13.1 ആമുഖം

മുമ്പത്തെ അദ്ധ്യായത്തിൽ, ഓരോ ആറ്റത്തിലും പോസിറ്റീവ് ചാർജും പിണ്ഡവും ആറ്റത്തിന്റെ കേന്ദ്രത്തിൽ സാന്ദ്രീകൃതമായി കേന്ദ്രീകരിച്ച് അതിന്റെ ന്യൂക്ലിയസ് രൂപപ്പെടുത്തുന്നുവെന്ന് നാം പഠിച്ചു. ഒരു ന്യൂക്ലിയസിന്റെ മൊത്തം അളവുകൾ ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ അളവുകളേക്കാൾ വളരെ ചെറുതാണ്. $\alpha$-കണങ്ങളുടെ ചിതറിക്കൽ പരീക്ഷണങ്ങൾ ഒരു ന്യൂക്ലിയസിന്റെ ആരം ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ ആരത്തേക്കാൾ ഏകദേശം $10^{4}$ എന്ന ഘടകം കൊണ്ട് ചെറുതാണെന്ന് തെളിയിച്ചു. ഇതിനർത്ഥം ഒരു ന്യൂക്ലിയസിന്റെ വ്യാപ്തം ആറ്റത്തിന്റെ വ്യാപ്തത്തിന്റെ ഏകദേശം $10^{-12}$ മടങ്ങാണ്. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, ഒരു ആറ്റം ഏറെക്കുറെ ശൂന്യമാണ്. ഒരു ആറ്റം ഒരു ക്ലാസ്സ് മുറിയുടെ വലുപ്പത്തിലേക്ക് വലുതാക്കിയാൽ, ന്യൂക്ലിയസ് ഒരു പിൻഹെഡിന്റെ വലുപ്പത്തിലായിരിക്കും. എന്നിട്ടും, ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ മിക്കവാറും (99.9% ൽ കൂടുതൽ) പിണ്ഡം ന്യൂക്ലിയസിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു.

ആറ്റത്തിന് ഒരു ഘടന ഉള്ളതുപോലെ ന്യൂക്ലിയസിനും ഒരു ഘടന ഉണ്ടോ? അങ്ങനെയെങ്കിൽ, ന്യൂക്ലിയസിന്റെ ഘടകങ്ങൾ എന്തൊക്കെയാണ്? ഇവ എങ്ങനെയാണ് ഒരുമിച്ച് പിടിച്ചിരിക്കുന്നത്? ഈ അദ്ധ്യായത്തിൽ, അത്തരം ചോദ്യങ്ങൾക്കുള്ള ഉത്തരങ്ങൾക്കായി നാം നോക്കും. അവയുടെ വലുപ്പം, പിണ്ഡം, സ്ഥിരത തുടങ്ങിയ വിവിധ ഗുണങ്ങളും, റേഡിയോ ആക്ടിവിറ്റി, ഫിഷൻ, ഫ്യൂഷൻ തുടങ്ങിയ ബന്ധപ്പെട്ട ന്യൂക്ലിയർ പ്രതിഭാസങ്ങളും നാം ചർച്ച ചെയ്യും.

13.2 ആറ്റോമിക് പിണ്ഡങ്ങളും ന്യൂക്ലിയസിന്റെ ഘടനയും

ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ പിണ്ഡം ഒരു കിലോഗ്രാമുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ വളരെ ചെറുതാണ്; ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു കാർബൺ ആറ്റത്തിന്റെ പിണ്ഡം, $ ^{12} \mathrm{C}$, $1.992647 \times 10^{-26} \mathrm{~kg}$ ആണ്. ഇത്രയും ചെറിയ അളവുകൾ പ്രകടിപ്പിക്കാൻ കിലോഗ്രാം വളരെ സൗകര്യപ്രദമായ ഒരു യൂണിറ്റല്ല. അതിനാൽ, ആറ്റോമിക് പിണ്ഡങ്ങൾ പ്രകടിപ്പിക്കാൻ വ്യത്യസ്തമായ ഒരു പിണ്ഡ യൂണിറ്റ് ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഈ യൂണിറ്റാണ് ആറ്റോമിക് മാസ് യൂണിറ്റ് $(\mathrm{u})$, $1 / 12^{\mathrm{th}}$ കാർബൺ $( ^{12} \mathrm{C})$ ആറ്റത്തിന്റെ പിണ്ഡമായി നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നു. ഈ നിർവചനം അനുസരിച്ച്

$$ \begin{align*} 1 \mathrm{u} & =\frac{\text { mass of one } ^{12} \mathrm{C} \text { atom }}{12} \\ & =\frac{1.992647 \times 10^{-26} \mathrm{~kg}}{12} \\ \end{align*} $$

$$ \begin{align*} & =1.660539 \times 10^{-27} \mathrm{~kg} \tag{13.1} \end{align*} $$

ആറ്റോമിക് മാസ് യൂണിറ്റ് $(\mathrm{u})$ ൽ പ്രകടിപ്പിക്കുന്ന വിവിധ മൂലകങ്ങളുടെ ആറ്റോമിക് പിണ്ഡങ്ങൾ ഒരു ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റത്തിന്റെ പിണ്ഡത്തിന്റെ പൂർണ്ണസംഖ്യ ഗുണിതങ്ങളായി ഏകദേശം അടുത്തുള്ളതാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ഈ നിയമത്തിന് പല കുത്തക ഒഴിവാക്കലുകളുണ്ട്. ഉദാഹരണത്തിന്, ക്ലോറിൻ ആറ്റത്തിന്റെ ആറ്റോമിക് പിണ്ഡം $35.46 \mathrm{u}$ ആണ്.

ആറ്റോമിക് പിണ്ഡങ്ങളുടെ കൃത്യമായ അളവെടുപ്പ് ഒരു മാസ് സ്പെക്ട്രോമീറ്റർ ഉപയോഗിച്ചാണ് നടത്തുന്നത്, ആറ്റോമിക് പിണ്ഡങ്ങളുടെ അളവെടുപ്പ് ഒരേ മൂലകത്തിന്റെ വ്യത്യസ്ത തരം ആറ്റങ്ങളുടെ അസ്തിത്വം വെളിപ്പെടുത്തുന്നു, അവ ഒരേ രാസ ഗുണങ്ങൾ പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു, പക്ഷേ പിണ്ഡത്തിൽ വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. പിണ്ഡത്തിൽ വ്യത്യാസമുള്ള ഒരേ മൂലകത്തിന്റെ അത്തരം ആറ്റോമിക് സ്പീഷീസുകളെ ഐസോടോപ്പുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. (ഗ്രീക്കിൽ, ഐസോടോപ്പ് എന്നാൽ ഒരേ സ്ഥാനം, അതായത് അവ മൂലകങ്ങളുടെ ആവർത്തനപ്പട്ടികയിലെ ഒരേ സ്ഥാനത്ത് സംഭവിക്കുന്നു.) ഏതാണ്ട് എല്ലാ മൂലകങ്ങളും നിരവധി ഐസോടോപ്പുകളുടെ മിശ്രിതം അടങ്ങിയതാണെന്ന് കണ്ടെത്തി. വ്യത്യസ്ത ഐസോടോപ്പുകളുടെ ആപേക്ഷിക സമൃദ്ധി മൂലകത്തിനനുസരിച്ച് വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ക്ലോറിൻ,

ഉദാഹരണത്തിന്, $34.98 \mathrm{u}$, $36.98 \mathrm{u}$ എന്നീ പിണ്ഡങ്ങളുള്ള രണ്ട് ഐസോടോപ്പുകൾ ഉണ്ട്, അവ ഒരു ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റത്തിന്റെ പിണ്ഡത്തിന്റെ ഏകദേശം പൂർണ്ണസംഖ്യ ഗുണിതങ്ങളാണ്. ഈ ഐസോടോപ്പുകളുടെ ആപേക്ഷിക സമൃദ്ധി യഥാക്രമം 75.4, 24.6 ശതമാനമാണ്. അങ്ങനെ, ഒരു ക്ലോറിൻ ആറ്റത്തിന്റെ ശരാശരി പിണ്ഡം രണ്ട് ഐസോടോപ്പുകളുടെ പിണ്ഡങ്ങളുടെ ഭാരം കണക്കാക്കിയ ശരാശരിയിൽ നിന്ന് ലഭിക്കുന്നു, അത്

$$ \begin{aligned} & =\frac{75.4 \times 34.98+24.6 \times 36.98}{100} \end{aligned} $$

$$ \begin{aligned} & =35.47 \mathrm{u} \end{aligned} $$

ക്ലോറിന്റെ ആറ്റോമിക് പിണ്ഡവുമായി യോജിക്കുന്നു.

ഏറ്റവും ഭാരം കുറഞ്ഞ മൂലകമായ ഹൈഡ്രജന് പോലും $1.0078 \mathrm{u}, 2.0141 \mathrm{u}$, $3.0160 \mathrm{u}$ എന്നീ പിണ്ഡങ്ങളുള്ള മൂന്ന് ഐസോടോപ്പുകളുണ്ട്. ഹൈഡ്രജന്റെ ഏറ്റവും ഭാരം കുറഞ്ഞ ആറ്റത്തിന്റെ ന്യൂക്ലിയസ്, അതിന് $99.985 %$ ന്റെ ആപേക്ഷിക സമൃദ്ധിയുണ്ട്, പ്രോട്ടോൺ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഒരു പ്രോട്ടോണിന്റെ പിണ്ഡം

$$ \begin{equation*} m_{p}=1.00727 \mathrm{u}=1.67262 \times 10^{-27} \mathrm{~kg} \tag{13.2} \\ \end{equation*} $$

ഇത് ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റത്തിന്റെ പിണ്ഡം $(=1.00783 \mathrm{u})$, ഒരൊറ്റ ഇലക്ട്രോണിന്റെ പിണ്ഡം $(m_{e}=0.00055 \mathrm{u})$ കുറച്ചതിന് തുല്യമാണ്. ഹൈഡ്രജന്റെ മറ്റ് രണ്ട് ഐസോടോപ്പുകളെ ഡ്യൂട്ടീരിയം, ട്രിഷ്യം എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ട്രിഷ്യം ന്യൂക്ലിയസുകൾ അസ്ഥിരമായതിനാൽ സ്വാഭാവികമായി സംഭവിക്കുന്നില്ല, ലാബോറട്ടറികളിൽ കൃത്രിമമായി ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു.

ന്യൂക്ലിയസിലെ പോസിറ്റീവ് ചാർജ് പ്രോട്ടോണുകളുടേതാണ്. ഒരു പ്രോട്ടോൺ ഒരു യൂണിറ്റ് അടിസ്ഥാന ചാർജ് വഹിക്കുന്നു, അത് സ്ഥിരമാണ്. ന്യൂക്ലിയസിൽ ഇലക്ട്രോണുകൾ അടങ്ങിയിരിക്കാമെന്ന് മുമ്പ് കരുതപ്പെട്ടിരുന്നു, പക്ഷേ ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള വാദങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് ഇത് പിന്നീട് നിരസിക്കപ്പെട്ടു. ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ എല്ലാ ഇലക്ട്രോണുകളും ന്യൂക്ലിയസിന് പുറത്താണ്. ആറ്റത്തിന്റെ ന്യൂക്ലിയസിന് പുറത്തുള്ള ഈ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണം $Z$, ആറ്റോമിക് നമ്പർ ആണെന്ന് നമുക്കറിയാം. അങ്ങനെ ആറ്റോമിക് ഇലക്ട്രോണുകളുടെ മൊത്തം ചാർജ് $(-Z e)$ ആണ്, ആറ്റം നിഷ്പക്ഷമായതിനാൽ, ന്യൂക്ലിയസിന്റെ ചാർജ് $(+Z e)$ ആണ്. അതിനാൽ, ആറ്റത്തിന്റെ ന്യൂക്ലിയസിലെ പ്രോട്ടോണുകളുടെ എണ്ണം കൃത്യമായി $Z$, ആറ്റോമിക് നമ്പർ ആണ്.

ന്യൂട്രോണിന്റെ കണ്ടുപിടിത്തം

ഡ്യൂട്ടീരിയത്തിന്റെയും ട്രിഷ്യത്തിന്റെയും ന്യൂക്ലിയസുകൾ ഹൈഡ്രജന്റെ ഐസോടോപ്പുകളായതിനാൽ, അവ ഓരോന്നിനും ഒരു പ്രോട്ടോൺ മാത്രമേ അടങ്ങിയിട്ടുള്ളൂ. എന്നാൽ ഹൈഡ്രജൻ, ഡ്യൂട്ടീരിയം, ട്രിഷ്യം എന്നിവയുടെ ന്യൂക്ലിയസുകളുടെ പിണ്ഡങ്ങൾ 1:2:3 എന്ന അനുപാതത്തിലാണ്. അതിനാൽ, ഡ്യൂട്ടീരിയത്തിന്റെയും ട്രിഷ്യത്തിന്റെയും ന്യൂക്ലിയസുകളിൽ ഒരു പ്രോട്ടോണിന് പുറമേ, ചില നിഷ്പക്ഷ പദാർത്ഥങ്ങൾ അടങ്ങിയിരിക്കണം. ഈ ഐസോടോപ്പുകളുടെ ന്യൂക്ലിയസുകളിൽ നിലനിൽക്കുന്ന നിഷ്പക്ഷ പദാർത്ഥത്തിന്റെ അളവ്, ഒരു പ്രോട്ടോണിന്റെ പിണ്ഡ യൂണിറ്റുകളിൽ പ്രകടിപ്പിക്കുമ്പോൾ, യഥാക്രമം ഒന്നും രണ്ടും ആണ്. ഈ വസ്തുത സൂചിപ്പിക്കുന്നത് ആറ്റങ്ങളുടെ ന്യൂക്ലിയസുകളിൽ പ്രോട്ടോണുകൾക്ക് പുറമേ, ഒരു അടിസ്ഥാന യൂണിറ്റിന്റെ ഗുണിതങ്ങളായ നിഷ്പക്ഷ പദാർത്ഥങ്ങൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു എന്നാണ്. ബെറിലിയം ന്യൂക്ലിയസുകൾ ആൽഫ-കണങ്ങൾ ($\alpha$-കണങ്ങൾ ഹീലിയം ന്യൂക്ലിയസുകളാണ്, ഒരു പിന്നീടുള്ള വിഭാഗത്തിൽ ചർച്ച ചെയ്യും) ഉപയോഗിച്ച് ബോംബാരിചെയ്യപ്പെടുമ്പോൾ നിഷ്പക്ഷ വികിരണം പുറപ്പെടുവിക്കുന്നത് ജെയിംസ് ചാഡ്വിക്ക് 1932-ൽ നിരീക്ഷിച്ചതാണ് ഈ പരികല്പന സ്ഥിരീകരിച്ചത്. ഈ നിഷ്പക്ഷ വികിരണത്തിന് ഹീലിയം, കാർബൺ, നൈട്രജൻ തുടങ്ങിയ ഭാരം കുറഞ്ഞ ന്യൂക്ലിയസുകളിൽ നിന്ന് പ്രോട്ടോണുകൾ പുറത്തെടുക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് കണ്ടെത്തി. ആ സമയത്ത് അറിയപ്പെട്ട ഏക നിഷ്പക്ഷ വികിരണം ഫോട്ടോണുകൾ (വൈദ്യുതകാന്തിക വികിരണം) ആയിരുന്നു. ഊർജ്ജ സംരക്ഷണ നിയമത്തിന്റെയും ആക്ക സംരക്ഷണ നിയമത്തിന്റെയും തത്വങ്ങളുടെ പ്രയോഗം കാണിച്ചത്, നിഷ്പക്ഷ വികിരണത്തിൽ ഫോട്ടോണുകൾ അടങ്ങിയിട്ടുണ്ടെങ്കിൽ, ഫോട്ടോണുകളുടെ ഊർജ്ജം ബെറിലിയം ന്യൂക്ലിയസുകളെ $\alpha$-കണങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് ബോംബാരിചെയ്യുന്നതിൽ നിന്ന് ലഭ്യമായതിനേക്കാൾ വളരെ കൂടുതലായിരിക്കുമെന്നാണ്. ചാഡ്വിക്ക് തൃപ്തികരമായി പരിഹരിച്ച ഈ പസിലിനുള്ള സൂചന, നിഷ്പക്ഷ വികിരണത്തിൽ ന്യൂട്രോണുകൾ എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്ന ഒരു പുതിയ തരം നിഷ്പക്ഷ കണങ്ങൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നുവെന്ന് അനുമാനിക്കുക എന്നതായിരുന്നു. ഊർജ്ജ സംരക്ഷണത്തിൽ നിന്നും ആക്ക സംരക്ഷണത്തിൽ നിന്നും, പുതിയ കണത്തിന്റെ പിണ്ഡം ‘പ്രോട്ടോണിന്റെ പിണ്ഡത്തിന് ഏതാണ്ട് തുല്യമായി’ നിർണ്ണയിക്കാൻ അദ്ദേഹത്തിന് കഴിഞ്ഞു.

ഒരു ന്യൂട്രോണിന്റെ പിണ്ഡം ഇപ്പോൾ ഉയർന്ന കൃത്യതയോടെ അറിയപ്പെടുന്നു. അത്

$$ \begin{equation*} m_{\mathrm{n}}=1.00866 \mathrm{u}=1.6749 \times 10^{-27} \mathrm{~kg} \tag{13.3} \end{equation*} $$

ന്യൂട്രോണിന്റെ കണ്ടുപിടിത്തത്തിന് ചാഡ്വിക്കിന് 1935-ലെ ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിനുള്ള നോബൽ സമ്മാനം ലഭിച്ചു. ഒരു സ്വതന്ത്ര ന്യൂട്രോൺ, ഒരു സ്വതന്ത്ര പ്രോട്ടോണിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, അസ്ഥിരമാണ്. ഇത് ഒരു പ്രോട്ടോണിലേക്കും ഒരു ഇലക്ട്രോണിലേക്കും ഒരു ആന്റിന്യൂട്രിനോയിലേക്കും (മറ്റൊരു പ്രാഥമിക കണം) ക്ഷയിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഏകദേശം 1000 സെക്കൻഡ് ശരാശരി ആയുസ്സുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, ഇത് ന്യൂക്ലിയസിനുള്ളിൽ സ്ഥിരമാണ്.

ഇനിപ്പറയുന്ന പദങ്ങളും ചിഹ്നങ്ങളും ഉപയോഗിച്ച് ഇപ്പോൾ ഒരു ന്യൂക്ലിയസിന്റെ ഘടന വിവരിക്കാം:

$Z$ - ആറ്റോമിക് നമ്പർ $=$ പ്രോട്ടോണുകളുടെ എണ്ണം [13.4 (a)]

$N$ - ന്യൂട്രോൺ നമ്പർ $=$ ന്യൂട്രോണുകളുടെ എണ്ണം [13.4 (b)]

$A$ - മാസ് നമ്പർ $=Z+N$

$$ \begin{equation*} \text { = total number of protons and neutrons } \tag{ 13.4(c) } \end{equation*} $$

ഒരു പ്രോട്ടോണിനോ ന്യൂട്രോണിനോ വേണ്ടി ന്യൂക്ലിയോൺ എന്ന പദവും ഒരാൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. അങ്ങനെ ഒരു ആറ്റത്തിലെ ന്യൂക്ലിയോണുകളുടെ എണ്ണം അതിന്റെ മാസ് നമ്പർ $\mathrm{A}$ ആണ്.

ന്യൂക്ലിയർ സ്പീഷീസ് അല്ലെങ്കിൽ ന്യൂക്ലൈഡുകൾ $ _{Z}^{A} \mathrm{X}$ എന്ന നൊട്ടേഷൻ ഉപയോഗിച്ച് കാണിക്കുന്നു $ _{Z}^{A} \mathrm{X}$ ഇവിടെ $X$ സ്പീഷീസിന്റെ രാസ ചിഹ്നമാണ്. ഉദാഹരണത്തിന്, സ്വർണ്ണത്തിന്റെ ന്യൂക്ലിയസ് $ _{79}^{197} \mathrm{Au}$ എന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ഇതിൽ 197 ന്യൂക്ലിയോണുകൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, അതിൽ 79 പ്രോട്ടോണുകളും ബാക്കി 118 ന്യൂട്രോണുകളുമാണ്.

ഒരു മൂലകത്തിന്റെ ഐസോടോപ്പുകളുടെ ഘടന ഇപ്പോൾ എളുപ്പത്തിൽ വിശദീകരിക്കാം. ഒരു നിശ്ചിത മൂലകത്തിന്റെ ഐസോടോപ്പുകളുടെ ന്യൂക്ലിയസുകളിൽ ഒരേ എണ്ണം പ്രോട്ടോണുകൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, പക്ഷേ അവയുടെ ന്യൂട്രോണുകളുടെ എണ്ണത്തിൽ പരസ്പരം വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഡ്യൂട്ടീരിയം, $ _{1}^{2} \mathrm{H}$, ഇത് ഹൈഡ്രജന്റെ ഒരു ഐസോടോപ്പാണ്, ഒരു പ്രോട്ടോണും ഒരു ന്യൂട്രോണും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. അതിന്റെ മറ്റൊരു ഐസോടോപ്പ് ട്രിഷ്യം, $ _{1}^{3} \mathrm{H}$, ഒരു പ്രോട്ടോണും രണ്ട് ന്യൂട്രോണുകളും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. സ്വർണ്ണ മൂലകത്തിന് $A=173$ മുതൽ $A=204$ വരെയുള്ള 32 ഐസോടോപ്പുകളുണ്ട്. മൂലകങ്ങളുടെ രാസ ഗുണങ്ങൾ അവയുടെ ഇലക്ട്രോണിക് ഘടനയെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നുവെന്ന് ഞങ്ങൾ ഇതിനകം പരാമർശിച്ചിട്ടുണ്ട്. ഐസോടോപ്പുകളുടെ ആറ്റങ്ങൾക്ക് സമാനമായ ഇലക്ട്രോണിക് ഘടന ഉള്ളതിനാൽ, അവയ്ക്ക് സമാനമായ രാസ സ്വഭാവമുണ്ട്, ആവർത്തനപ്പട്ടികയിലെ ഒരേ സ്ഥാനത്ത് സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്നു.

ഒരേ മാസ് നമ്പർ $A$ ഉള്ള എല്ലാ ന്യൂക്ലൈഡുകളെയും ഐസോബാറുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, ന്യൂക്ലൈഡുകൾ $ _{1}^{3} \mathrm{H}$, $ _{2}^{3} \mathrm{He}$ ഐസോബാറുകളാണ്. ഒരേ ന്യൂട്രോൺ നമ്പർ $N$ ഉള്ള ന്യൂക്ലൈഡുകൾ എന്നാൽ വ്യത്യസ്ത ആറ്റോമിക് നമ്പർ $Z$, ഉദാഹരണത്തിന് $ _{80}^{198} \mathrm{Hg}$, $ _{79}^{197} \mathrm{Au}$, ഐസോടോണുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

13.3 ന്യൂക്ലിയസിന്റെ വലുപ്പം

അദ്ധ്യായം 12-ൽ നാം കണ്ടതുപോലെ, ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസിന്റെ അസ്തിത്വം അനുമാനിക്കുകയും സ്ഥാപിക്കുകയും ചെയ്ത പയനിയർ റുഥർഫോർഡ് ആയിരുന്നു. റുഥർഫോർഡിന്റെ നിർദ്ദേശപ്രകാരം, ഗീഗറും മാർസ്ഡനും അവരുടെ ക്ലാസിക് പരീക്ഷണം നടത്തി: നേർത്ത സ്വർണ്ണ ഫോയിലുകളിൽ നിന്ന് $\alpha$-കണങ്ങളുടെ ചിതറിക്കൽ. അവരുടെ പരീക്ഷണങ്ങൾ വെളിപ്പെടുത്തിയത്, ഗതികോർജ്ജം $5.5 \mathrm{MeV}$ ഉള്ള ഒരു $\alpha$-കണത്തിന്റെ ഒരു സ്വർണ്ണ ന്യൂക്ലിയസിലേക്കുള്ള ഏറ്റവും അടുത്തുള്ള സമീപനത്തിന്റെ ദൂരം ഏകദേശം $4.0 \times 10^{-14} \mathrm{~m}$ ആണ്. സ്വർണ്ണ ഷീറ്റ് $\alpha$-കണം ചിതറിക്കുന്നത് കൂളോം വികർഷണ ബലം മാത്രമാണ് ചിതറിക്കലിന് കാരണമെന്ന് അനുമാനിച്ചുകൊണ്ട് റുഥർഫോർഡിന് മനസ്സിലാക്കാൻ കഴിഞ്ഞു. പോസിറ്റീവ് ചാർജ് ന്യൂക്ലിയസിലേക്ക് പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നതിനാൽ, ന്യൂക്ലിയസിന്റെ യഥാർത്ഥ വലുപ്പം $4.0 \times 10^{-14} \mathrm{~m}$ ൽ കുറവായിരിക്കണം.

$\alpha$-കണങ്ങൾ $5.5 \mathrm{MeV}$ എന്നതിനേക്കാൾ ഉയർന്ന ഊർജ്ജങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുകയാണെങ്കിൽ, സ്വർണ്ണ ന്യൂക്ലിയസിലേക്കുള്ള ഏറ്റവും അടുത്തുള്ള സമീപനത്തിന്റെ ദൂരം ചെറുതായിരിക്കും, ചില ഘട്ടങ്ങളിൽ ചിതറിക്കൽ ഹ്രസ്വ പരിധിയിലുള്ള ന്യൂക്ലിയർ ബലങ്ങളാൽ ബാധിക്കാൻ തുടങ്ങുകയും റുഥർഫോർഡിന്റെ കണക്കുകൂട്ടലുകളിൽ നിന്ന് വ്യത്യാസപ്പെടുകയും ചെയ്യും. റുഥർഫോർഡിന്റെ കണക്കുകൂട്ടലുകൾ $\alpha$ കണത്തിന്റെയും സ്വർണ്ണ ന്യൂക്ലിയസിന്റെയും പോസിറ്റീവ് ചാർജുകൾ തമ്മിലുള്ള ശുദ്ധമായ കൂളോം വികർഷണത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്. വ്യതിയാനങ്ങൾ സ്ഥാപിക്കുന്ന ദൂരത്തിൽ നിന്ന്, ന്യൂക്ലിയർ വലുപ്പങ്ങൾ അനുമാനിക്കാം.

$\alpha$-കണങ്ങൾക്ക് പകരം വേഗതയേറിയ ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ചിതറിക്കൽ പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്തുന്നതിലൂടെ, വിവിധ മൂലകങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്ന ലക്ഷ്യങ്ങളെ ബോംബാരിചെയ്യുന്ന പ്രൊജക്ടൈലുകളാണ്, വിവിധ മൂലകങ്ങളുടെ ന്യൂക്ലിയസുകളുടെ വലുപ്പങ്ങൾ കൃത്യമായി അളക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്.

മാസ് നമ്പർ $A$ ഉള്ള ഒരു ന്യൂക്ലിയസിന് ഒരു ആരം ഉണ്ടെന്ന് കണ്ടെത്തി

$$ \begin{equation*} R=R_{0} A^{1 / 3} \tag{13.5} \end{equation*} $$

ഇവിടെ $R_{0}=1.2 \times 10^{-15} \mathrm{~m}(=1.2 \mathrm{fm} ; 1 \mathrm{fm}=10^{-15} \mathrm{~m})$. ഇതിനർത്ഥം ന്യൂക്ലിയസിന്റെ വ്യാപ്തം, അത് $R^{3}$ ന് ആനുപാതികമാണ്, $A$ ന് ആനുപാതികമാണ്. അങ്ങനെ ന്യൂക്ലിയസിന്റെ