12.1 ಪರಿಚಯ

ಹತ್ತೊಂಬತ್ತನೇ ಶತಮಾನದ ಹೊತ್ತಿಗೆ, ವಸ್ತುವಿನ ಪರಮಾಣು ಕಲ್ಪನೆಯ ಪರವಾಗಿ ಸಾಕಷ್ಟು ಪುರಾವೆಗಳು ಸಂಗ್ರಹವಾಗಿದ್ದವು. 1897 ರಲ್ಲಿ, ಇಂಗ್ಲಿಷ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞ ಜೆ. ಜೆ. ಥಾಮ್ಸನ್ (1856-1940) ನಡೆಸಿದ ಅನಿಲಗಳ ಮೂಲಕ ವಿದ್ಯುತ್ ವಿಸರ್ಜನೆಯ ಪ್ರಯೋಗಗಳು ವಿವಿಧ ಮೂಲಧಾತುಗಳ ಪರಮಾಣುಗಳು ಋಣಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಆವೇಶಿತವಾದ ಘಟಕಗಳನ್ನು (ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು) ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಅವು ಎಲ್ಲಾ ಪರಮಾಣುಗಳಿಗೆ ಒಂದೇ ರೀತಿಯಾಗಿರುತ್ತವೆ ಎಂದು ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸಿದವು. ಆದರೆ, ಪರಮಾಣುಗಳು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ವಿದ್ಯುತ್ ತಟಸ್ಥವಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಪರಮಾಣುವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಋಣಾತ್ಮಕ ಆವೇಶವನ್ನು ತಟಸ್ಥಗೊಳಿಸಲು ಕೆಲವು ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶವನ್ನೂ ಹೊಂದಿರಬೇಕು. ಆದರೆ ಪರಮಾಣುವಿನ ಒಳಗೆ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ವಿನ್ಯಾಸ ಏನು? ಅಂದರೆ, ಪರಮಾಣುವಿನ ರಚನೆ ಏನು?

ಪರಮಾಣುವಿನ ಮೊದಲ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಜೆ. ಜೆ. ಥಾಮ್ಸನ್ 1898 ರಲ್ಲಿ ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದರು. ಈ ಮಾದರಿಯ ಪ್ರಕಾರ, ಪರಮಾಣುವಿನ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶವು ಪರಮಾಣುವಿನ ಪರಿಮಾಣದಾದ್ಯಂತ ಸಮವಾಗಿ ಹಂಚಿಕೆಯಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಋಣಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಆವೇಶಿತವಾದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಅದರೊಳಗೆ ಕುಂಬಳಕಾಯಿಯಲ್ಲಿ ಬೀಜಗಳಂತೆ ಹುದುಗಿರುತ್ತವೆ. ಈ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಚಿತ್ರಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಪರಮಾಣುವಿನ ‘ಪ್ಲಮ್ ಪುಡಿಂಗ್ ಮಾದರಿ’ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಯಿತು. ಆದರೆ ಈ ಅಧ್ಯಾಯದಲ್ಲಿ ವಿವರಿಸಿದಂತೆ ಪರಮಾಣುಗಳ ಮೇಲಿನ ನಂತರದ ಅಧ್ಯಯನಗಳು, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶಗಳ ಹಂಚಿಕೆಯು ಈ ಮಾದರಿಯಲ್ಲಿ ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದ್ದಕ್ಕಿಂತ ಬಹಳ ಭಿನ್ನವಾಗಿದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸಿದವು.

ಸಾಂದ್ರೀಕೃತ ವಸ್ತು (ಘನ ಮತ್ತು ದ್ರವ) ಮತ್ತು ಎಲ್ಲಾ ತಾಪಮಾನಗಳಲ್ಲಿ ದಟ್ಟವಾದ ಅನಿಲಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ವಿಕಿರಣವನ್ನು ಹೊರಸೂಸುತ್ತವೆ ಎಂದು ನಮಗೆ ತಿಳಿದಿದೆ, ಇದರಲ್ಲಿ ಹಲವಾರು ತರಂಗಾಂತರಗಳ ನಿರಂತರ ಹಂಚಿಕೆ ಇರುತ್ತದೆ, ಆದರೂ ವಿಭಿನ್ನ ತೀವ್ರತೆಗಳೊಂದಿಗೆ. ಈ ವಿಕಿರಣವು ಪ್ರತಿ ಪರಮಾಣು ಅಥವಾ ಅಣುವಿನ ಅದರ ನೆರೆಯ ಪರಮಾಣುಗಳು ಅಥವಾ ಅಣುಗಳೊಂದಿಗಿನ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಯಿಂದ ನಿಯಂತ್ರಿತವಾದ, ಪರಮಾಣುಗಳು ಮತ್ತು ಅಣುಗಳ ಆಂದೋಲನಗಳ ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ ಎಂದು ಪರಿಗಣಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತವಾಗಿ, ಜ್ವಾಲೆಯಲ್ಲಿ ಬಿಸಿ ಮಾಡಿದ ವಿರಳೀಕೃತ ಅನಿಲಗಳಿಂದ, ಅಥವಾ ಗ್ಲೋ ಟ್ಯೂಬ್ನಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರಚೋದನೆಯಿಂದ ಹೊರಸೂಸಿದ ಬೆಳಕು (ನಮಗೆ ಪರಿಚಿತವಾದ ನಿಯಾನ್ ಸೈನ್ ಅಥವಾ ಪಾದರಸದ ಆವಿ ದೀಪದಂತೆ) ಕೇವಲ ಕೆಲವು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ತರಂಗಾಂತರಗಳನ್ನು ಮಾತ್ರ ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ವರ್ಣಪಟಲವು ಪ್ರಕಾಶಮಾನವಾದ ರೇಖೆಗಳ ಸರಣಿಯಾಗಿ ಕಾಣಿಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಅಂತಹ ಅನಿಲಗಳಲ್ಲಿ, ಪರಮಾಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಸರಾಸರಿ ಅಂತರವು ದೊಡ್ಡದಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಹೊರಸೂಸಿದ ವಿಕಿರಣವನ್ನು ಪರಮಾಣುಗಳು ಅಥವಾ ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಯ ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ ಅಲ್ಲ, ಬದಲಿಗೆ ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಪರಮಾಣುಗಳ ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ ಎಂದು ಪರಿಗಣಿಸಬಹುದು.

ಹತ್ತೊಂಬತ್ತನೇ ಶತಮಾನದ ಆರಂಭದಲ್ಲಿ, ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಮೂಲಧಾತುವು ವಿಕಿರಣದ ವಿಶಿಷ್ಟ ವರ್ಣಪಟಲದೊಂದಿಗೆ ಸಂಬಂಧ ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದು ಸ್ಥಾಪಿಸಲಾಗಿತ್ತು, ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಯಾವಾಗಲೂ ರೇಖೆಗಳ ನಡುವೆ ಸ್ಥಿರವಾದ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಸ್ಥಾನವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ರೇಖೆಗಳ ಗುಂಪನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ. ಈ ಸತ್ಯವು ಪರಮಾಣುವಿನ ಆಂತರಿಕ ರಚನೆ ಮತ್ತು ಅದರಿಂದ ಹೊರಸೂಸಿದ ವಿಕಿರಣದ ವರ್ಣಪಟಲದ ನಡುವೆ ನಿಕಟ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಸೂಚಿಸಿತು. 1885 ರಲ್ಲಿ, ಜೊಹಾನ್ ಜಕೋಬ್ ಬಾಲ್ಮರ್ (1825 - 1898) ಪರಮಾಣು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ನಿಂದ ಹೊರಸೂಸಿದ ರೇಖೆಗಳ ಗುಂಪಿನ ತರಂಗಾಂತರಗಳನ್ನು ನೀಡುವ ಸರಳ ಅನುಭವಜನ್ಯ ಸೂತ್ರವನ್ನು ಪಡೆದರು. ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ನಮಗೆ ತಿಳಿದಿರುವ ಮೂಲಧಾತುಗಳಲ್ಲಿ ಸರಳವಾದದ್ದು ಆಗಿರುವುದರಿಂದ, ನಾವು ಈ ಅಧ್ಯಾಯದಲ್ಲಿ ಅದರ ವರ್ಣಪಟಲವನ್ನು ವಿವರವಾಗಿ ಪರಿಗಣಿಸುತ್ತೇವೆ.

ಜೆ. ಜೆ. ಥಾಮ್ಸನ್ನ ಹಿಂದಿನ ಸಂಶೋಧನಾ ವಿದ್ಯಾರ್ಥಿಯಾಗಿದ್ದ ಅರ್ನೆಸ್ಟ್ ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ (1871-1937), ಕೆಲವು ವಿಕಿರಣಶೀಲ ಮೂಲಧಾತುಗಳಿಂದ ಹೊರಸೂಸಿದ $\alpha$-ಕಣಗಳ ಪ್ರಯೋಗಗಳಲ್ಲಿ ತೊಡಗಿಸಿಕೊಂಡಿದ್ದರು. 1906 ರಲ್ಲಿ, ಪರಮಾಣು ರಚನೆಯನ್ನು ತನಿಖೆ ಮಾಡಲು ಈ $\alpha$-ಕಣಗಳ ಪರಮಾಣುಗಳಿಂದ ಪ್ರಕೀರ್ಣನದ ಒಂದು ಶ್ರೇಷ್ಠ ಪ್ರಯೋಗವನ್ನು ಅವರು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದರು. ಈ ಪ್ರಯೋಗವನ್ನು ನಂತರ ಸುಮಾರು 1911 ರಲ್ಲಿ ಹ್ಯಾನ್ಸ್ ಗೈಗರ್ (1882-1945) ಮತ್ತು ಅರ್ನೆಸ್ಟ್ ಮಾರ್ಸ್ಡೆನ್ (1889-1970, ಅವರು 20 ವರ್ಷ ವಯಸ್ಸಿನ ವಿದ್ಯಾರ್ಥಿಯಾಗಿದ್ದರು ಮತ್ತು ಇನ್ನೂ ತಮ್ಮ ಸ್ನಾತಕ ಪದವಿಯನ್ನು ಪಡೆದಿರಲಿಲ್ಲ) ನಡೆಸಿದರು. ವಿವರಗಳನ್ನು ವಿಭಾಗ 12.2 ರಲ್ಲಿ ಚರ್ಚಿಸಲಾಗಿದೆ. ಫಲಿತಾಂಶಗಳ ವಿವರಣೆಯು ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ನ ಪರಮಾಣುವಿನ ಗ್ರಹ ಮಾದರಿಯ (ಪರಮಾಣುವಿನ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯರ್ ಮಾದರಿ ಎಂದೂ ಕರೆಯಲ್ಪಡುವ) ಜನನಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಯಿತು. ಇದರ ಪ್ರಕಾರ ಪರಮಾಣುವಿನ ಸಂಪೂರ್ಣ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶ ಮತ್ತು ಬಹುತೇಕ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಎಂಬ ಸಣ್ಣ ಪರಿಮಾಣದಲ್ಲಿ ಕೇಂದ್ರೀಕೃತವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಗ್ರಹಗಳು ಸೂರ್ಯನ ಸುತ್ತ ಪರಿಭ್ರಮಿಸುವಂತೆಯೇ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನ ಸುತ್ತ ಪರಿಭ್ರಮಿಸುತ್ತವೆ.

ಅರ್ನೆಸ್ಟ್ ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ (1871 – 1937)

ಅರ್ನೆಸ್ಟ್ ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ (1871 – 1937) ನ್ಯೂಜಿಲೆಂಡ್ ಜನ್ಮ, ವಿಕಿರಣಶೀಲ ವಿಕಿರಣದ ಮೇಲೆ ಪಯೋಗಾರ್ಥ ಕೆಲಸ ಮಾಡಿದ ಬ್ರಿಟಿಷ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞ. ಅವರು ಆಲ್ಫಾ-ಕಿರಣಗಳು ಮತ್ತು ಬೀಟಾ-ಕಿರಣಗಳನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿದರು. ಫೆಡೆರಿಕ್ ಸಾಡಿಯೊಂದಿಗೆ, ಅವರು ಆಧುನಿಕ ವಿಕಿರಣಶೀಲತೆಯ ಸಿದ್ಧಾಂತವನ್ನು ರಚಿಸಿದರು. ಅವರು ಥೋರಿಯಮ್ನ ‘ಉತ್ಸರ್ಜನೆ’ಯನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಿದರು ಮತ್ತು ಥೋರಾನ್ ಎಂದು ಈಗ ಕರೆಯಲ್ಪಡುವ, ರೇಡಾನ್ ಐಸೊಟೋಪ್ ಆದ ಹೊಸ ಉದಾತ್ತ ಅನಿಲವನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿದರು. ಲೋಹದ ಪತ್ರೆಗಳಿಂದ ಆಲ್ಫಾ-ಕಿರಣಗಳನ್ನು ಪ್ರಕೀರ್ಣಗೊಳಿಸುವ ಮೂಲಕ, ಅವರು ಪರಮಾಣು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಅನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿದರು ಮತ್ತು ಪರಮಾಣುವಿನ ಗ್ರಹ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದರು. ಅವರು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನ ಅಂದಾಜು ಗಾತ್ರವನ್ನೂ ಅಂದಾಜು ಮಾಡಿದರು.

ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ನ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯರ್ ಮಾದರಿಯು ನಾವು ಇಂದು ಪರಮಾಣುವನ್ನು ಹೇಗೆ ನೋಡುತ್ತೇವೆ ಎಂಬುದರ ಕಡೆಗೆ ಒಂದು ಪ್ರಮುಖ ಹೆಜ್ಜೆಯಾಗಿತ್ತು. ಆದರೆ, ಪರಮಾಣುಗಳು ಕೇವಲ ಪ್ರತ್ಯೇಕ ತರಂಗಾಂತರಗಳ ಬೆಳಕನ್ನು ಮಾತ್ರ ಉತ್ಸರ್ಜಿಸುವುದು ಏಕೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಅದು ವಿವರಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗಲಿಲ್ಲ. ಒಂದೇ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮತ್ತು ಒಂದೇ ಪ್ರೋಟಾನ್ ಹೊಂದಿರುವ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ನಂತಹ ಸರಳ ಪರಮಾಣುವು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ತರಂಗಾಂತರಗಳ ಸಂಕೀರ್ಣ ವರ್ಣಪಟಲವನ್ನು ಹೇಗೆ ಉತ್ಸರ್ಜಿಸಬಹುದು? ಪರಮಾಣುವಿನ ಶಾಸ್ತ್ರೀಯ ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗ್ರಹವು ಸೂರ್ಯನ ಸುತ್ತ ಪರಿಭ್ರಮಿಸುವ ರೀತಿಯಲ್ಲಿಯೇ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನ ಸುತ್ತ ಪರಿಭ್ರಮಿಸುತ್ತದೆ. ಆದರೆ, ಅಂತಹ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಸ್ವೀಕರಿಸುವಲ್ಲಿ ಕೆಲವು ಗಂಭೀರ ತೊಂದರೆಗಳಿವೆ ಎಂದು ನಾವು ನೋಡುತ್ತೇವೆ.

12.2 ಆಲ್ಫಾ-ಕಣ ಪ್ರಕೀರ್ಣನ ಮತ್ತು ಪರಮಾಣುವಿನ ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ನ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯರ್ ಮಾದರಿ

ಅರ್ನೆಸ್ಟ್ ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ನ ಸಲಹೆಯ ಮೇರೆಗೆ, 1911 ರಲ್ಲಿ, ಹೆಚ್. ಗೈಗರ್ ಮತ್ತು ಇ. ಮಾರ್ಸ್ಡೆನ್ ಕೆಲವು ಪ್ರಯೋಗಗಳನ್ನು ನಡೆಸಿದರು. ಅವರ ಒಂದು ಪ್ರಯೋಗದಲ್ಲಿ, ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ

ಚಿತ್ರ 12.1 ಗೈಗರ-ಮಾರ್ಸ್ಡೆನ್ ಪ್ರಕೀರ್ಣನ ಪ್ರಯೋಗ. ಸಂಪೂರ್ಣ ಸಾಧನವನ್ನು ನಿರ್ವಾತ ಕೋಣೆಯಲ್ಲಿ ಇರಿಸಲಾಗಿದೆ (ಈ ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿಲ್ಲ).

ಚಿತ್ರ 12.1 ರಲ್ಲಿ, ಅವರು $5.5 \mathrm{MeV} \alpha$-ಕಣಗಳ ಕಿರಣವನ್ನು ${83}^{214} \mathrm{Bi}$ ವಿಕಿರಣಶೀಲ ಮೂಲದಿಂದ ಬಂಗಾರದಿಂದ ಮಾಡಿದ ತೆಳುವಾದ ಲೋಹದ ಪತ್ರೆಯತ್ತ ನಿರ್ದೇಶಿಸಿದರು. ಚಿತ್ರ 12.2 ಈ ಪ್ರಯೋಗದ ರೇಖಾಚಿತ್ರವನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ${83}^{214} \mathrm{Bi}$ ವಿಕಿರಣಶೀಲ ಮೂಲದಿಂದ ಹೊರಸೂಸಿದ ಆಲ್ಫಾ-ಕಣಗಳನ್ನು ಸೀಸದ ಇಟ್ಟಿಗೆಗಳ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗುವ ಮೂಲಕ ಕಿರಿದಾದ ಕಿರಣವಾಗಿ ಏಕಕೇಂದ್ರೀಕರಿಸಲಾಯಿತು. ಕಿರಣವನ್ನು $2.1 \times 10^{-7} \mathrm{~m}$ ದಪ್ಪದ ಬಂಗಾರದ ತೆಳುವಾದ ಪತ್ರೆಯ ಮೇಲೆ ಬೀಳಲು ಅನುಮತಿಸಲಾಯಿತು. ಪ್ರಕೀರ್ಣಗೊಂಡ ಆಲ್ಫಾ-ಕಣಗಳನ್ನು ಜಿಂಕ್ ಸಲ್ಫೈಡ್ ಪರದೆ ಮತ್ತು ಸೂಕ್ಷ್ಮದರ್ಶಕವನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ತಿರುಗಿಸಬಹುದಾದ ಪತ್ತೆಹಚ್ಚುವ ಸಾಧನದ ಮೂಲಕ ಗಮನಿಸಲಾಯಿತು. ಪ್ರಕೀರ್ಣಗೊಂಡ ಆಲ್ಫಾ-ಕಣಗಳು ಪರದೆಯನ್ನು ತಾಕಿದಾಗ ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತ ಬೆಳಕಿನ ಮಿನುಗುಗಳು ಅಥವಾ ಪ್ರಕಾಶಮಾನಗಳನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಿದವು. ಈ ಮಿನುಗುಗಳನ್ನು ಸೂಕ್ಷ್ಮದರ್ಶಕದ ಮೂಲಕ ವೀಕ್ಷಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು ಪ್ರಕೀರ್ಣಗೊಂಡ ಕಣಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯ ಹಂಚಿಕೆಯನ್ನು ಪ್ರಕೀರ್ಣನ ಕೋನದ ಕಾರ್ಯವಾಗಿ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಬಹುದು.

ಚಿತ್ರ 12.2 ಗೈಗರ-ಮಾರ್ಸ್ಡೆನ್ ಪ್ರಯೋಗದ ರೇಖಾಚಿತ್ರ ವ್ಯವಸ್ಥೆ.

ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಸಮಯದ ಮಧ್ಯಂತರದಲ್ಲಿ, ವಿವಿಧ ಕೋನಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರಕೀರ್ಣಗೊಂಡ $\alpha$-ಕಣಗಳ ಒಟ್ಟು ಸಂಖ್ಯೆಯ ವಿಶಿಷ್ಟ ಗ್ರಾಫ್ ಅನ್ನು ಚಿತ್ರ 12.3 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಈ ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿನ ಬಿಂದುಗಳು ಡೇಟಾ ಬಿಂದುಗಳನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಘನ ವಕ್ರರೇಖೆಯು ಗುರಿ ಪರಮಾಣುವು ಸಣ್ಣ, ದಟ್ಟವಾದ, ಧನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಆವೇಶಿತ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಹೊಂದಿದೆ ಎಂಬ ಊಹೆಯ ಆಧಾರದ ಮೇಲಿನ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಭವಿಷ್ಯವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ. ಹಲವು $\alpha$-ಕಣಗಳು ಪತ್ರೆಯ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗುತ್ತವೆ. ಇದರರ್ಥ ಅವರು ಯಾವುದೇ ಘರ್ಷಣೆಗಳನ್ನು ಅನುಭವಿಸುವುದಿಲ್ಲ. ಘಟನೆಯ $\alpha$-ಕಣಗಳಲ್ಲಿ ಕೇವಲ ಸುಮಾರು $0.14 %$ ಮಾತ್ರ $1^{\circ}$ ಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಪ್ರಕೀರ್ಣಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ; ಮತ್ತು ಸುಮಾರು 8000 ರಲ್ಲಿ 1 ಕಣ $90^{\circ}$ ಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ವಿಚಲನಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ ವಾದಿಸಿದ್ದೇನೆಂದರೆ, $\alpha$-ಕಣವನ್ನು ಹಿಂದಕ್ಕೆ ತಿರುಗಿಸಲು, ಅದು ದೊಡ್ಡ ವಿಕರ್ಷಕ ಬಲವನ್ನು ಅನುಭವಿಸಬೇಕು. ಪರಮಾಣುವಿನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯ ಹೆಚ್ಚಿನ ಭಾಗ ಮತ್ತು ಅದರ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶವು ಅದರ ಕೇಂದ್ರದಲ್ಲಿ ಬಿಗಿಯಾಗಿ ಕೇಂದ್ರೀಕೃತವಾಗಿದ್ದರೆ ಈ ಬಲವನ್ನು ಒದಗಿಸಬಹುದು. ನಂತರ ಒಳಬರುವ $\alpha$-ಕಣವು ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶಕ್ಕೆ ಅದರೊಳಗೆ ಭೇದಿಸದೆಯೇ ಬಹಳ ಹತ್ತಿರ ಬರಬಹುದು, ಮತ್ತು ಅಂತಹ ನಿಕಟ ಸಂಘರ್ಷವು ದೊಡ್ಡ ವಿಚಲನಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಒಪ್ಪಂದವು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯರ್ ಪರಮಾಣುವಿನ ಊಹೆಯನ್ನು ಬೆಂಬಲಿಸಿತು. ಇದಕ್ಕಾಗಿಯೇ ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನ ಆವಿಷ್ಕಾರಕ್ಕೆ ಶ್ರೇಯ ಪಡೆದಿದ್ದಾರೆ.

ಪರಮಾಣುವಿನ ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ನ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯರ್ ಮಾದರಿಯಲ್ಲಿ, ಸಂಪೂರ್ಣ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶ ಮತ್ತು ಪರಮಾಣುವಿನ ಬಹುತೇಕ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನಲ್ಲಿ ಕೇಂದ್ರೀಕೃತವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಕೆಲವು ದೂರದಲ್ಲಿರುತ್ತವೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಗ್ರಹಗಳು ಸೂರ್ಯನ ಸುತ್ತ ಪರಿಭ್ರಮಿಸುವಂತೆಯೇ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಬಗ್ಗೆ ಕಕ್ಷೆಗಳಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ. ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ನ ಪ್ರಯೋಗಗಳು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನ ಗಾತ್ರವು ಸುಮಾರು $10^{-15} \mathrm{~m}$ ರಿಂದ $10^{-14} \mathrm{~m}$ ಆಗಿರಬೇಕು ಎಂದು ಸೂಚಿಸಿದವು. ಚಲನಶಾಸ್ತ್ರದ ಸಿದ್ಧಾಂತದಿಂದ, ಪರಮಾಣುವಿನ ಗಾತ್ರವು $10^{-10} \mathrm{~m}$ ಎಂದು ತಿಳಿದಿತ್ತು,

ಚಿತ್ರ 12.3 ಗೈಗರ್ ಮತ್ತು ಮಾರ್ಸ್ಡೆನ್ ಚಿತ್ರ 12.1 ಮತ್ತು 12.2 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವ ಸೆಟಪ್ ಅನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ವಿವಿಧ ಕೋನಗಳಲ್ಲಿ ತೆಳುವಾದ ಪತ್ರೆಯಿಂದ $\alpha$-ಕಣಗಳ ಪ್ರಕೀರ್ಣನದ ಮೇಲಿನ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಡೇಟಾ ಬಿಂದುಗಳು (ಬಿಂದುಗಳಿಂದ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ). ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ನ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯರ್ ಮಾದರಿಯು ಘನ ವಕ್ರರೇಖೆಯನ್ನು ಭವಿಷ್ಯ ನುಡಿಯುತ್ತದೆ, ಅದು ಪ್ರಯೋಗದೊಂದಿಗೆ ಉತ್ತಮ ಒಪ್ಪಂದದಲ್ಲಿದೆ ಎಂದು ಕಾಣುತ್ತದೆ.

ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನ ಗಾತ್ರಕ್ಕಿಂತ ಸುಮಾರು 10,000 ರಿಂದ 100,000 ಪಟ್ಟು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದೆ (XI ತರಗತಿಯ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ ಪಠ್ಯಪುಸ್ತಕದಲ್ಲಿ ಅಧ್ಯಾಯ 10, ವಿಭಾಗ 10.6 ನೋಡಿ). ಹೀಗಾಗಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನಿಂದ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನ ಗಾತ್ರದ ಸುಮಾರು 10,000 ರಿಂದ 100,000 ಪಟ್ಟು ದೂರದಲ್ಲಿರುವಂತೆ ತೋರುತ್ತವೆ. ಹೀಗಾಗಿ, ಪರಮಾಣುವಿನ ಬಹುಭಾಗವು ಖಾಲಿ ಜಾಗವಾಗಿದೆ. ಪರಮಾಣುವು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಖಾಲಿ ಜಾಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುದರಿಂದ, ಹೆಚ್ಚಿನ $\alpha$-ಕಣಗಳು ತೆಳುವಾದ ಲೋಹದ ಪತ್ರೆಯ ಮೂಲಕ ನೇರವಾಗಿ ಹೋಗುವುದು ಏಕೆ ಎಂಬುದನ್ನು ನೋಡುವುದು ಸುಲಭ. ಆದಾಗ್ಯೂ, $\alpha$-ಕಣವು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಗೆ ಹತ್ತಿರ ಬಂದಾಗ, ಅಲ್ಲಿನ ತೀವ್ರ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಅದನ್ನು ದೊಡ್ಡ ಕೋನದ ಮೂಲಕ ಪ್ರಕೀರ್ಣಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ. ಪರಮಾಣು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು, ತುಂಬಾ ಹಗುರವಾಗಿರುವುದರಿಂದ, $\alpha$-ಕಣಗಳ ಮೇಲೆ ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುವುದಿಲ್ಲ.

ಚಿತ್ರ 12.3 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾದ ಪ್ರಕೀರ್ಣನ ಡೇಟಾವನ್ನು ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ನ ಪರಮಾಣುವಿನ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯರ್ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ವಿಶ್ಲೇಷಿಸಬಹುದು. ಬಂಗಾರದ ಪತ್ರೆಯು ತುಂಬಾ ತೆಳುವಾಗಿರುವುದರಿಂದ, $\alpha$-ಕಣಗಳು ಅದರ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗುವಾಗ ಒಂದಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಪ್ರಕೀರ್ಣನವನ್ನು ಅನುಭವಿಸುವುದಿಲ್ಲ ಎಂದು ಭಾವಿಸಬಹುದು. ಆದ್ದರಿಂದ, ಒಂದೇ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನಿಂದ ಪ್ರಕೀರ್ಣಗೊಂಡ ಆಲ್ಫಾ-ಕಣದ ಪಥದ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರವು ಸಾಕು. ಆಲ್ಫಾ ಕಣಗಳು ಹೀಲಿಯಂ ಪರಮಾಣುಗಳ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಗಳಾಗಿವೆ ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ, ಎರಡು ಏಕಮಾನಗಳು, $2 e$, ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಹೀಲಿಯಂ ಪರಮಾಣುವಿನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ. ಬಂಗಾರದ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನ ಆವೇಶವು $Z e$ ಆಗಿದೆ, ಇಲ್ಲಿ $Z$ ಪರಮಾಣುವಿನ ಪರಮಾಣು ಸಂಖ್ಯೆ; ಬಂಗಾರಕ್ಕೆ $Z=79$. ಬಂಗಾರದ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಆಲ್ಫಾ-ಕಣಕ್ಕಿಂತ ಸುಮಾರು 50 ಪಟ್ಟು ಭಾರವಾಗಿರುವುದರಿಂದ, ಅದು ಪ್ರಕೀರ್ಣನ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಾದ್ಯಂತ ಸ್ಥಿರವಾಗಿ ಉಳಿಯುತ್ತದೆ ಎಂದು ಭಾವಿಸುವುದು ಸಮಂಜಸವಾಗಿದೆ. ಈ ಊಹೆಗಳ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ, ಆಲ್ಫಾ-ಕಣದ ಪಥವನ್ನು ನ್ಯೂಟನ್ನ ಚಲನೆಯ ಎರಡನೇ ನಿಯಮ ಮತ್ತು ಆಲ್ಫಾ-ಕಣ ಮತ್ತು ಧನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಆವೇಶಿತ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ನಡುವಿನ ಸ್ಥಿರವಿದ್ಯುತ್ತಿನ ವಿಕರ್ಷಕ ಬಲಕ್ಕಾಗಿ ಕೂಲಂಬ್ನ ನಿಯಮವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡಬಹುದು. ಈ ಬಲದ ಪ್ರಮಾಣ:

$$ \begin{equation*} F=\frac{1}{4 \pi \varepsilon_{0}} \frac{(2 e)(Z e)}{r^{2}} \tag{12.1} \end{equation*} $$

ಇಲ್ಲಿ $r$ ಆಲ್ಫಾ-ಕಣ ಮತ್ತು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ನಡುವಿನ ಅಂತರ. ಬಲವು ಆಲ್ಫಾ-ಕಣ ಮತ್ತು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಸೇರುವ ರೇಖೆಯ ಉದ್ದಕ್ಕೂ ನಿರ್ದೇಶಿಸಲ್ಪಡುತ್ತದೆ. $\alpha$-ಕಣದ ಮೇಲಿನ ಬಲದ ಪ್ರಮಾಣ ಮತ್ತು ದಿಕ್ಕು ಅದು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಗೆ ಸಮೀಪಿಸುತ್ತಿದ್ದಂತೆ ಮತ್ತು ಅದರಿಂದ ದೂರ ಸರಿಯುತ್ತಿದ್ದಂತೆ ನಿರಂತರವಾಗಿ ಬದಲಾಗುತ್ತದೆ.

12.2.1 ಆಲ್ಫಾ-ಕಣ ಪಥ

$\alpha$-ಕಣದಿಂದ ಗುರುತಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಪಥವು ಘರ್ಷಣೆಯ ಪ್ರಭಾವ ಪರಾಮಿತಿ, $b$ ಅನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ. ಪ್ರಭಾವ ಪರಾಮಿತಿಯು $\alpha$-ಕಣದ ಆರಂಭಿಕ ವೇಗ ವೆಕ್ಟರ್ನ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನ ಕೇಂದ್ರದಿಂದ (ಚಿತ್ರ 12.4) ಲಂಬ ಅಂತರವಾಗಿದೆ. ನಿರ್ದಿಷ್ಟ $\alpha$-ಕಣಗಳ ಕಿರಣವು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ

ಚಿತ್ರ 12.4 ಗುರಿ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನ ಕೂಲಂಬ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ $\alpha$-ಕಣಗಳ ಪಥ. ಪ್ರಭಾವ ಪರಾಮಿತಿ, $b$ ಮತ್ತು ಪ್ರಕೀರ್ಣನ ಕೋನ $\theta$ ಸಹ ಚಿತ್ರಿಸಲಾಗಿದೆ.

ಪ್ರಭಾವ ಪರಾಮಿತಿಗಳ ಹಂಚಿಕೆ $b$, ಆದ್ದರಿಂದ ಕಿರಣವನ್ನು ವಿವಿಧ ಸಂಭವನೀಯತೆಗಳೊಂದಿಗೆ ವಿವಿಧ ದಿಕ್ಕುಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರಕೀರ್ಣಗೊಳಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 12.4). (ಕಿರಣದಲ್ಲಿ, ಎಲ್ಲಾ ಕಣಗಳು ಸುಮಾರು ಒಂದೇ ರೀತಿಯ ಚಲನ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ.) ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಗೆ ಹತ್ತಿರವಿರುವ ಆಲ್ಫಾ-ಕಣ (ಸಣ್ಣ ಪ್ರಭಾವ ಪರಾಮಿತಿ) ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಕೀರ್ಣನವನ್ನು ಅನುಭವಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಕಾಣುತ್ತದೆ. ಹೆಡ್-ಆನ್ ಘರ್ಷಣೆಯ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಪ್ರಭಾವ ಪರಾಮಿತಿಯು ಕನಿಷ್ಠವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು $\alpha$-ಕಣವು ಹಿಂದಕ್ಕೆ $(\theta \cong \pi)$ ಪ್ರತಿಫಲಿಸುತ್ತದೆ. ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಭಾವ ಪರಾಮಿತಿಗೆ, $\alpha$-ಕಣವು ಬಹುತೇಕ ವಿಚಲನಗೊಳ್ಳದೆ ಹೋಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಸಣ್ಣ ವಿಚಲನ $(\theta \cong 0)$ ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ.

ಘಟನೆಯ ಕಣಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯಲ್ಲಿ ಕೇವಲ ಒಂದು ಸಣ್ಣ ಭಾಗ ಮಾತ್ರ ಹಿಂದಕ್ಕೆ ಪ್ರತಿಫಲಿಸುತ್ತದೆ ಎಂಬ ಅಂಶವು ಹೆಡ್-ಆನ್ ಘರ್ಷಣೆಯನ್ನು ಅನುಭವಿಸುವ $\alpha$-ಕಣಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯು ಸಣ್ಣದಾಗಿದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ಇದು, ಪ್ರತಿಯಾಗಿ, ಪರಮಾಣುವಿನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ಮತ್ತು ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶವು ಸಣ್ಣ ಪರಿಮಾಣದಲ್ಲಿ ಕೇಂದ್ರೀಕೃತವಾಗಿದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ ಪ್ರಕೀರ್ಣನವು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನ ಗಾತ್ರಕ್ಕೆ ಮೇಲಿನ ಮಿತಿಯನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಲು ಶಕ್ತಿಯುತ ಮಾರ್ಗವಾಗಿದೆ.

ಉದಾಹರಣೆ 12.1 ಪರಮಾಣುವಿನ ರುದರ್ಫೋರ್ಡ್ನ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯರ್ ಮಾದರಿಯಲ್ಲಿ, ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ (ತ್ರಿಜ್ಯ ಸುಮಾರು $10^{-15} \mathrm{~m}$ ) ಸೂರ್ಯನಿಗೆ ಸಾದೃಶ್ಯವಾಗಿದೆ, ಅದರ ಸುತ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ (ತ್ರಿಜ್ಯ $\approx 10^{-10} \mathrm{~m}$ ) ಚಲಿಸುತ್ತದೆ, ಭೂಮಿಯು ಸೂರ್ಯನ ಸುತ್ತ ಪರಿಭ್ರಮಿಸುವಂತೆ. ಸೌರಮಂಡಲದ ಆಯಾಮಗಳು ಪರಮಾಣುವಿನ ಅದೇ ಪ್ರಮಾಣಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದ್ದರೆ, ಭೂಮಿಯು ವಾಸ್ತವದಲ್ಲಿರುವುದಕ್ಕಿಂತ ಸೂರ್ಯನಿಗೆ ಹತ್ತಿರವಾಗಿರುತ್ತದೆಯೇ ಅಥವಾ ದೂರವಾಗಿರುತ್ತದೆಯೇ? ಭೂಮಿಯ ಕಕ್ಷೆಯ ತ್ರಿಜ್ಯವು ಸುಮಾರು $1.5 \times 10^{11} \mathrm{~m}$ ಆಗಿದೆ. ಸೂರ್ಯನ ತ್ರಿಜ್ಯವನ್ನು $7 \times 10^{8} \mathrm{~m}$ ಎಂದು ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಲಾಗಿದೆ.

ಪರಿಹಾರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ನ ಕಕ್ಷೆಯ ತ್ರಿಜ್ಯದಿಂದ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನ ತ್ರಿಜ್ಯದ ಅನುಪಾತವು $\left(10^{-10} \mathrm{~m}\right) /\left(10^{-15} \mathrm{~m}\right)=10^{5}$ ಆಗಿದೆ, ಅಂದರೆ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ನ ಕಕ್ಷೆಯ ತ್ರಿಜ್ಯವು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನ ತ್ರಿಜ್ಯಕ್ಕಿಂತ $10^{5}$ ಪಟ್ಟು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದೆ. ಭೂಮಿಯು ಸೂರ್ಯನ ಸುತ್ತಿನ ಕಕ್ಷೆಯ ತ್ರಿಜ್ಯವು ಸೂರ್ಯನ ತ್ರಿಜ್ಯಕ್ಕಿಂತ $10^{5}$ ಪಟ್ಟು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದ್ದರೆ, ಭೂಮಿಯ ಕಕ್ಷೆಯ ತ್ರಿಜ್ಯವು $10^{5} \times 7 \times 10^{8} \mathrm{~m}=$ $7 \times 10^{13} \mathrm{~m}$ ಆಗಿರುತ್ತದೆ. ಇದು ಭೂಮಿಯ ವಾಸ