Hạt nhân nguyên tử – Wikipedia tiếng Việt
Hình ảnh minh họa nguyên tử heli. Trong hạt nhân, proton có màu hồng và neutron có màu tía
Hạt nhân nguyên tử là cấu trúc vật chất đậm đặc chiếm khối lượng chủ yếu (gần như là toàn bộ) của nguyên tử. Về cơ bản, theo các hiểu biết hiện nay thì hạt nhân nguyên tử có kích thước nằm trong vùng giới hạn bởi bán kính cỡ 10−15 m, được cấu tạo từ hai thành phần sau:
- Proton: là loại hạt mang điện tích +1, có khối lượng bằng 1.67262158 × 10−27 kg (938.278 MeV/c²) và spin +1/2. Trong tiếng Hy Lạp, proton có nghĩa là “thứ nhất”. Proton tự do có thời gian sống rất lớn, gần như là bền vĩnh viễn. Tuy nhiên quan điểm này vẫn còn một số hoài nghi trong vật lý hiện đại.
- Neutron: là loại hạt không mang điện tích, có khối lượng bằng 1.67492716 × 10−27 kg (939.571 MeV/c²) và spin +1/2, tức là lớn hơn khối lượng của proton chút ít. Neutron tự do có thời gian tồn tại cỡ 10 đến 15 phút và sau đó nhanh chóng phân rã thành một proton, một hạtđiện tử (electron) và một phản nơtrino.
Được phát hiện vào năm 1911 bởi nhà khoa học đạt giải Nobel Hóa Học Ernest Rutherford bằng chiêu thức thí nghiệm lá vàng Geiger – Marsden để thử nghiệm vận dụng plum pudding Model của nhà khoa học J.J Thomson lên nguyên tử. Sử dụng góc chiếu xoay chiều của chùm tia hạt alpha ( helium nuclei ) rồi vận dụng trực tiếp lên một miếng sắt kẽm kim loại dát mỏng .
Sau khi tìm ra được neutron vào năm 1932, các mẫu hình của một hạt nhân nguyên tử (nucleus) được hình thành từ các proton và neutron được phát triển trong các công trình nghiên cứu của nhà khoa học Dmitri Ivanenko và nhà khoa học Werner Heisenberg. Trong phương trình, một nguyên tử là tổng hợp của các nucleus mang điện tích dương, với những đám mây electron mang điện tích âm che phủ xung quanh nó, chúng sẽ tương tác với nhau bằng lực tĩnh điện. Gần như khối lượng của nguyên tử đều ở trong nucleus, thêm một phần cộng hưởng nhỏ đến từ đám mây điện tích.
Bạn đang đọc: Hạt nhân nguyên tử – Wikipedia tiếng Việt
Đường kính của một hạt nhân nguyên tử ( nucleus ) sẽ từ khoảng chừng 1.70 fm ( 1.70 × 10 − 15 m ) cho nguyên tố hydrogen ( đường kính của một proton ) cho đến 11.7 fm với nguyên tố uranium. Những kiểu mẫu hình học này sẽ nhỏ hơn đường kính thật của nguyên tử ( tổng nucleus + mây electron ) bởi thông số là 26,634. Ví dụ : nửa đường kính hạt nhân nguyên tử uranium là khoảng chừng 156 pm ( 156 × 10 − 12 m ) lên đến tầm 60,250 ( nửa đường kính Bohr của Hydrogen là khoảng chừng 52,92 pm ) .Nghiên cứu về hạt nhân nguyên tử là một nhánh trong vật lý hạt nhân để tàng trữ và khám phá thêm về cấu trúc và những lực liên kết tạo thành chúng .
Tính từ nguyên[sửa|sửa mã nguồn]
Thuật ngữ nucleus – hạt nhân nguyên tử, có khởi nguồn từ tiếng Latin, là một cụm từ ghép nux (”nut” = hạt) bên trong một dạng quả mọng (ví dụ như quả hồng). Vào năm 1844, Michael Faraday sử dụng thuật ngữ này để áp dụng cho ”điểm trung tâm của nguyên tử”. Mẫu hình nguyên tử hiện đại được khởi xướng bởi Ernest Rutherford vào năm 1912. Sự cộng hưởng của thuật ngữ ”nucleus” trong thuyết nguyên tử vào thời điểm đấy vẫn chưa hoàn toàn phổ biến. Vào năm 1916, Gilbert N. Lewis đã soạn một quyển sách mang tên The Atom and the Molecule (Nguyên tử và Phân Tử), rằng ”Nguyên tử là tổng hợp của nhân điều hành (kernel) và phần bên ngoài của nguyên tử hoặc vỏ”. Thuật ngữ kern cũng được dùng để chỉ nucleus trong tiếng Hà Lan và tiếng Đức.
Sự hình thành hạt nhân[sửa|sửa mã nguồn]
Một mẫu hình của đồng vị helium-4 với đám mây eletron được hiển thị với màu xám. Trong hạt nhân nguyên tử, có 2 proton và 2 neutron được hiển thị lần lượt là màu đỏ và màu xanh. Trong mẫu hình này, cho thấy các hạt có khoảng cách nhất định trong giả định.
Hạt nhân nguyên tử ( nucleus ) của một nguyên tử được tích hợp từ neutron và proton. Mà ở đó, những neutron và proton được chuyển hóa từ những hạt siêu bé gọi là quark. Các hạt quark được liên kết loại với nhau bằng lực tương tác mạnh trong một tổng link của Hadron, gọi là những Baryon. Lực hạt nhân mạnh lan tỏa trong khoảng trống giữa những baryon để liên kết những neutron và những proton lại với nhau, tạo ra lực đối kháng giữa lực tĩnh điện âm với những proton mang điện tích dương. Lực hạt nhân mạnh thường có khoảng cách hoạt động giải trí ngắn và có chỉ số sẽ về 0 khi ở ngoài rìa của hạt nhân nguyên tử .Tính chất tích lũy ( năng lực tàng trữ ) của những hạt nhân nguyên tử điện tích dương là giữ những hạt electron điện tích âm trong những quỹ đạo của hạt nhân. Tổng những hạt electron mang điện tích âm được tàng trữ đang xoay quanh hạt nhân nguyên tử sẽ tạo thành ái lực. Ái lực có mẫu hình nhất định và theo số lượng eletron xoáy xung quanh hạt nhân nguyên tử .Nguyên tố hóa học của một nguyên tử được hình thành từ việc xác lập tổng số proton của hạt nhân nguyên tử ; Nguyên tử trung tính ( neutral atom ) sẽ có số electron cân đối xoay quanh hạt nhân nguyên tử. Các nguyên tố hóa học riêng không liên quan gì đến nhau hoàn toàn có thể tạo thành những mẫu hình electron bền hơn bằng cách cộng hưởng và chuyển giao những electron. Sự chuyển giao của những electron để tạo nên những quỹ đạo điện từ có tính bền xung quanh hạt nhân sẽ được hình thành lớn dần và chính là hình dạng những chất hóa học trong quốc tế vĩ mô của tất cả chúng ta .Các Proton chứng minh và khẳng định điện tính của một hạt nhân nguyên tử, gồm có cả đặc thù hóa học của nó. Neutron là hạt không mang điện tích, nhưng đóng vai trò mang đến toàn diện và tổng thể khối cho hạt nhân nguyên tử gần bằng với những electron ( và đổi khác theo sự tăng lên của chúng ). Các neutron hoàn toàn có thể được lý giải là sự dị biến của đồng vị ( cùng chỉ số hạt nhân nhưng khác khối lượng của hạt nhân ). Vai trò chính của những neutron là làm giảm lực đối kháng tĩnh điện ( electrostatic repulsion ) [ 1 ] bên trong một nguyên tử hạt nhân .Tổng thể và hình dạng[sửa|sửa mã nguồn]
Proton và Neutron là những Fermion, với số lượng tử có giá trị Isopin mạnh khác nhau. Chỉ khi là những thể lượng tử không xác lập, hai proton và hai neutron hoàn toàn có thể san sẻ cùng hoạt động sóng trong khoảng trống. Nhưng, đôi lúc, chúng được định dạng là hai thể lượng tử khác nhau trong cùng một hạt, gọi là nucleon. Hai Fermion, ví dụ như : hai proton ; hoặc hai electron ; hoặc 1 proton + 1 electron ( gọi là deuteron ), hoàn toàn có thể hiển thị theo biểu hình hạt boson khi chúng tương tác với nhau theo cặp ; xoay theo số nguyên .Trong trường hợp hiếm có, ví dụ như siêu hạt nhân nguyên tử ( hypernucleus ) có liên kết baryon thứ ba được gọi là hyperon, chiếm hữu một hoặc nhiều những hạt quark lạ ( strange quark ) hoặc / và những hạt quark biến dị khác, cũng hoàn toàn có thể san sẻ hoạt động giải trí bước sóng. Tuy nhiên, mẫu hạt nhân nguyên tử này vô cùng không ổn định và không hề tìm thấy trên Trái Đất mà chỉ hoàn toàn có thể tìm thấy trong những thí nghiệm nguồn năng lượng vật lý hạng sang .Neutron có lõi cực dương với nửa đường kính ≈ 0.3 fm được bao quanh bởi một mạng lưới hệ thống cân đối ( bù đắp ) của cực âm có nửa đường kính khoảng chừng từ 0.3 fm và 2 fm. Proton mang điện tích dương có năng lực làm chia thể trong một khoảng chừng nhất định theo cấp số nhân với nửa đường kính bình phương trung bình là khoảng chừng 0,8 fm .Nguyên tử hoàn toàn có thể giống dạng cầu, dạng bóng bầu dục ( chuyển dạng hình dài ) ; dạng đĩa bay ( chuyển dạng dẹt ) ; dạng tinh chế triaxial ( là sự tích hợp của dạng đĩa bay và dạng hình dài ) hoặc dạng quả lê .
Nguyên tử được kết nối bằng những dư lực mạnh ( lực hạt nhân ), Những dư lực mạnh này chân không nhỏ của lực tương tác mạnh giúp làm cho những hạt quark link với nhau tạo thành những proton và những neutron. Lực này có tính yếu hơn khi ở giữa những neutron và những proton chính bới chúng gần như vô hiệu khi trong vùng link hạt nhân ; Điều này có cùng đặc thù tương tác giữa lực điện từ và những nguyên tử trung tính ( giống như lực Van der Waals của hai nguyên tử khí trơ ) sẽ có tính yếu hơn những lực điện từ dùng để link toàn phần những nguyên tử ( ví dụ : những lực giữ những electron trong một nguyên tử khí trơ sẽ kết nối với hạt nhân của chúng ) .Lực hạt nhân có tính mê hoặc cao trong những khoảng chừng tách nucleon nổi bật, và lực này tạo sức áp đảo lên lực đẩy của những proton do lực điện từ, do đó, hạt nhân được hình thành. Tuy nhiên, dư lực mạnh có một số lượng giới hạn về khoảng cách chính bới tính phân rã nhanh trong chiều khoảng trống ( đọc thêm về định luật Yukawa ) .Do đó chỉ có những hạt nhân nhỏ hơn một dạng size nhất định mới hoàn toàn có thể trọn vẹn mang tính không thay đổi. Hạt nhân có đặc thù trọn vẹn không thay đổi lớn nhất được biết đến ( nghĩa là bền hơn so với phân rã alpha, beta và gamma ) là chì-208 chứa tổng số 208 nucleon ( 126 neutron và 82 proton ). Các hạt nhân lớn hơn mức tối đa này không không thay đổi và có xu thế sống sót trong thời hạn nhất định với số lượng nucleon lớn hơn. Tuy nhiên, bismuth-209 cũng được tính là bền so với phân rã beta và có chu kỳ luân hồi bán rã thành phân rã alpha dài nhất so với bất kể đồng vị nào đã biết, ước tính dài hơn một tỷ lần so với tuổi của thiên hà .Dư lực mạnh có tính năng trong một khoanh vùng phạm vi rất ngắn ( thường chỉ một vài femtometre ( fm ) ; khoảng chừng một hoặc hai đường kính nucleon ) và gây ra lực mê hoặc giữa bất kể cặp nucleon nào. Ví dụ, giữa proton và neutron để tạo thành deuteron [ NP ], và cũng như giữa những proton và proton, và neutron và neutron .Hạt nhân phát xạ và số lượng giới hạn khoanh vùng phạm vi lực hạt nhân[sửa|sửa mã nguồn]
Giới hạn hiệu dụng tuyệt đối trong khoanh vùng phạm vi của lực hạt nhân ( còn được gọi là dư lực mạnh ) được biểu lộ bằng những mẫu hình hạt nhân phát xạ ( hào quang của hạt nhân ). Ví dụ như : lithium-11 hoặc boron-14. Mà trong đó có những dineutron, hoặc những tập hợp neutron khác, quay quanh quỹ đạo ở khoảng cách khoảng chừng 10 fm ( gần giống với nửa đường kính 8 fm của hạt nhân uranium-238 ). Các hạt nhân này không có tỷ lệ cực lớn. Các hạt nhân phát xạ hình thành ở những cạnh cực theo biểu đồ những nuclide — đường giải phóng hạt neutron và đường giải phóng hạt proton — và tổng thể đều có tính không không thay đổi với chu kỳ luân hồi bán rã ngắn, tính bằng mili giây ; ví dụ, lithium-11 có chu kỳ luân hồi bán rã 8,8 ms .
Trên thực tế, các dạng phát xạ đại diện cho một trạng thái tăng xung động lên các nucleon bên trong một lớp vỏ lượng tử có mức năng lượng thấp (cả về bán kính và năng lượng). Phát xạ có thể được tạo bởi neutron [NN, NNN] hoặc proton [PP, PPP]. Các hạt nhân có một neutron phát xạ bao gồm 11Be và 19C. Một phát xạ của hai nơtron được biểu hiện bởi 6He, 11Li, 17B, 19B và 22C. Các hạt nhân phát xạ của hai neutron chia thể thành ba mảnh, không bao giờ là hai mảnh, và được gọi là hạt nhân Borromean bởi tính chất này (giải thích đến một hệ thống ba vòng lồng vào nhau, trong đó việc phá vỡ bất kỳ vòng nào sẽ giải phóng cả hai vòng còn lại). 8He và 14Be đều biểu hiện một phát xạ bốn neutron. Các hạt nhân có phát xạ proton bao gồm 8B và 26P. Một phát xạ của hai proton được thể hiện bởi 17Ne và 27S. Các quầng sáng proton được cho là hiếm và không ổn định hơn các ví dụ về neutron, vì lực điện từ đẩy của (các) proton dư.
Xem thêm: Chiều cao xe tải bao nhiêu là phù hợp? – Dịch Vụ Chuyển Nhà Trọn Gói Kiến Vàng Giá Rẻ Hà Nội
Mẫu hình hạt nhân[sửa|sửa mã nguồn]
Mặc dù quy mô chuẩn của vật lý được cho là miêu tả gần như hoàn hảo nhất về thành phần và trạng thái của hạt nhân. Tuy nhiên, việc tạo ra những Dự kiến từ triết lý khó hơn nhiều so với những nghành vật lý hạt khác. Điều này là do hai nguyên do :
- Về nguyên tắc, tính vật lý bên trong hạt nhân nguyên tử có thể bắt nguồn hoàn toàn từ sắc động lực học lượng tử (QCD). Tuy nhiên, trên thực tế, các phương pháp tính toán và toán học hiện tại để giải QCD trong các hệ thống năng lượng thấp như hạt nhân còn rất hạn chế. Điều này là do sự chuyển pha diễn ra giữa vật chất quark có năng lượng cao và vật chất hadronic có năng lượng thấp, khiến các kỹ thuật nhiễu loạn không thể sử dụng được và gây khó khăn cho việc xây dựng mô hình chính xác dựa trên QCD về lực giữa các nucleon. Các phương pháp tiếp cận hiện tại chỉ giới hạn ở các mô hình hiện tượng học như điện thế Argonne v18 hoặc thuyết nhiễu cấu trúc.
- Ngay cả khi lực hạt nhân bị hạn chế, cần phải có một lượng đáng kể các phép tính để tính toán chính xác các đặc tính khởi đầu của hạt nhân. Những phát triển trong lý thuyết đa vật thể có thể áp dụng thực hiện được đối với nhiều hạt nhân có khối lượng thấp và tương đối ổn định, nhưng cần có những cải tiến hơn nữa về các phép tính toán và phương pháp tiếp cận toán học trước khi có thể giải quyết được các hạt nhân nặng hoặc hạt nhân không ổn định cao.
Trong lịch sử vẻ vang, những thí nghiệm được so sánh với những quy mô tương đối phổ thông thường có tính không hoàn hảo nhất. Không có quy mô riêng không liên quan gì đến nhau nào trong số này hoàn toàn có thể lý giải trọn vẹn tài liệu thực nghiệm về cấu trúc hạt nhân .Bán kính hạt nhân ( R ) được coi là một trong những đại lượng cơ bản mà bất kể quy mô nào cũng phải Dự kiến. Đối với những hạt nhân không thay đổi ( không phải hạt nhân phát xạ hoặc những hạt nhân không không thay đổi khác ), nửa đường kính hạt nhân tỷ suất thuận với gốc chiếu lập phương của số khối ( A ) của hạt nhân, và đặc biệt quan trọng so với những hạt nhân chứa nhiều nucleon, khi chúng thường có sắp xếp theo dạng hình cầu :Hạt nhân bền có khối lượng riêng giao động không đổi và do đó nửa đường kính hạt nhân R hoàn toàn có thể được tính gần đúng theo công thức bên phải :
công thức tính
Khi A = tổng số khối của nguyên tử (số lượng của các proton Z, cộng thêm số lượng của các neutron N) và r0 = 1.25 fm = 1.25 × 10−15 m. Trong công thức cân bằng này, “hằng số” r0 thay đổi 0,2 fm, tùy thuộc vào hạt nhân được đề cập, nhưng mức thay đổi này ít hơn 20% đến từ một hằng số.
Nói cách khác, việc tổng hợp những proton và neutron trong hạt nhân cho hiệu quả tổng size xê dịch bằng cách tổng hợp những hạt hình cầu có đặc thù bền và chiếm hữu kích cỡ không đổi ( hoàn toàn có thể tưởng tượng như viên bi ) vào một dạng thể túi hình cầu ngặt nghèo hoặc gần như hình cầu ( 1 số ít hạt nhân không thay đổi không trọn vẹn hình cầu, nhưng đã biết là phỏng cầu )Mô hình cấu trúc hạt nhân gồm có :
Mô hình giọt nước .[sửa|sửa mã nguồn]
Các quy mô bắt đầu về hạt nhân xem hạt nhân như một giọt chất lỏng có đặc thù xoay chiều. Trong quy mô này, sự chuyển giao của lực điện từ tầm xa và lực hạt nhân tầm ngắn có tính tương đương, sẽ cùng nhau tạo ra hiện tượng kỳ lạ giống như lực căng mặt phẳng trong những giọt chất lỏng có kích cỡ khác nhau. Công thức này thành công xuất sắc trong việc lý giải nhiều hiện tượng kỳ lạ quan trọng của hạt nhân, ví dụ điển hình như lượng nguồn năng lượng link biến hóa của chúng khi kích cỡ và thành phần của chúng đổi khác ( xem công thức khối lượng bán thực nghiệm ), nhưng nó không lý giải được tính không thay đổi đặc biệt quan trọng xảy ra khi hạt nhân có đặc thù ” số phép thuật ” của proton hoặc neutron. Công thức này thành công xuất sắc trong việc lý giải nhiều hiện tượng kỳ lạ quan trọng của hạt nhân, ví dụ điển hình như lượng nguồn năng lượng link biến hóa của chúng khi kích cỡ và thành phần của chúng đổi khác ( xem công thức khối lượng bán thực nghiệm ). Nhưng nó không lý giải được tính không thay đổi đặc biệt quan trọng hoàn toàn có thể xảy ra khi hạt nhân có những ” số phép thuật ” đặc biệt quan trọng của proton hoặc neutron .Các thuật ngữ trong công thức khối lượng bán thực nghiệm, hoàn toàn có thể được sử dụng để tính gần đúng nguồn năng lượng link của nhiều hạt nhân, được coi là tổng của năm loại nguồn năng lượng ( xem hình ảnh bên dưới ). Dựa theo mẫu hình triết lý này, hình ảnh của một hạt nhân được miêu tả như một giọt chất lỏng không thu nhỏ được, gần như là lý giải cho sự biến thiên của những thể trong điều tra và nghiên cứu quan sát link của nguồn năng lượng trong hạt nhân :
Năng lượng thể tích (volume energy) : Khi một tập hợp các nucleon có cùng kích thước được nén lại với nhau thành thể tích nhỏ nhất, thì bên trong mẫu hình này, một nucleon sẽ có các số nucleon khác tiếp xúc với nó. Vì vậy, năng lượng hạt nhân này tỷ lệ với khối lượng.
Năng lượng bề mặt (surface energy) : Một nucleon ở bề mặt hạt nhân sẽ có tương tác với số lượng nucleon khác ít hơn so với một nucleon có vị trí ở bên trong hạt nhân. Do đó, liên kết năng lượng của nó nhỏ hơn. Thuật ngữ năng lượng bề mặt này được giải ThÍCH là mẫu âm và tỷ lệ với diện tích bề mặt.
Năng lượng Coulomb (Coulomb Energy). Lực tĩnh điện giữa mỗi cặp proton trong hạt nhân góp phần làm giảm năng lượng liên kết của nó.
Năng lượng không tương đồng (còn gọi là Năng lượng Pauli). Một năng lượng được định dạng hình ngôi sao theo nguyên lý loại trừ Pauli. Nếu không phải dạng năng lượng có thể áp dụng công thức Coulomb – khi dạng vật chất hạt nhân ổn định nhất sẽ có cùng số neutron với proton. Thì khi đó, số lượng neutron và proton không bằng nhau, có nghĩa là sẽ có dạng năng lượng kết nối ở kiểu hình lấp đầy các mức năng lượng cao hơn cho một loại hạt, trong khi đó, lại có mức năng lượng thấp hơn cho các loại hạt còn lại.
Năng lượng ghép nối. Năng lượng là một thuật ngữ hiệu chỉnh phát sinh từ thiên hướng xuất hiện của các cặp proton và cặp neutron. Số hạt chẵn bền hơn số hạt lẻ.
Mô hình shell và những quy mô lượng tử khác .[sửa|sửa mã nguồn]
đọc thêm : Mô hình vỏ nguyên tử.
Một số quy mô cho hạt nhân cũng đã được đề xuất kiến nghị thêm vào, trong đó, có quy mô những nucleon sẽ vào những vị trí obitan ( quỹ đạo xoay của một thể ), giống như những quỹ đạo nguyên tử trong triết lý vật lý nguyên tử. Các quy mô sóng này giả lập hình ảnh của nucleon là những hạt siêu nhỏ có định dạng điểm trong những khoảng trống xoáy thế năng, hoặc những sóng Xác Suất khác nhau ( ví dụ như trong ” quy mô quang học ” ), quay xung quanh khi có không ma sát ở vận tốc cao trong những khoảng trống xoáy thế năng .Trong những quy mô trên, những nucleon hoàn toàn có thể vào vị trí những obitan theo cặp, được gọi là những fermion, điều này cho phép lý giải những hiệu ứng Z và N chẵn / lẻ trong những thí nghiệm đã biết trước đây .
Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]
- SCK.CEN Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân Bỉ tại Mol, Bỉ
Source: https://suachuatulanh.edu.vn
Category : Vận Chuyển
