تحقیق ويژگيهاي هسته اتمي
دردوران پيش ازكشف نوترون ، فيزيك دانان هستـــه اتمـــي را شامــل الكتـــرون ها
وپروتون هاتصور مي كردند 0 اين شكل ازنمايش ، تناقض هاي زيادي راپيش مي كشيد و تلاش هابراي آفرينش نظريه ساختمان هسته اي ، همگي با ناكامي روبرو مي شدند 0 به محض كشف نوترون دربرخوردهاي هسته اي ، بلافاصله اين ايده سربلند كرد كه هسته اتمي شامل پروتون ونوترون است 0 نخستين بار ، د 0 د0 ايوانكو ، دانشمند شوروي اين فرضيه راپيش كشيد 0
ازهمان ابتداء روشن بود كه جرم نوترون برابرجرم پروتون نباشد ، بسيار به آن نزديك است 0 اين امر ، بلافاصله ، تعبيرواضحي ازاختلافات موجود بين ايزوتوپ هاي همان ويكي عنصرراپيش كشيد 0
همان گونه كه خواهيم ديد ، به هرايزوتوپ مي توان دوعددرانسبت داد ، يكي عددترتيبي درجدول تناوبي عنصرها ، Z است كه برابربا تعداد پروتون درهسته است 0 عددترتيبـــــي ( ياعدد اتمي كه ترتيب اتم هارادرجدول تناوبي نشان مي دهد ) 0 شمارالكترون هاي مربوط به اتم راتعيين مي كند 0 هرگاه چنين باشد ، دراين صورت روشن است كه عدداتمي بايد مسئول رفتارشيميايي عنصرها باشد ( به اين دليل كه واكنش هاي شيميايي شامل هسته ها نمي شوند ) 0
حال ، عددجرمي برابر مجموع تعدادنوترون هاوپروتون هااست 0 بنابراين ايزوتوپ هاي همان ويكي عنصرازنظرتعدادنوترون هادرهسته با هم فرق دارند 0
آزمايش هاي بسياردقيق ، خصيصه هاي هردوذره كه هسته اتمي راتشكيل مي دهند ،
24-
راروشن كرده است 0 جرم پروتون برابر 10 *6726/1 گرم است كه 1836 مرتبه پــرجـــرم
ترازالكترون است 0 پروتون داراي اسپين —- است 0 ممان مغناطيسي نــوترون مخــالف
2
23-
اسپين است و برابر 10*966/0 واحد درسيستم سانتي متر – گرم – ثانيه است 0
اسپين وممان مغناطيسي هسته هاي اتمي به روش هاي گوناگون مورد بررسي قرار ميگيرنـد
از طيف نگاري اپتيكي ، طيف نگاري راديويي ،بررسي هاي انحراف ستون ذره هادر ميدان مغناطيسي ناهمگن استفاده مي شود 0 اصول كلي اين روش ها در كتاب ســوم ايـن ســري
” الكترون ” ، و دربخش هاي پيشين كتاب فعلي بحث شده است 0 ما دراين جا صرفا” به ارائه واقعيت هاي بنيادي بسنده مي كنيم كه درچند دهه گذشته گروه بزرگي ازفيزيك دانان به آن دست يافتند 0
بيش ازهرچيز ، من ميل دارم تاكيد كنم كه قانون هاي فيزيك كوانتمي مربوط به ممان ممونتم ( ياگشتاورزاويه اي ) درمورد تمام ذره هاصدق پيدا مي كند 0 بنابراين درموردهسته اتمي ، مي توان فرمولي به قرارزيربراي گشتاورزاويه نوشت :
در اين جا ، كميت – ، ثابت پلانك است كه درهمه فرمول هاي فيزيك كوانتمي با آن روبرو مي شويم 0
معمولا” ، اسپين همان پارامتر h است ونه اين بيان ، نظريه به صراحت مي گويدوآزمايش به
1 3
طورنماياني نشان مي دهد كه اسپين هر ذره بايد معادل 0 ، —– ، 1 ، —– و الي آخر
2 2
باشد 0
بامروري برجدول مقداراسپين هسته هاي گوناگون ( كه به ياري آزمايش هاي گوناگوني به دست آمده است ) 0 شماري نظام هاي جالب را مي يابيم 0 بيش از هرچيز ، درهسته اي به تعداد زوج پروتون ها ونوترون ها ، اسپين هسته معادل صفر است .
تعداد نوكلئون ها ( يعني ذره هاي هسته اي ) كه مضربي از چهاراست ، ظاهرا نقش بسياربزرگي ايفاء مي كند 0 دربسياري موردها ( بااين وجود كه نه درهمه موردها) ، اسپين هسته اتمي رامي توان از قرارزير به دست آورد :
1 نزديكترين عدد مضرب 4 به عدد جرمي A رابيرون بكشيد ، اختلاف را در — ضرب كنيد
2 1
براي مثال درليتيم با عددجرمي 6 ، اسپين برابر —- * 2 = 1 است ، درليتيم – 7 آن برابر
2
3 3
—– و در بورون – 10 آن برابر 1 است ودربورون – 11 آن برابر —– است 0
2 2
قانون بيش ازهرچيزي ، بديهي است : هسته هايي با عدد جرمي – A زوج داراي اسپين با عددكامل ( صحيح ) هستند يا اسپين آن ها صفر است 0 هسته هايي باعددجرمي A فـــرد
1
داراي اسپين معادل با مضرب —- هستند 0
2
اصل استثناء ( خروج ) پولي را هم درمورد پروتون ها وهم نوترون ها هسته مي توان به كارگرفت 0 دو ذره مانندهم تنها مي توانند به شرطي همان سطح انرژي را اشغال كنند ( در همان سطح باقي بمانند ) كه اسپين ها آنها مخالف هم باشد 0 از آن جا كه نوترون و پروتون ذره هاي متفاوتي هستند ، يك سطح مي تواند دوپروتون و دونوترون را درخود جاد هد 0 درايـن گروه فشرده بااسپين صفر ما اتم هليم را استنباط مي كنيم ( كه همان ذره آلفا باشد )
حضور اسپين به معني حضورممان مغناطيسي است 0 همان گونه كه مي دانيم رابطه اي ازتناسب مستقيم بين مومنتم مكانيكي ( گشتاور ) L و ممان مغناطيسي M وجود دارد 0 دراين جا ، ممان مغناطيسي مي تواند موافق يامخالف اسپين باشد 0 ممان ( عزم ) مغناطيسي
23-
پروتون برابر 10 * 41/1 واحد درسيستم سانتي متر- گرم – ثانيه است 0 جرم نوترون تاحــد
24- 1
ناچيزي از جرم پروتون بيش تر است 0 يعني برابر 10 * 6749/1 گرم 0 نوترون ، اسپين —-
2
دارد 0
بوسون ها وفرميون ها BOSONS FERMIONS
ما به كرات تاكيد كرده ايم كه يك سطح انرژي تنها مي تواند دوذره با اسپينهاي مخالف رادرخود جادهد، زمان آن فرارسيده است كه گفته شود ، اين اصل ( اصل استثناء پولي ) تنهادرمورد يك طبقه ازذره ها صدق پيدا مي كند 0 آن هـا رافرميــون مي نامنــد 0 فرميون هاعبارتنداز الكترون ، پروتون و نوترون و همچنين همه سايرذره هاكه ازتعداد فرديوميون ها تشكيل شده اند 0 طبقه دومي از ذره ها بــه نام بوســون وجـوددارد 0 بوسون هاعبارتند از فوتون شماري ازذره هاي بنيادي كوتاه عمر ( مانند، مثلا” پي – مزون ) و ( مهم تراز همه ) همه ذره هايي كه شامل تعداد زوج فرميون ها هستند 0
براي تعداد بوسون هايي كه مي توانند يك سطح انرژي را اشغال كنند 0 محدوديتي وجودندارد 0 براي داشتن استنباط بهتري از تفاوت بين فرميون ها وبوسون ها 0 دردماي بسيارپائين ، بوسون ها به طورعمده درپائين ترين سطح انرژي ممكن ، جمع مي شوند0
درپائين ترين دماها ، تعداد بوسون ها واقع شده در ” زيرزمين ” ممكن است تقريبا” باكل تعداد بوسونها برابر باشد 0
سعي نكنيد تامنظور گفتار اخير را ” درك كنيد ” تنها به خاطرش بسپاريد ، زيرا آن چه گفته شد ،به راستي ، حقيقت محض است 0 ولي من متاسفم كه هرباربايد چيزهايي ( بدون ارائه اثبات ) را به اطلاع خواننده برسانم كه تنها به ياري معادله هاي رياضي بسيار پيچيده ميتوان آنها را اثبات كرد 0
معلوم مي شود كه درموردهاي معيني ، بوسون مي توانند ودرموردهايي نمي توانند به تعدادزيادي درسطح انرژي مجزايي جمع شوند 0 هرگاه بتوانند مي گوييم كه يك تجمع بوس اينشتيني روي داده است 0
هنگامي كه تعدادزيادي ازذره هابرروي سطح تجمع مي كنند ، حركت آن به طورايده آلي باهم موافق وسازگار مي شود 0 ذره هاي دوقلوبه رغم آشفتگي ( بي نظمي )گرمايي ، به طور يكساني در اطراف حركت مي كنند 0
دركتاب دوم از اين سري ما از مايع شگفت انگيزي گفتگو كرديم كه دردماهاي پائين از فوق رواني ( قابليت مايع بودن فوق العاده ) برخوردار است 0 اين مايع مجموعه اي از اتم هاي
تحقیق ويژگيهاي هسته اتمي