आधारित हैं कि कोई भी प्रक्रिया संदर्भ के सभी जड़त्वीय फ्रेम में समान तरीके से आगे बढ़ती है। और यहाँ यह पता चला है कि प्रोटॉन की संरचना उस संदर्भ के फ्रेम पर निर्भर करती है जिससे हम इसे देखते हैं ?!

हाँ, यह सही है, लेकिन यह किसी भी तरह से सापेक्षता के सिद्धांत का उल्लंघन नहीं करता। भौतिक प्रक्रियाओं के परिणाम - उदाहरण के लिए, टकराव के परिणामस्वरूप कौन से कण और कितने पैदा होते हैं - अपरिवर्तनीय हो जाते हैं, हालांकि प्रोटॉन की संरचना संदर्भ के फ्रेम पर निर्भर करती है।

यह स्थिति, पहली नज़र में असामान्य, लेकिन भौतिकी के सभी नियमों को संतुष्ट करती है, चित्र 4 में योजनाबद्ध रूप से चित्रित की गई है। यह दर्शाता है कि संदर्भ के विभिन्न फ्रेमों में दो उच्च-ऊर्जा प्रोटॉन की टक्कर कैसे दिखती है: एक प्रोटॉन के बाकी फ्रेम में, में द्रव्यमान फ्रेम का केंद्र, दूसरे प्रोटॉन के बाकी फ्रेम में। प्रोटॉन के बीच की बातचीत विभाजित ग्लून्स के कैस्केड के माध्यम से की जाती है, लेकिन केवल एक मामले में इस कैस्केड को एक प्रोटॉन के "अंदर" माना जाता है, दूसरे मामले में यह दूसरे प्रोटॉन का हिस्सा होता है, और तीसरे मामले में यह सिर्फ होता है दो प्रोटॉन के बीच एक वस्तु का आदान-प्रदान। यह झरना मौजूद है, यह वास्तविक है, लेकिन इसे किस प्रक्रिया के लिए जिम्मेदार ठहराया जाना चाहिए, यह संदर्भ के फ्रेम पर निर्भर करता है।

एक प्रोटॉन का 3डी चित्र

सभी परिणाम जो हमने अभी वर्णित किए हैं, वे काफी समय पहले - पिछली शताब्दी के 60 और 70 के दशक में किए गए प्रयोगों पर आधारित थे। ऐसा लगता है कि तब से सब कुछ का अध्ययन किया जाना चाहिए और सभी सवालों के जवाब खोजने चाहिए। लेकिन नहीं - कण भौतिकी में प्रोटॉन का उपकरण अभी भी सबसे दिलचस्प विषयों में से एक है। इसके अलावा, हाल के वर्षों में, इसमें रुचि फिर से बढ़ गई है, क्योंकि भौतिकविदों ने यह पता लगाया है कि तेजी से चलने वाले प्रोटॉन का "त्रि-आयामी" चित्र कैसे प्राप्त किया जाए, जो एक स्थिर प्रोटॉन के चित्र की तुलना में बहुत अधिक जटिल निकला।

क्लासिकल प्रोटॉन टक्कर प्रयोग केवल पार्टन की संख्या और उनके ऊर्जा वितरण के बारे में बताते हैं। इस तरह के प्रयोगों में, पार्टन स्वतंत्र वस्तुओं के रूप में भाग लेते हैं, जिसका अर्थ है कि उनसे यह सीखना असंभव है कि पार्टन एक दूसरे के सापेक्ष कैसे स्थित हैं, वे वास्तव में एक प्रोटॉन में कैसे जुड़ते हैं। यह कहा जा सकता है कि लंबे समय तक भौतिकविदों के लिए तेजी से उड़ने वाले प्रोटॉन का केवल "एक आयामी" चित्र उपलब्ध था।

प्रोटॉन का वास्तविक, त्रि-आयामी, चित्र बनाने और अंतरिक्ष में भागों के वितरण को जानने के लिए, 40 साल पहले की तुलना में कहीं अधिक सूक्ष्म प्रयोगों की आवश्यकता है। भौतिकविदों ने हाल ही में इस तरह के प्रयोग करना सीखा है, सचमुच पिछले दशक में। उन्होंने महसूस किया कि एक इलेक्ट्रॉन के एक प्रोटॉन से टकराने पर होने वाली विभिन्न प्रतिक्रियाओं की भारी संख्या के बीच, एक विशेष प्रतिक्रिया होती है - डीप वर्चुअल कॉम्पटन स्कैटरिंग, - जो प्रोटॉन की त्रिविमीय संरचना के बारे में बता सकेंगे।

सामान्य तौर पर, कॉम्प्टन स्कैटरिंग, या कॉम्पटन प्रभाव, एक प्रोटॉन जैसे किसी कण के साथ फोटॉन की लोचदार टक्कर है। यह इस तरह दिखता है: एक फोटॉन आता है, एक प्रोटॉन द्वारा अवशोषित होता है, जो थोड़ी देर के लिए उत्तेजित अवस्था में चला जाता है, और फिर अपनी मूल स्थिति में लौट आता है, एक फोटॉन को किसी दिशा में उत्सर्जित करता है।

साधारण प्रकाश फोटॉन के कॉम्पटन प्रकीर्णन से कुछ भी दिलचस्प नहीं होता है - यह एक प्रोटॉन से प्रकाश का एक सरल प्रतिबिंब है। प्रोटॉन की आंतरिक संरचना को "खेलने" के लिए और क्वार्क के वितरण को "महसूस" करने के लिए, बहुत उच्च ऊर्जा के फोटॉन का उपयोग करना आवश्यक है - सामान्य प्रकाश की तुलना में अरबों गुना अधिक। और ऐसे फोटॉन - हालांकि, आभासी - एक घटना इलेक्ट्रॉन द्वारा आसानी से उत्पन्न होते हैं। यदि हम अब एक को दूसरे के साथ जोड़ते हैं, तो हमें डीप-वर्चुअल कॉम्पटन स्कैटरिंग (चित्र 5) मिलता है।

इस अभिक्रिया की मुख्य विशेषता यह है कि यह प्रोटॉन को नष्ट नहीं करती है। आपतित फोटॉन न केवल प्रोटॉन से टकराता है, बल्कि, जैसा वह था, ध्यान से महसूस करता है और फिर उड़ जाता है। वह किस दिशा में उड़ता है और प्रोटॉन उससे कितनी ऊर्जा लेता है, यह प्रोटॉन की संरचना पर निर्भर करता है, उसके अंदर के भागों की सापेक्ष स्थिति पर। इसीलिए, इस प्रक्रिया का अध्ययन करके, प्रोटॉन के त्रि-आयामी स्वरूप को पुनर्स्थापित करना संभव है, जैसे कि "इसकी मूर्तिकला को आकार देने के लिए।"

सच है, एक प्रायोगिक भौतिक विज्ञानी के लिए ऐसा करना बहुत कठिन है। वांछित प्रक्रिया काफी दुर्लभ होती है, और इसे पंजीकृत करना मुश्किल होता है। इस प्रतिक्रिया पर पहला प्रायोगिक डेटा केवल 2001 में हैम्बर्ग में जर्मन त्वरक परिसर DESY में HERA त्वरक पर प्राप्त किया गया था; नई डेटा श्रृंखला अब प्रयोगकर्ताओं द्वारा संसाधित की जा रही है। हालाँकि, पहले से ही आज, पहले डेटा के आधार पर, सिद्धांतकार प्रोटॉन में क्वार्क और ग्लून्स के त्रि-आयामी वितरण बनाते हैं। भौतिक मात्रा, जिसके बारे में भौतिक विज्ञानी केवल धारणाएँ बनाते थे, अंततः प्रयोग से "प्रकट" होने लगी।

क्या इस क्षेत्र में कोई अप्रत्याशित खोज हुई है? संभावना है कि हाँ। एक दृष्टांत के रूप में, मान लें कि नवंबर 2008 में एक दिलचस्प सैद्धांतिक लेख सामने आया, जिसमें कहा गया है कि एक तेज-तर्रार प्रोटॉन को एक फ्लैट डिस्क की तरह नहीं, बल्कि एक द्विबीजपत्री लेंस की तरह दिखना चाहिए। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि प्रोटॉन के मध्य क्षेत्र में बैठे पार्टन किनारों पर बैठे पार्टॉन की तुलना में अनुदैर्ध्य दिशा में अधिक संकुचित होते हैं। प्रयोगात्मक रूप से इन सैद्धांतिक भविष्यवाणियों का परीक्षण करना बहुत दिलचस्प होगा!

भौतिकविदों के लिए यह सब दिलचस्प क्यों है?

भौतिकविदों को यह जानने की आवश्यकता क्यों है कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के अंदर पदार्थ कैसे वितरित होता है?

सबसे पहले, यह भौतिकी के विकास के तर्क द्वारा आवश्यक है। दुनिया में कई आश्चर्यजनक जटिल प्रणालियां हैं जिनका आधुनिक सैद्धांतिक भौतिकी अभी तक पूरी तरह से सामना नहीं कर सकती है। हैड्रोन एक ऐसी प्रणाली है। हैड्रोन की संरचना को समझते हुए, हम सैद्धांतिक भौतिकी की क्षमता को सुधारते हैं, जो अच्छी तरह से सार्वभौमिक हो सकती है और शायद कुछ पूरी तरह से अलग करने में मदद करती है, उदाहरण के लिए, सुपरकंडक्टर्स या असामान्य गुणों वाली अन्य सामग्रियों के अध्ययन में।

दूसरे, परमाणु भौतिकी के लिए तत्काल लाभ होता है। परमाणु नाभिक के अध्ययन के लगभग एक शताब्दी के इतिहास के बावजूद, सिद्धांतकार अभी भी प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की बातचीत के सटीक नियम को नहीं जानते हैं।

उन्हें प्रायोगिक डेटा के आधार पर आंशिक रूप से इस कानून का अनुमान लगाना होगा, और आंशिक रूप से न्यूक्लियॉन की संरचना के ज्ञान के आधार पर इसका निर्माण करना होगा। यहीं पर न्यूक्लियंस की त्रि-आयामी संरचना पर नया डेटा मदद करेगा।

तीसरा, कुछ साल पहले, भौतिकविदों ने पदार्थ की एक नई कुल अवस्था - क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा से कम कुछ भी प्राप्त करने में कामयाबी नहीं पाई। इस अवस्था में, क्वार्क व्यक्तिगत प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के अंदर नहीं बैठते हैं, लेकिन स्वतंत्र रूप से परमाणु पदार्थ के पूरे समूह में घूमते हैं। इसे प्राप्त किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, निम्न प्रकार से: भारी नाभिक त्वरक में प्रकाश की गति के बहुत करीब गति से त्वरित होते हैं, और फिर वे आमने-सामने टकराते हैं। इस टक्कर में बहुत कम समय के लिए खरबों डिग्री का तापमान उत्पन्न होता है, जो नाभिक को पिघलाकर क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा में बदल देता है। तो, यह पता चला है कि इस परमाणु पिघलने की सैद्धांतिक गणना के लिए न्यूक्लियंस की त्रि-आयामी संरचना का अच्छा ज्ञान आवश्यक है।

अंत में, ये डेटा खगोल भौतिकी के लिए बहुत आवश्यक हैं। जब भारी तारे अपने जीवन के अंत में फटते हैं, तो वे अक्सर अत्यंत कॉम्पैक्ट वस्तुएं छोड़ते हैं - न्यूट्रॉन और संभवतः क्वार्क तारे। इन तारों के केंद्र में पूरी तरह से न्यूट्रॉन होते हैं, और शायद ठंडे क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा भी होते हैं। ऐसे तारे लंबे समय से खोजे गए हैं, लेकिन उनके अंदर क्या होता है, इसका केवल अनुमान लगाया जा सकता है। इसलिए क्वार्क वितरण की अच्छी समझ से खगोल भौतिकी में भी प्रगति हो सकती है।

• अनुवाद

प्रत्येक परमाणु के केंद्र में नाभिक होता है, कणों का एक छोटा संग्रह जिसे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन कहा जाता है। इस लेख में हम प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की प्रकृति का अध्ययन करेंगे, जिसमें और भी छोटे कण होते हैं - क्वार्क, ग्लून्स और एंटीक्वार्क। (ग्लून्स, फोटॉनों की तरह, अपने स्वयं के एंटीपार्टिकल्स हैं।) क्वार्क और ग्लून्स, जहाँ तक हम जानते हैं, वास्तव में प्राथमिक (अविभाज्य और कुछ छोटे से बना नहीं) हो सकते हैं। लेकिन उन्हें बाद में।

आश्चर्यजनक रूप से, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का द्रव्यमान लगभग समान होता है - एक प्रतिशत तक:

• एक प्रोटॉन के लिए 0.93827 GeV/c 2,
• न्यूट्रॉन के लिए 0.93957 GeV/c 2।

यह उनके स्वभाव की कुंजी है - वे वास्तव में बहुत समान हैं। हां, उनके बीच एक स्पष्ट अंतर है: प्रोटॉन का एक सकारात्मक विद्युत आवेश होता है, जबकि न्यूट्रॉन का कोई आवेश नहीं होता है (यह तटस्थ है, इसलिए इसका नाम है)। तदनुसार, विद्युत बल पहले पर कार्य करते हैं, लेकिन दूसरे पर नहीं। पहली नज़र में यह भेद बहुत महत्वपूर्ण प्रतीत होता है! लेकिन वास्तव में ऐसा नहीं है। अन्य सभी अर्थों में, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन लगभग जुड़वाँ हैं। उनके पास न केवल द्रव्यमान, बल्कि आंतरिक संरचना भी समान है।

क्योंकि वे इतने समान हैं, और क्योंकि ये कण नाभिक बनाते हैं, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को अक्सर न्यूक्लियॉन कहा जाता है।

1920 के आसपास प्रोटॉन की पहचान और वर्णन किया गया था (हालांकि वे पहले खोजे गए थे; हाइड्रोजन परमाणु का केंद्रक केवल एक प्रोटॉन है), और न्यूट्रॉन 1933 के आसपास पाए गए थे। तथ्य यह है कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक दूसरे के समान हैं लगभग तुरंत समझ गए थे। लेकिन तथ्य यह है कि उनके पास एक मापने योग्य आकार है जो नाभिक के आकार के बराबर है (त्रिज्या में एक परमाणु से लगभग 100,000 गुना छोटा) 1954 तक ज्ञात नहीं था। 1960 के दशक के मध्य से 1970 के दशक के मध्य तक धीरे-धीरे यह समझा गया कि वे क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लून्स से बने हैं। 70 के दशक के अंत और 80 के दशक के प्रारंभ तक, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, और वे किस चीज से बने हैं, के बारे में हमारी समझ काफी हद तक स्थिर हो गई थी, और तब से अपरिवर्तित बनी हुई है।

परमाणुओं या नाभिकों की तुलना में न्यूक्लियंस का वर्णन करना अधिक कठिन है। यह कहना नहीं है कि परमाणु सिद्धांत रूप में सरल हैं, लेकिन कम से कम कोई बिना किसी हिचकिचाहट के कह सकता है कि एक हीलियम परमाणु में एक छोटे से हीलियम नाभिक के चारों ओर कक्षा में दो इलेक्ट्रॉन होते हैं; और हीलियम नाभिक दो न्यूट्रॉन और दो प्रोटॉन का एक काफी सरल समूह है। लेकिन न्यूक्लियंस के साथ सब कुछ इतना आसान नहीं है। मैंने पहले ही लेख में लिखा था "प्रोटॉन क्या है, और इसके अंदर क्या है?" कि परमाणु एक सुंदर मीनू की तरह है, और न्यूक्लियॉन एक जंगली पार्टी की तरह है।

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की जटिलता वास्तविक प्रतीत होती है, और अधूरे भौतिक ज्ञान से उत्पन्न नहीं होती है। हमारे पास क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लून्स और उनके बीच चलने वाली मजबूत परमाणु शक्तियों का वर्णन करने के लिए समीकरण हैं। इन समीकरणों को "क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स" से QCD कहा जाता है। बड़े हैड्रोन कोलाइडर में दिखाई देने वाले कणों की संख्या को मापने सहित समीकरणों की सटीकता का विभिन्न तरीकों से परीक्षण किया जा सकता है। QCD समीकरणों को एक कंप्यूटर में प्लग करके और प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, और अन्य समान कणों (सामूहिक रूप से "हैड्रोन" कहा जाता है) के गुणों पर गणना चलाकर, हम इन कणों के गुणों की भविष्यवाणियां प्राप्त करते हैं जो वास्तविक दुनिया में किए गए अवलोकनों के लिए अच्छी तरह से अनुमानित हैं। . इसलिए, हमारे पास यह विश्वास करने का कारण है कि क्यूसीडी समीकरण झूठ नहीं बोलते हैं, और प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का हमारा ज्ञान सही समीकरणों पर आधारित है। लेकिन सिर्फ सही समीकरण होना ही काफी नहीं है, क्योंकि:

• सरल समीकरणों के बहुत जटिल हल हो सकते हैं,
• कभी-कभी जटिल समाधानों का सरल तरीके से वर्णन करना संभव नहीं होता है।

जहाँ तक हम बता सकते हैं, न्यूक्लियॉन के मामले में भी यही स्थिति है: वे सरल QCD समीकरणों के जटिल समाधान हैं, और उन्हें कुछ शब्दों या चित्रों में वर्णित करना संभव नहीं है।

न्यूक्लियंस की अंतर्निहित जटिलता के कारण, आप, पाठक, को एक विकल्प बनाना होगा: आप वर्णित जटिलता के बारे में कितना जानना चाहते हैं? इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि आप कितनी दूर जाते हैं, आप अधिकतर संतुष्ट नहीं होंगे: जितना अधिक आप सीखेंगे, विषय उतना ही स्पष्ट हो जाएगा, लेकिन अंतिम उत्तर वही रहेगा - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बहुत जटिल हैं। मैं आपको तीन स्तरों की समझ प्रदान कर सकता हूं, बढ़ते विवरण के साथ; आप किसी भी स्तर के बाद रुक सकते हैं और अन्य विषयों पर जा सकते हैं, या आप अंतिम तक जा सकते हैं। प्रत्येक स्तर पर ऐसे प्रश्न उठते हैं जिनका उत्तर मैं आंशिक रूप से अगले में दे सकता हूं, लेकिन नए उत्तर नए प्रश्न खड़े करते हैं। अंत में - जैसा कि मैं सहकर्मियों और उन्नत छात्रों के साथ पेशेवर चर्चा में करता हूं - मैं आपको केवल वास्तविक प्रयोगों, विभिन्न प्रभावशाली सैद्धांतिक तर्कों और कंप्यूटर सिमुलेशन से डेटा का उल्लेख कर सकता हूं।

समझ का पहला स्तर

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन किससे बने होते हैं?

चावल। 1: प्रोटॉन का एक अतिसरलीकृत संस्करण, जिसमें केवल दो अप क्वार्क और एक डाउन और न्यूट्रॉन शामिल हैं, जिसमें केवल दो डाउन क्वार्क और एक अप शामिल हैं

मामलों को सरल बनाने के लिए, कई किताबें, लेख और वेबसाइटें बताती हैं कि प्रोटॉन तीन क्वार्क (दो ऊपर और एक नीचे) से बने होते हैं और एक आकृति की तरह कुछ बनाते हैं। 1. न्यूट्रॉन वही होता है, जिसमें केवल एक अप और दो डाउन क्वार्क होते हैं। यह साधारण छवि दर्शाती है कि कुछ वैज्ञानिक क्या मानते थे, ज्यादातर 1960 के दशक में। लेकिन जल्द ही यह स्पष्ट हो गया कि इस दृष्टिकोण को इतना सरल बना दिया गया था कि यह अब सही नहीं था।

जानकारी के अधिक परिष्कृत स्रोतों से, आप सीखेंगे कि प्रोटॉन तीन क्वार्क (दो ऊपर और एक नीचे) से बने होते हैं जो ग्लून्स द्वारा एक साथ रखे जाते हैं - और चित्र 1 के समान चित्र। 2, जहां ग्लून्स स्प्रिंग या तार के रूप में खींचे जाते हैं जो क्वार्क को पकड़ते हैं। न्यूट्रॉन समान होते हैं, केवल एक अप क्वार्क और दो डाउन क्वार्क होते हैं।

चावल। 2: सुधार चित्र। 1 मजबूत परमाणु बल की महत्वपूर्ण भूमिका पर जोर देने के कारण, जो क्वार्क को प्रोटॉन में रखता है

न्यूक्लियंस का वर्णन करने का इतना बुरा तरीका नहीं है, क्योंकि यह मजबूत परमाणु बल की महत्वपूर्ण भूमिका पर जोर देता है, जो ग्लून्स की कीमत पर एक प्रोटॉन में क्वार्क रखता है (ठीक फोटॉन की तरह, वह कण जो प्रकाश बनाता है, विद्युत चुम्बकीय से जुड़ा होता है ताकत)। लेकिन यह भी भ्रमित करने वाला है क्योंकि यह वास्तव में यह स्पष्ट नहीं करता है कि ग्लून्स क्या हैं या वे क्या करते हैं।

आगे बढ़ने और चीजों का वर्णन करने के कारण हैं जैसे मैंने किया था: एक प्रोटॉन तीन क्वार्क (दो ऊपर और एक नीचे), ग्लून्स का एक गुच्छा, और क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े का पहाड़ (ज्यादातर ऊपर और नीचे क्वार्क) से बना है। , लेकिन कुछ अजीब भी हैं)। वे सभी बहुत तेज गति से (प्रकाश की गति के निकट) आगे और पीछे उड़ते हैं; यह पूरा सेट एक साथ मजबूत परमाणु बल द्वारा आयोजित किया जाता है। मैंने इसे चित्र में दिखाया है। 3. न्यूट्रॉन फिर से वही हैं, लेकिन एक अप और दो डाउन क्वार्क के साथ; जिस क्वार्क का स्वामित्व बदल गया है उसे एक तीर द्वारा इंगित किया गया है।

चावल। 3: अधिक यथार्थवादी, हालांकि अभी भी आदर्श नहीं है, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का चित्रण

ये क्वार्क, एंटीक्वार्क, और ग्लून्स न केवल आगे और पीछे भागते हैं, बल्कि एक दूसरे से टकराते हैं और कणों के विनाश जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से एक दूसरे में बदल जाते हैं (जिसमें एक क्वार्क और एक ही प्रकार के एंटीक्वार्क दो ग्लून्स में बदल जाते हैं, या वाइस वर्सा) या एक ग्लूऑन का अवशोषण और उत्सर्जन (जिसमें एक क्वार्क और एक ग्लूऑन टकरा सकते हैं और एक क्वार्क और दो ग्लूऑन उत्पन्न कर सकते हैं, या इसके विपरीत)।

इन तीन विवरणों में क्या समानता है:

• एक प्रोटॉन के लिए दो अप क्वार्क और एक डाउन क्वार्क (प्लस कुछ और)।
• न्यूट्रॉन के लिए एक अप क्वार्क और दो डाउन क्वार्क (प्लस कुछ और)।
• न्यूट्रॉन के लिए "कुछ और" वही है जो प्रोटॉन के लिए "कुछ और" है। यानी न्यूक्लियंस में "कुछ और" समान होता है।
• प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच द्रव्यमान में छोटा अंतर डाउन क्वार्क और अप क्वार्क के द्रव्यमान में अंतर के कारण प्रकट होता है।

और तबसे:

• अप क्वार्क के लिए, विद्युत आवेश 2/3 e है (जहाँ e प्रोटॉन का आवेश है, -e इलेक्ट्रॉन का आवेश है),
• डाउन क्वार्क का आवेश -1/3e होता है,
• ग्लून्स का आवेश 0 होता है,
• किसी भी क्वार्क और उसके संगत एंटीक्वार्क का कुल चार्ज 0 होता है (उदाहरण के लिए, एंटी-डाउन क्वार्क का चार्ज +1/3e होता है, इसलिए डाउन क्वार्क और डाउन एंटीक्वार्क का चार्ज -1/3 e +1/ होगा 3 ई = 0),

प्रत्येक आंकड़ा प्रोटॉन के विद्युत आवेश को दो अप और एक डाउन क्वार्क को निर्दिष्ट करता है, और "कुछ और" चार्ज में 0 जोड़ता है। इसी तरह, न्यूट्रॉन में एक अप और दो डाउन क्वार्क के कारण शून्य चार्ज होता है:

• प्रोटॉन का कुल विद्युत आवेश 2/3 e + 2/3 e – 1/3 e = e,
• न्यूट्रॉन का कुल विद्युत आवेश 2/3 e - 1/3 e - 1/3 e = 0 है।

ये विवरण इस प्रकार भिन्न हैं:

• कितना "कुछ और" नाभिक के अंदर,
• यह वहां क्या कर रहा है
• न्यूक्लियॉन का द्रव्यमान और द्रव्यमान ऊर्जा (E = mc 2, कण के विश्राम में होने पर भी वहां मौजूद ऊर्जा) कहां से आती है।

चूँकि एक परमाणु का अधिकांश द्रव्यमान, और इसलिए सभी सामान्य पदार्थ, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में समाहित होते हैं, हमारी प्रकृति की सही समझ के लिए अंतिम बिंदु अत्यंत महत्वपूर्ण है।

चावल। 1 कहता है कि क्वार्क, वास्तव में, एक न्यूक्लियॉन के एक तिहाई का प्रतिनिधित्व करते हैं - एक प्रोटॉन या न्यूट्रॉन की तरह हीलियम न्यूक्लियस के एक चौथाई या कार्बन न्यूक्लियस के 1/12 का प्रतिनिधित्व करते हैं। यदि यह तस्वीर सही होती, तो न्यूक्लियॉन में क्वार्क अपेक्षाकृत धीमी गति से (प्रकाश की गति की तुलना में बहुत धीमी गति से) गति करते, उनके बीच अपेक्षाकृत कमजोर बल काम करते (यद्यपि कुछ शक्तिशाली बल उन्हें जगह में रखते हुए)। क्वार्क का द्रव्यमान, ऊपर और नीचे, तब 0.3 GeV/c 2 के क्रम में होगा, एक प्रोटॉन के द्रव्यमान का लगभग एक तिहाई। लेकिन यह एक साधारण छवि है, और इसके द्वारा लगाए गए विचार बिल्कुल गलत हैं।

चावल। 3. प्रोटॉन के बारे में एक पूरी तरह से अलग विचार देता है, जैसे कि प्रकाश की गति के करीब गति से इसके माध्यम से घूमने वाले कणों का एक कड़ाही। ये कण आपस में टकराते हैं और इन टक्करों में उनमें से कुछ नष्ट हो जाते हैं और अन्य उनकी जगह बन जाते हैं। ग्लून्स का कोई द्रव्यमान नहीं है, ऊपरी क्वार्क का द्रव्यमान लगभग 0.004 GeV/c 2 है, और निचले क्वार्क का द्रव्यमान लगभग 0.008 GeV/c 2 है - एक प्रोटॉन से सैकड़ों गुना कम। प्रोटॉन की द्रव्यमान ऊर्जा कहां से आती है, यह प्रश्न जटिल है: इसका कुछ हिस्सा क्वार्कों और प्रतिक्वार्कों की द्रव्यमान ऊर्जा से आता है, कुछ हिस्सा क्वार्कों, प्रतिक्वार्कों और ग्लून्स की गति की ऊर्जा से आता है, और भाग (शायद सकारात्मक, शायद नकारात्मक) मजबूत परमाणु संपर्क में संग्रहीत ऊर्जा से, क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लून्स को एक साथ पकड़े हुए।

एक अर्थ में, चित्र. 2 अंजीर के बीच के अंतर को खत्म करने की कोशिश करता है। 1 और अंजीर। 3. यह चावल को सरल करता है। 3, कई क्वार्क-एंटीक्वार्क युग्मों को हटाना, जिन्हें, सिद्धांत रूप में, अल्पकालिक कहा जा सकता है, क्योंकि वे लगातार उत्पन्न होते हैं और गायब हो जाते हैं, और आवश्यक नहीं होते हैं। लेकिन इससे यह आभास होता है कि न्यूक्लियंस में मौजूद ग्लून्स प्रोटॉन को धारण करने वाली मजबूत परमाणु शक्ति का प्रत्यक्ष हिस्सा हैं। और यह स्पष्ट नहीं करता है कि प्रोटॉन का द्रव्यमान कहाँ से आता है।

अंजीर में। 1 में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के संकरे फ्रेम के अलावा एक और कमी है। यह अन्य हैड्रोन के कुछ गुणों की व्याख्या नहीं करता है, जैसे कि पियोन और रो मेसन। अंजीर में वही समस्याएं मौजूद हैं। 2.

इन प्रतिबंधों ने इस तथ्य को जन्म दिया है कि मैं अपने छात्रों और अपनी वेबसाइट पर अंजीर से एक तस्वीर देता हूं। 3. लेकिन मैं आपको आगाह करना चाहता हूं कि इसकी भी कई सीमाएं हैं, जिन पर मैं बाद में विचार करूंगा।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि अंजीर में निहित संरचना की अत्यधिक जटिलता। मजबूत परमाणु बल जैसी शक्तिशाली शक्ति द्वारा एक साथ रखी गई वस्तु से 3 की अपेक्षा की जाती है। और एक और बात: तीन क्वार्क (एक प्रोटॉन के लिए दो ऊपर और एक नीचे) जो क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े के समूह का हिस्सा नहीं हैं, उन्हें अक्सर "वैलेंस क्वार्क" कहा जाता है, और क्वार्क-एंटीक्वार्क के जोड़े को "समुद्र का" कहा जाता है क्वार्क जोड़े।" ऐसी भाषा कई मामलों में तकनीकी रूप से सुविधाजनक होती है। लेकिन यह झूठा आभास देता है कि यदि आप प्रोटॉन के अंदर देख सकते हैं, और एक विशेष क्वार्क को देख सकते हैं, तो आप तुरंत बता सकते हैं कि यह समुद्र का हिस्सा था या वैलेंस। यह नहीं किया जा सकता, बस ऐसा कोई तरीका नहीं है।

प्रोटॉन द्रव्यमान और न्यूट्रॉन द्रव्यमान

चूंकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान इतने समान हैं, और चूंकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन केवल डाउन क्वार्क द्वारा अप क्वार्क के प्रतिस्थापन में भिन्न होते हैं, ऐसा लगता है कि उनके द्रव्यमान समान रूप से प्रदान किए जाते हैं, एक ही स्रोत से आते हैं , और उनका अंतर अप और डाउन क्वार्क के बीच मामूली अंतर में है। लेकिन उपरोक्त तीन आंकड़े बताते हैं कि प्रोटॉन द्रव्यमान की उत्पत्ति पर तीन अलग-अलग विचार हैं।

चावल। 1 कहता है कि अप और डाउन क्वार्क केवल प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान का 1/3 बनाते हैं: लगभग 0.313 GeV/c 2, या क्वार्क को प्रोटॉन में रखने के लिए आवश्यक ऊर्जा के कारण। और चूंकि एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के बीच का अंतर प्रतिशत का एक अंश है, अप और डाउन क्वार्क के द्रव्यमान के बीच का अंतर भी प्रतिशत का एक अंश होना चाहिए।

चावल। 2 कम स्पष्ट है। ग्लून्स के कारण प्रोटॉन के द्रव्यमान का कितना अंश मौजूद होता है? लेकिन, सिद्धांत रूप में, यह आंकड़े से पता चलता है कि प्रोटॉन का अधिकांश द्रव्यमान अभी भी क्वार्क के द्रव्यमान से आता है, जैसा कि अंजीर में है। 1.

चावल। 3 एक अधिक सूक्ष्म दृष्टिकोण को दर्शाता है कि वास्तव में प्रोटॉन का द्रव्यमान कैसे आता है (जैसा कि हम प्रोटॉन की कंप्यूटर गणनाओं के माध्यम से सीधे सत्यापित कर सकते हैं, न कि सीधे अन्य गणितीय विधियों का उपयोग करके)। यह अंजीर में प्रस्तुत विचारों से बहुत अलग है। 1 और 2, और यह इतना आसान नहीं निकला।

यह समझने के लिए कि यह कैसे काम करता है, किसी को प्रोटॉन के द्रव्यमान m के संदर्भ में नहीं, बल्कि इसकी द्रव्यमान ऊर्जा E = mc 2, द्रव्यमान से जुड़ी ऊर्जा के संदर्भ में सोचना चाहिए। वैचारिक रूप से सही प्रश्न यह नहीं है कि "प्रोटॉन द्रव्यमान m कहाँ से आता है", जिसके बाद आप m को c 2 से गुणा करके E की गणना कर सकते हैं, लेकिन इसके विपरीत: "प्रोटॉन द्रव्यमान E की ऊर्जा कहाँ से आती है", जिसके बाद आप E को c 2 से विभाजित करके द्रव्यमान m की गणना कर सकते हैं।

प्रोटॉन द्रव्यमान ऊर्जा में योगदान को तीन समूहों में वर्गीकृत करना उपयोगी है:

ए) इसमें निहित क्वार्क और एंटीक्वार्क की द्रव्यमान ऊर्जा (बाकी ऊर्जा) (ग्लून्स, द्रव्यमान रहित कण, कोई योगदान नहीं करते हैं)।
बी) क्वार्क, प्रतिक्वार्क और ग्लून्स की गति (गतिज ऊर्जा) की ऊर्जा।
सी) प्रोटॉन धारण करने वाली मजबूत परमाणु बातचीत (अधिक सटीक रूप से, ग्लूऑन क्षेत्रों में) में संग्रहीत संपर्क ऊर्जा (बाध्यकारी ऊर्जा या संभावित ऊर्जा)।

चावल। 3 कहता है कि प्रोटॉन के अंदर के कण उच्च गति से चलते हैं, और यह द्रव्यमान रहित ग्लून्स से भरा होता है, इसलिए B) का योगदान A से अधिक होता है)। आम तौर पर, अधिकांश भौतिक प्रणालियों में, बी) और सी) तुलनीय होते हैं, जबकि सी) अक्सर नकारात्मक होता है। तो प्रोटॉन (और न्यूट्रॉन) की द्रव्यमान ऊर्जा ज्यादातर बी) और सी के संयोजन से प्राप्त होती है), जिसमें ए) एक छोटे से अंश का योगदान देता है। इसलिए, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान मुख्य रूप से उनमें निहित कणों के द्रव्यमान के कारण नहीं दिखाई देते हैं, बल्कि इन कणों की गति की ऊर्जा और ग्लूऑन क्षेत्रों से जुड़े उनके संपर्क की ऊर्जा के कारण उत्पन्न होते हैं जो धारण करने वाली ताकतों को उत्पन्न करते हैं। प्रोटॉन। अधिकांश अन्य प्रणालियों में जिनसे हम परिचित हैं, ऊर्जाओं का संतुलन अलग तरीके से वितरित किया जाता है। उदाहरण के लिए, परमाणुओं में और सौर मंडल में, A) हावी है, जबकि B) और C) बहुत कम प्राप्त होते हैं और आकार में तुलनीय होते हैं।

संक्षेप में, हम बताते हैं कि:

• चावल। 1 बताता है कि प्रोटॉन की द्रव्यमान ऊर्जा योगदान ए से आती है)।
• चावल। 2 बताता है कि ए) और सी) दोनों योगदान महत्वपूर्ण हैं, और बी) एक छोटा योगदान देता है।
• चावल। 3 बताता है कि बी) और सी) महत्वपूर्ण हैं, जबकि ए) का योगदान नगण्य है।

हम जानते हैं कि चावल सही है। 3. इसका परीक्षण करने के लिए, हम कंप्यूटर सिमुलेशन चला सकते हैं, और इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि विभिन्न सम्मोहक सैद्धांतिक तर्कों के लिए धन्यवाद, हम जानते हैं कि यदि अप और डाउन क्वार्क का द्रव्यमान शून्य था (और बाकी सब कुछ वैसा ही रहा), तो द्रव्यमान प्रोटॉन व्यावहारिक रूप से बदल जाएगा। तो जाहिर है, क्वार्क के द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान में महत्वपूर्ण योगदान नहीं दे सकते।

अगर अंजीर। 3 झूठ नहीं बोल रहा है, क्वार्क और प्रतिक्वार्क का द्रव्यमान बहुत छोटा है। वे वास्तव में क्या पसंद करते हैं? शीर्ष क्वार्क (साथ ही प्रतिक्वार्क) का द्रव्यमान 0.005 GeV/c2 से अधिक नहीं होता है, जो कि 0.313 GeV/c2 से बहुत कम है, जो चित्र 3.3 से अनुसरण करता है। 1. (एक अप क्वार्क का द्रव्यमान मापना मुश्किल है और सूक्ष्म प्रभावों के कारण भिन्न होता है, इसलिए यह 0.005 GeV/c2 से बहुत कम हो सकता है)। निचले क्वार्क का द्रव्यमान ऊपर वाले क्वार्क के द्रव्यमान से लगभग 0.004 GeV/c2 अधिक है। इसका अर्थ है कि किसी भी क्वार्क या प्रतिक्वार्क का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान के एक प्रतिशत से अधिक नहीं होता है।

ध्यान दें कि इसका मतलब है (चित्र 1 के विपरीत) कि डाउन क्वार्क और अप क्वार्क के द्रव्यमान का अनुपात एकता तक नहीं पहुंचता है! डाउन क्वार्क का द्रव्यमान अप क्वार्क से कम से कम दोगुना होता है। न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के द्रव्यमान समान होने का कारण यह नहीं है कि अप और डाउन क्वार्क का द्रव्यमान समान है, बल्कि यह है कि अप और डाउन क्वार्क का द्रव्यमान बहुत छोटा है - और उनके बीच का अंतर छोटा है, सापेक्ष प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के लिए। याद रखें कि एक प्रोटॉन को न्यूट्रॉन में बदलने के लिए, आपको बस उसके एक अप क्वार्क को डाउन क्वार्क से बदलना होगा (चित्र 3)। यह परिवर्तन न्यूट्रॉन को प्रोटॉन की तुलना में थोड़ा भारी बनाने के लिए पर्याप्त है, और इसके चार्ज को +e से 0 में बदल देता है।

वैसे, तथ्य यह है कि एक प्रोटॉन के अंदर विभिन्न कण आपस में टकरा रहे हैं, और लगातार दिखाई दे रहे हैं और गायब हो रहे हैं, उन चीजों को प्रभावित नहीं करता है जिनकी हम चर्चा कर रहे हैं - किसी भी टक्कर में ऊर्जा संरक्षित होती है। द्रव्यमान ऊर्जा और क्वार्क और ग्लून्स की गति की ऊर्जा बदल सकती है, साथ ही उनकी बातचीत की ऊर्जा भी बदल सकती है, लेकिन प्रोटॉन की कुल ऊर्जा नहीं बदलती है, हालांकि इसके अंदर सब कुछ लगातार बदल रहा है। अत: आंतरिक भंवर के बावजूद, प्रोटॉन का द्रव्यमान स्थिर रहता है।

इस बिंदु पर, आप प्राप्त जानकारी को रोक और अवशोषित कर सकते हैं। अद्भुत! साधारण पदार्थ में निहित लगभग सभी द्रव्यमान परमाणुओं में न्यूक्लियंस के द्रव्यमान से आते हैं। और इस द्रव्यमान का अधिकांश भाग प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में निहित अराजकता से आता है - न्यूक्लियॉन में क्वार्क, ग्लूऑन और एंटीक्वार्क की गति की ऊर्जा से, और न्यूक्लियॉन को उसके पूरे राज्य में रखने वाले मजबूत परमाणु इंटरैक्शन के कार्य की ऊर्जा से। जी हाँ: हमारा ग्रह, हमारा शरीर, हमारी साँसें एक ऐसे शांत और, हाल तक तक, अकल्पनीय कोलाहल का परिणाम हैं।