چگونگی کشف پروتون و نوترون

نام ونام خانوادگی:سید محمد علی فاضلی

موضوع تحقیق:چگونگی کشف پروتون و نوترون

دبیر:جناب اقای سلامی

مدرسه:شاهد{کمیل}

کلاس:02

سال تحصیلی92-91

چگونگی كشف نوترون توسط جمیز چادویك

هسته ئیدروژن كوچكترین هسته هاست وبار الكتریكی آن 1+ است كه با بار الكتریكی تنها الكترون اتم ئیدروژن در حال تعادل است . درسال 1914 میلادی رادرفرد با اطمینان كامل اظهار داشت كه بار الكتریكی كمتر از آن امكان ندارد . او هسته ئیدروژن را پروتون( proton ) نا میدكه واژه ای است بر گرفته از یك واژه یویانی به معنی نخست .
چنین به نظر می رسد كه هسته اتم های عنصر های دیگر هم در در برابر هر بار الكتریكی مثبت خود دارای یك پروتون است . بنا براین هسته اتم هلیوم 2 پروتون ، هسته اتم كربن 6 پروتون و هسته اتم اكسیژن 8 پروتون دارد و همچنین است هسته اتمهای عنصرهای دیگر .

با این همه این اظهار نظر با همه واقعیتهایی كه هنگام آزمایشهای گوناگون بدست آمده است سازگار نبود مثلا بار الكتریكی هسته اتم هلیوم 2+ بود و می بایست دارای 2پروتون باشد در این صورت جرو آن دو برابر جرم هسته اتم ئیدروژن میشد كه دارای یك پروتون است اما همان طور كه پیش از این گفتیم هسته هلیوم كه عبارت از ذره آلفا است دارای جرمی است كه چهار برابر جرم هسته اتم ئیدروزن است . از اینجا معلوم می شود كه 2 پروتون موجود در هسته اتم فقط هلیوم فقط نصف جرم هسته را تشكیل می دهند پس نصف دیگر جرم هسته از كجاست ؟
این اختلاف میان جرم پروتونها وجرم اتم در همه اتم هایی كه بار الكتریكی انها بیش از1+است وجود دارد . مثلاهسته اتم اورانیوم دارای 92 پرتون است اما جرم آن 238 برابرجرم هسته ئیدروژن است . دانشمندان می كوشیدند تا برای جرم اضافی دلیلی بیابند اما هیچ یك از راه حلهایی كه نشان می دادند مشكل راحل نمی كرد تا اینكه در سال 1932 میلادی (1311 شمسی )جمیز چادویك دانشمند انگایسی پاسخ درست این پرسش را پیدا كرد .
دانشمندان راههایی اندیشیده بودند تا بتوانند مسیر جریان الكترون ها و پروتونها را معلوم كنند بار الكتریكی این ذرات سبب شد كه دور انها را قطره های بسیار ریزآب فرا گیرد ورد قطره های ریز آب در دستگاهی كه اتاقك ابر نامیده می شد مسیر این درات را نشان می داد .
اما هنگامی كه ذرات آلفا به هسته اتم های عنصری به نام بریلیوم برخورد می كردند ، تابشی به می آمد كه دور ذرات آن را قطره های آب فرا نمی گرفت وبه همین سبب مسیر ذرات برای دانشمندان مشخص نمی شد . اما دانشمندان از وجود چنین تابشی مطمئن بودند زیرا وقتی كه این ذرات وارد پارافین می شدند از هسته اتم های پارافین پروتون های جدا می كردند و مشخص كردن مسیر این پرو تونها برای دانشمندان آسان بود . چدویك دریافت كه باید چیزی این پروتون ها را از هسته اتمهای پارافین جدا كرده باشد . پروتون ذره ای است سنگین و با جرم زیاد و چیزی كه آن را از همه جدا می كند باید مانند خودش سنگین باشد الكترونها نمی توانستند پروتون ها را از هسته جدا كنند زیرا خیلی سبك هستند . از طرف دیگر آنچه پروتون ها را از هسته جدا می كرد می بایست ذراتی بدون بار الكتریكی باشند زیرا اگر دا رای بار الكتریكی بودند قطره های ریز آب دور آنها را فرا می گرفت و مسیر آنها مشخص می شد .
بنا بر این چدویك به این نتیجه رسید كه آنچه پروتونها را از هسته اتمهای پارافین جدا می كند ذراتی هستند مانند خود پروتون ها كه بار الكتریكی ندارند این ذرات جدید كه چدویك به وجود آنها پی برد نه بار الكتریكی مثبت داستند ، نه بار الكتریكی منفی . آنها ذراتی بودند خنثی . به همین سبب چدویك آنها را نوترون ( neutron) نامیدند . واژه ای نوترون از یكی از واژه های لاتینی ساخته شده است كه معنی آن نه مثبت است ونه منفیاست .
این كشف جدید مشكل هسته اتم را حل كرد هسته از دو نوع ذره به نامهای پروتون و نوترون تشكیل شده است . هسته اتم هلیوم دارای 2 پروتون و 2 نوترون است در هسته هلیوم بار الكتریكی 2+ به سبب وجود 2 پروتون است . از طرف دیگر جرم 2 پروتون و 2 نوترون در هسته هلیوم سبب می شود كه جرم آن 4 برابر جرم هسته اتم ئیدروژن با شد كه فقط یك پروتون دارد .
این موضوع درباره هسته همه اتم ها درست است یعنی هسته همه اتم ها از پروتون و نوترون تشكیل شده اند . تنها هسته اتم ئیدروژن است كه از یك پروتون تشكیل شده است . هسته اورا نیوم دارای 92 پروتون و 146 نوترون است . بار الكتریكی آن از 92+ است اما جرم آن 238 یعنی مجموع 92 و 146 است . به گفته دیگر جرم هسته اورانیوم 238 برابر جرم یك پروتون است .
هسته همه اتمهای یك عنصر از نظر شماره پروتون ها با یكدیگر برابرند اما شماره نوترون ها ممكن است در همه اتم های یك عنصر برابر نیاشد . مثلا هسته همه اتمهای اورانیوم 92 پروتون دارد ولی در بعضی از اتمهای اورانیوم نوترونها 143 عدد بیشتر نیستند . بار الكتریكی هسته همچنان 92+ است اما جرم آن 235 است یعنی مجموع 143 و92 . به گفته دیگر جرم هسته 235 برابر جرم یك نوترون است

چگونگی کشف پروتون

فرايندي كه منجر به كشف پروتون شد يك فرايند تدريجي بود و به همين دليل گفتن اينكه دقيقا چه كسي كاشف پروتون هست سخته. با اين وجود اگر شما بخواهيد اسمي در مقابل كاشف پروتون بزاريد اين اسم تقريبا ميتونه رادرفورد باشه.
پس از كشف الكترون دانشمندان فهميده بودند كه بايد در داخل مركز اتم بار مثبتي باشه تا با بار منفي الكترونها به توازن در بياد و اتم هاي خنثي (از نظر الكتريكي) رو بوجود بياره. كشف هسته توسط رادرفورد نشان داد كه اين بار مثبت در كسر خيلي كوچكي از حجم اتم متمركز شده است. در سال 1919 رادرفورد كشف كرد كه ميتونه با برخورد دادن ذرات آلفا (كه امروزه ميدونيم هليم دو بار يونيده هست) با يك عنصر اون عنصر رو به عنصر ديگري تبديل كند.در اوايل سال 1920 رادرفورد و ديگر دانشمندان يك سري آزمايشات تغيير حالت يك اتم به اتم ديگر ترتيب دادند.در هر موردي از آزمايشات ، هسته ي هيدروژن ساتع ميشد. پيدا بود كه هسته هيدروژن نقش اساسي اي در ساختار هسته اتم بازي ميكنه. و با مقايسه نسبت جرم به بار هسته ها ، فهميدند كه بار مثبت هسته ي هر عنصري ميتونه بر اساس تعداد صحيحي از هسته هاي هيدروژن بيان بشه. در اواخر سال 1920 دانشمندا ن مرتبا به هسته هاي هيدروژن به عنوان پروتون اشاره ميكردند. خود اصطلاح پروتون به نظر مياد توسط رادر فورد درست شده باشه و براي اولين بار در چاپ سال 1920 ظاهر شد.