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과학자들은 오늘날 원자가 극도로 가벼우 며 음으로 하전 된 전자 구름으로 둘러싸인 작고 무겁고 양전하를 띤 핵으로 구성되어 있다고 생각합니다. 이 모델은 1920 년대로 거슬러 올라가지 만 고대 그리스에서 유래되었습니다. 철학자 Democritus는 기원전 400 년경에 원자의 존재를 제안했습니다. 영국의 물리학 자 존 달튼 (John Dalton)이 1800 년대 초에 원자 이론을 소개하기 전까지는 아무도 그 아이디어를 받아들이지 않았습니다. Daltons 모델은 불완전했지만 19 세기 대부분 동안 기본적으로 변경되지 않았습니다.
19 세기 말과 20 세기에 원자 모델에 대한 연구가 일어 났으며, 클라우드 모델로 알려진 원자의 슈뢰딩거 (Schrodinger) 모델에서 절정에 이르렀다. 물리학 자 어윈 슈뢰딩거 (Erwin Schrodinger)가 1926 년에 그것을 발표 한 직후, 영어 물리학자인 제임스 채드윅 (James Chadwick)이 사진에 중요한 부분을 추가했습니다. 채드윅은 양으로 하전 된 양성자와 핵을 공유하는 중성 입자 인 중성자의 존재를 발견하는 일을 담당합니다.
채드윅 스 발견은 클라우드 모델의 수정을 강요했으며, 과학자들은 수정 된 버전을 제임스 채드윅 원자 모델이라고도합니다. 이 발견은 1935 년 노벨 물리학상에서 채드윅 (Chardwick)을 얻었으며, 원자 폭탄의 개발을 가능하게했습니다. 채드윅은 히로시마와 나가사키에 핵폭탄을 배치하는 최고 비밀 맨해튼 프로젝트에 참여했습니다. 폭탄은 일본의 항복 (많은 역사가들이 일본이 항복했을 것이라고 믿는다)과 제 2 차 세계 대전의 종식에 기여했다. 채드윅은 1974 년에 사망했다.
채드윅은 어떻게 중성자를 발견 했습니까?
제이 톰슨은 1890 년대에 음극선 관을 사용하여 전자를 발견했으며, 소위 핵 물리학의 아버지 인 영국 물리학 자 어니스트 러더 포드 (Ernest Rutherford)는 1919 년에 양자를 발견했다. 과학자들은 그러한 입자가 여러 가지 이유로 존재한다고 믿었습니다. 예를 들어, 헬륨 핵의 원자 번호는 2이지만 질량은 4이며, 이는 일종의 중성 미스터리 질량을 포함한다는 것을 의미했습니다. 그러나 아무도 중성자를 관찰하거나 그것이 존재한다는 것을 증명 한 적이 없다.
채드윅은 Frédéric과 Irène Joliot-Curie가 수행 한 실험에 관심이 있었는데, 알파 방사선으로 베릴륨 샘플에 충격을가했습니다. 그들은 폭격으로 알려지지 않은 방사선이 발생했으며 파라핀 왁스 샘플에 부딪 칠 때 고 에너지 양성자가 물질에서 빠져 나오는 것을 관찰했다.
방사선은 고 에너지 광자로 만들어 졌다는 설명에 만족하지 못했지만 채드윅은 실험을 복제하고 방사선은 전하가없는 무거운 입자로 구성되어야한다고 결론 지었다. 채드윅은 헬륨, 질소 및 리튬을 포함한 다른 물질을 폭격함으로써 각 입자의 질량이 양성자의 질량보다 약간 더 크다는 것을 확인할 수있었습니다.
채드윅은 1932 년 5 월에 그의 논문“중성자의 존재”를 발표했다. 1934 년까지 다른 연구자들은 중성자가 실제로는 원소 입자이며 양성자와 전자의 조합이 아니라고 결정했다.
채드윅 원자 이론의 중요성
원자의 현대 개념은 러더 포드 (Ruthford)에 의해 확립 된 행성 모델의 특징의 대부분을 유지하지만 채드윅 (Chadwick)과 덴마크 물리학자인 닐스 보어 (Neils Bohr)에 의해 도입 된 중요한 수정과 함께.
전자가 한정된 불연속 궤도의 개념을 통합 한 사람은 보어였습니다. 그는 당시에 새로운 것이었지만 과학적 현실로 확립 된 양자 원리에 근거하여 이것을 근거로 삼았습니다. 보어 모형에 따르면 전자는 불연속 궤도를 차지하고 다른 궤도로 이동할 때 연속적인 양이 아니라 양자라고 불리는 에너지 묶음으로 방출하거나 흡수합니다.
보어 (Bohr)와 채드윅 (Chadwick)의 작업을 통합 한 현대 원자 사진은 다음과 같습니다. 대부분의 원자는 빈 공간입니다. 음으로 하전 된 전자는 양성자와 중성자로 구성된 작지만 무거운 핵을 공전합니다. 불확실성 원리에 기초한 양자 이론은 전자를 파동과 입자로 간주하기 때문에 결정적으로 위치 할 수 없습니다. 전자가 특정 위치에있을 가능성에 대해서만 이야기 할 수 있으므로 전자가 핵 주위에 확률 구름을 형성합니다.
핵에있는 중성자의 수는 일반적으로 양성자의 수와 동일하지만 다를 수 있습니다. 다른 수의 중성자를 가진 원소의 원자를 그 원소의 동위 원소라고합니다. 대부분의 원소에는 하나 이상의 동위 원소가 있고 일부에는 여러 동위 원소가 있습니다. 예를 들어, 주석은 10 개의 안정한 동위 원소와 적어도 2 배 이상의 불안정한 동위 원소를 가지고있어 평균 원자 질량이 원자 번호의 2 배와 크게 다릅니다. James Chadwicks가 중성자를 발견 한 적이 없다면 동위 원소의 존재를 설명하는 것이 불가능할 것입니다.
제임스 채드윅 스, 원자 폭탄 투고
중성자에 대한 채드윅의 발견으로 원자 폭탄이 직접 개발되었다. 중성자는 전하가 없기 때문에 양성자보다 표적 원자의 핵에 더 깊이 침투 할 수 있습니다. 원자핵의 중성자 충격은 핵의 특성에 관한 정보를 얻는 중요한 방법이되었다.
그러나 과학자들은 중성자를 가진 초 중형 우라늄 -235를 폭격하는 것이 핵을 분해하고 막대한 양의 에너지를 방출하는 방법이라는 것을 발견하는 데 오랜 시간이 걸리지 않았다. 우라늄 분열은 다른 우라늄 원자를 분해하는 더 많은 고 에너지 중성자를 생성하며, 그 결과 제어 할 수없는 연쇄 반응이 발생합니다. 일단 이것이 알려지면, 그것은 배달 가능한 케이싱에서 요구에 따라 핵분열 반응을 개시하는 방법을 개발하는 문제 일뿐입니다. 히로시마와 나가사키를 파괴 한 폭탄 인 팻 맨과 리틀 보이는 맨해튼 프로젝트로 알려진 비밀 전쟁 노력의 결과였습니다.
중성자, 방사능 및 그 너머
채드윅 원자 이론은 또한 방사능을 이해하는 것을 가능하게합니다. 인공 광물뿐만 아니라 자연적으로 발생하는 일부 광물은 자발적으로 방사선을 방출하며, 그 이유는 핵의 상대적 양성자와 중성자 수와 관련이 있습니다. 핵은 숫자가 같을 때 가장 안정적이며, 둘 이상이 있으면 불안정합니다. 안정성을 회복하기 위해 불안정한 핵은 알파, 베타 또는 감마선의 형태로 에너지를 차단합니다. 알파 방사선은 각각 2 개의 양성자와 2 개의 중성자로 구성된 무거운 입자로 구성됩니다. 베타 방사선은 전자와 광자의 감마 방사선으로 구성됩니다.
핵과 방사능에 대한 연구의 일환으로 과학자들은 양자와 중성자를 더 해부하여 쿼크라고 불리는 작은 입자로 구성되어 있음을 발견했습니다. 핵에서 양성자와 중성자를 함께 유지하는 힘을 강한 힘이라고하며, 쿼크를 함께 유지하는 힘을 색력이라고합니다. 강한 힘은 색력의 부산물이며, 그 자체는 또 다른 유형의 기본 입자 인 글루온의 교환에 의존합니다.
제임스 채드윅 (James Chadwick) 원자 모델에 의해 가능해진 이해는 세계를 핵 시대로 가져 왔지만 훨씬 더 신비 롭고 복잡한 세계의 문은 활짝 열려 있습니다. 예를 들어, 과학자들은 언젠가 원자핵과 쿼크를 포함한 전체 우주가 무한한 진동 에너지 줄로 구성되어 있음을 증명할 수 있습니다. 그들이 무엇을 발견하든 그들은 채드윅과 같은 개척자들의 어깨에 서있을 것입니다.