Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
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 [có mật độ cực lớn -đạt đến 100 triệu tấn trên một xăng-ti-mét khối [?]], 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.
Lịch sử[sửa | sửa mã nguồn]
Mẫu hình học của nguyên tử hạt nhân. Được tạo thành từ hai nucleon : Proton [màu đỏ], neutron [màu xanh]. Trong mô tả này, proton và neutron trông như những quả banh nhỏ kết dính vào nhau. Nhưng theo định dạng vật lý hạt nhân hiện đại, chỉ có thể giải thích bằng vật lý lượng tử. Trong một nucleus sẽ có độ năng lượng nhất định [ví dụ: trạng thái cơ bản], mỗi nucleon sẽ có khoảng cách nhất định.
Được phát hiện vào năm 1911 bởi nhà khoa học đạt giải Nobel Hóa Học Ernest Rutherford bằng phương pháp thí nghiệm lá vàng Geiger–Marsden để thử nghiệm áp 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 áp dụng trực tiếp lên một miếng 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.
Đường kính của một hạt nhân nguyên tử [nucleus] sẽ từ khoảng 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 hệ số là 26,634. Ví dụ: bán kính hạt nhân nguyên tử uranium là khoảng 156 pm [156×10−12 m] lên đến tầm 60,250 [bán kính Bohr của Hydrogen là khoảng 52,92 pm].
Nghiên cứu về hạt nhân nguyên tử là một nhánh trong vật lý hạt nhân để lưu trữ và tìm hiểu thêm về cấu trúc và các lực kết nối 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 hệ 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, các neutron và proton được chuyển hóa từ các hạt siêu bé gọi là quark. Các hạt quark được kết nối loại với nhau bằng lực tương tác mạnh trong một tổng liên kết của Hadron, gọi là các Baryon. Lực hạt nhân mạnh lan tỏa trong không gian giữa các baryon để kết nối các neutron và các proton lại với nhau, tạo ra lực đối kháng giữa lực tĩnh điện âm với các proton mang điện tích dương. Lực hạt nhân mạnh thường có khoảng cách hoạt động ngắn và có chỉ số sẽ về 0 khi ở ngoài rìa của hạt nhân nguyên tử.
Tính chất thu thập [khả năng lưu trữ] của các hạt nhân nguyên tử điện tích dương là giữ các hạt electron điện tích âm trong các quỹ đạo của hạt nhân. Tổng các hạt electron mang điện tích âm được lưu 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 định tổng số proton của hạt nhân nguyên tử; Nguyên tử trung tính [neutral atom] sẽ có số electron cân bằng xoay quanh hạt nhân nguyên tử. Các nguyên tố hóa học riêng biệt có thể tạo thành các mẫu hình electron bền hơn bằng cách cộng hưởng và chuyển giao các electron. Sự chuyển giao của các electron để tạo nên các quỹ đạo điện từ có tính bền xung quanh hạt nhân sẽ được hình thành lớn dần và chính là hình dạng các chất hóa học trong thế giới vĩ mô của chúng ta.
Các Proton khẳng định điện tính của một hạt nhân nguyên tử, bao gồm cả tính chất hóa học của nó. Neutron là hạt không mang điện tích, nhưng đóng vai trò mang đến khối lượng cho hạt nhân nguyên tử gần bằng với các electron [và thay đổi theo sự tăng lên của chúng]. Các neutron có thể được giải thích là sự dị biến của đồng vị [cùng chỉ số hạt nhân nhưng khác khối lượng của hạt nhân]. Vai trò chính của các 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 các Fermion, với số lượng tử có giá trị Isopin mạnh khác nhau. Chỉ khi là các thể lượng tử không xác định, hai proton và hai neutron có thể chia sẻ cùng chuyển động sóng trong không gian. Nhưng, đôi khi, 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], có thể hiển thị theo biểu hình hạt boson khi chúng tương tác với nhau theo cặp; xoay theo số nguyên.
[còn tiếp]
Ứng dụng[sửa | sửa mã nguồn]
Xem thêm[sửa | sửa mã nguồn]
- Vật lý hạt nhân
- Y học hạt nhân
Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]
- ^ “Electrostatic Repulsion - an overview | ScienceDirect Topics”. www.sciencedirect.com. Truy cập ngày 20 tháng 9 năm 2022.
Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]
- SCK.CEN Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân Bỉ tại Mol, Bỉ