Sredina prejšnjega stoletja je zaznamovala rojstvo nove dobe v zgodovini človeštva. Kameno dobo je nekoč nadomestila bronasta doba, nato pa so sledila obdobja vladavine železa, pare in elektrike. Zdaj smo na samem začetku dobe atoma. Tudi najbolj površno znanje s področja zgradbe atomskega jedra odpira človeštvu obzorja brez primere.
Kaj vemo o atomskem jedru? Dejstvo je, da predstavlja 99,99% mase celotnega atoma in je sestavljen iz delcev, ki jih običajno imenujemo nukleoni. Kaj so nukleoni, koliko jih, kaj so, zdaj ve vsak srednješolec, ki ima solidno štirico iz fizike.
Kako si predstavljamo strukturo atoma
Žal, ne bo kmalu, da se bo pojavila tehnika, ki vam omogoča, da vidite delce, ki sestavljajo atom, atomsko jedro. Obstaja na tisoče vprašanj o tem, kako je snov urejena, obstaja pa tudi veliko teorij o strukturi elementarnih delcev. Do danes je teorija, daodgovarja na večino vprašanj, je planetarni model strukture atoma.
V skladu z njim se negativno nabiti elektroni vrtijo okoli pozitivno nabitega jedra, ki ga drži električna privlačnost. Kaj so nukleoni? Dejstvo je, da jedro ni monolitno, sestavljeno je iz pozitivno nabitih protonov in nevtronov - delcev z ničelnim nabojem. To so delci, iz katerih je zgrajeno atomsko jedro, in običajno jih imenujemo nukleoni.
Od kod ta teorija, če so delci tako majhni? Znanstveniki so prišli do zaključka o planetarni zgradbi atoma z usmerjanjem snopov različnih mikrodelcev na najtanjše kovinske plošče.
Kakšne so njegove dimenzije
Znanje o zgradbi atoma ne bo popolno, če si njegovih elementov ne predstavljate v merilu. Jedro je izjemno majhno, tudi v primerjavi s samim atomom. Če si predstavljate atom, na primer zlato, v obliki ogromnega balona s premerom 200 metrov, potem bo njegovo jedro le … lešnik. Toda kaj so nukleoni in zakaj imajo tako pomembno vlogo? Da, če le zato, ker je v njih koncentrirana celotna masa atoma.
V gnezdih kristalne mreže se atomi zlata nahajajo precej gosto, tako da bo razdalja med sosednjimi "orehi" na lestvici, ki smo jo sprejeli, približno 250-300 metrov.
Proton
Znanstveniki že dolgo sumijo, da jedro atoma ni nekakšna monolitna snov. Velikosti mase in naboja, ki sta rasli v "korakih" od enega kemičnega elementa do drugega, so bili boleče osupljivi. Logično je bilo domnevatida obstajajo določeni delci s fiksnim pozitivnim nabojem, iz katerih se »zberejo« jedra vseh atomov. Koliko pozitivno nabitih nukleonov je v jedru, bo to njegov naboj.
Predpostavke o kompleksni strukturi atomskega jedra so bile narejene že v obdobju, ko je Mendelejev zgradil svoj periodni sistem elementov. Vendar tehnične možnosti za eksperimentalno potrditev domnev takrat še niso obstajale. Šele na začetku 20. stoletja je Ernest Rutherford izvedel poskus, ki je potrdil obstoj protona.
Zaradi izpostavljenosti snovi sevanju radioaktivnih kovin se je občasno pojavil delec - kopija jedra vodikovega atoma. Imel je enako težo (1,67 ∙ 10-27 kg) in atomski naboj +1,
Neutron
Sklep o potrebi po iskanju drugega delca, v odsotnosti imenovanega nevtron, je prišel hitro. Ker je vprašanje, koliko nukleonov je v jedru in kaj so, leži v neenakomerni rasti mase in naboja s spremembo redne številke elementa. Rutherford je domneval o obstoju protonskega dvojčka z ničelnim nabojem, vendar mu ni uspelo potrditi svoje domneve.
Na splošno so jedrski znanstveniki že imeli dobro predstavo o tem, kaj so nukleoni in količinsko sestavo atomskih jeder. In izmuzljivi delec, ki ga nihče eksperimentalno ni odkril, je čakal na krilih. Za njenega odkritelja velja James Chadwick, ki mu je uspelo izolirati "nevidno" od snovi,izpostaviti ga bombardiranju s helijevimi jedri, pospešenimi na ultra visoke hitrosti (α-delci). Masa delca se je po pričakovanjih izkazala za enako masi predhodno odkritega protona. Po sodobnih raziskavah je nevtron nekoliko težji.
Še malo o "opekah" atomskega jedra
Izračunajte, koliko nukleonov v jedru kemičnega elementa ali njegovega izotopa, je enostavno. To zahteva dve stvari: periodično tabelo in kalkulator, čeprav lahko izračunate v mislih. Primer sta dva običajna izotopa urana: 235 in 238. Ti številki predstavljata atomsko maso. Zaporedna številka urana je 92, vedno označuje naboj jedra.
Kot veste, so nukleoni v jedru atoma lahko pozitivno nabiti protoni ali nevtroni enake mase, vendar brez naboja. Zaporedna številka 92 označuje število protonov v jedru. Število nevtronov se izračuna s preprostim odštevanjem:
- - uran 235, število nevtronov=235 – 92=143;
- - uran 238, število nevtronov=238 – 92=146.
In koliko nukleonov je mogoče združiti naenkrat? Menijo, da se na določeni stopnji življenja zvezd z zadostno maso, ko termonuklearna reakcija ne more več zadržati sile gravitacije, tlak v črevesju zvezde tako poveča, da "prilepi" elektrone na protoni. Posledično naboj postane nič, par proton-elektron pa postane nevtron. Nastala snov, sestavljena iz "stisnjenih" nevtronov, je izjemno gosta.
Zvezda, ki tehta v našem soncu, se spremeni v kroglopremera nekaj deset kilometrov. Čajna žlička takšne "nevtronske kaše" bi lahko na Zemlji tehtala nekaj sto ton.
