13.1 ਜਾਣ-ਪਛਾਣ

ਪਿਛਲੇ ਅਧਿਆਇ ਵਿੱਚ, ਅਸੀਂ ਸਿੱਖਿਆ ਹੈ ਕਿ ਹਰੇਕ ਪਰਮਾਣੂ ਵਿੱਚ, ਧਨਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਅਤੇ ਪੁੰਜ ਪਰਮਾਣੂ ਦੇ ਕੇਂਦਰ ‘ਤੇ ਸੰਘਣੇ ਤੌਰ ‘ਤੇ ਕੇਂਦ੍ਰਿਤ ਹੁੰਦੇ ਹਨ ਜੋ ਇਸਦਾ ਨਾਭਿਕ ਬਣਾਉਂਦੇ ਹਨ। ਨਾਭਿਕ ਦਾ ਕੁੱਲ ਆਕਾਰ ਪਰਮਾਣੂ ਦੇ ਆਕਾਰ ਨਾਲੋਂ ਬਹੁਤ ਛੋਟਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। $\alpha$-ਕਣਾਂ ਦੇ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ‘ਤੇ ਕੀਤੇ ਗਏ ਪ੍ਰਯੋਗਾਂ ਨੇ ਦਰਸਾਇਆ ਕਿ ਨਾਭਿਕ ਦਾ ਅਰਧ-ਵਿਆਸ ਪਰਮਾਣੂ ਦੇ ਅਰਧ-ਵਿਆਸ ਨਾਲੋਂ ਲਗਭਗ $10^{4}$ ਗੁਣਾ ਛੋਟਾ ਸੀ। ਇਸਦਾ ਮਤਲਬ ਹੈ ਕਿ ਨਾਭਿਕ ਦਾ ਆਇਤਨ ਪਰਮਾਣੂ ਦੇ ਆਇਤਨ ਦਾ ਲਗਭਗ $10^{-12}$ ਗੁਣਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਦੂਜੇ ਸ਼ਬਦਾਂ ਵਿੱਚ, ਇੱਕ ਪਰਮਾਣੂ ਲਗਭਗ ਖਾਲੀ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਜੇਕਰ ਇੱਕ ਪਰਮਾਣੂ ਨੂੰ ਕਲਾਸਰੂਮ ਦੇ ਆਕਾਰ ਤੱਕ ਵੱਡਾ ਕੀਤਾ ਜਾਵੇ, ਤਾਂ ਨਾਭਿਕ ਸੂਈ ਦੇ ਸਿਰੇ ਦੇ ਆਕਾਰ ਦਾ ਹੋਵੇਗਾ। ਫਿਰ ਵੀ, ਨਾਭਿਕ ਵਿੱਚ ਪਰਮਾਣੂ ਦਾ ਬਹੁਤਾਤ (99.9% ਤੋਂ ਵੱਧ) ਪੁੰਜ ਸ਼ਾਮਲ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।

ਕੀ ਨਾਭਿਕ ਦੀ ਇੱਕ ਬਣਤਰ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਪਰਮਾਣੂ ਦੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ? ਜੇ ਹਾਂ, ਤਾਂ ਨਾਭਿਕ ਦੇ ਅੰਗ ਕੀ ਹਨ? ਇਹ ਕਿਵੇਂ ਇਕੱਠੇ ਰੱਖੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ? ਇਸ ਅਧਿਆਇ ਵਿੱਚ, ਅਸੀਂ ਅਜਿਹੇ ਸਵਾਲਾਂ ਦੇ ਜਵਾਬ ਲੱਭਾਂਗੇ। ਅਸੀਂ ਨਾਭਿਕਾਂ ਦੇ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਗੁਣਾਂ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਉਨ੍ਹਾਂ ਦਾ ਆਕਾਰ, ਪੁੰਜ ਅਤੇ ਸਥਿਰਤਾ, ਅਤੇ ਰੇਡੀਓਐਕਟਿਵਿਟੀ, ਵਿਖੰਡਨ ਅਤੇ ਸੰਯੋਜਨ ਵਰਗੀਆਂ ਸੰਬੰਧਿਤ ਨਾਭਿਕੀ ਘਟਨਾਵਾਂ ਬਾਰੇ ਵੀ ਚਰਚਾ ਕਰਾਂਗੇ।

13.2 ਪਰਮਾਣਵਿਕ ਪੁੰਜ ਅਤੇ ਨਾਭਿਕ ਦੀ ਰਚਨਾ

ਇੱਕ ਪਰਮਾਣੂ ਦਾ ਪੁੰਜ, ਇੱਕ ਕਿਲੋਗ੍ਰਾਮ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, ਬਹੁਤ ਛੋਟਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ; ਉਦਾਹਰਣ ਲਈ, ਇੱਕ ਕਾਰਬਨ ਪਰਮਾਣੂ, $ ^{12} \mathrm{C}$, ਦਾ ਪੁੰਜ $1.992647 \times 10^{-26} \mathrm{~kg}$ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇੰਨੀਆਂ ਛੋਟੀਆਂ ਮਾਤਰਾਵਾਂ ਨੂੰ ਮਾਪਣ ਲਈ ਕਿਲੋਗ੍ਰਾਮ ਬਹੁਤ ਸੁਵਿਧਾਜਨਕ ਇਕਾਈ ਨਹੀਂ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, ਪਰਮਾਣਵਿਕ ਪੁੰਜ ਪ੍ਰਗਟ ਕਰਨ ਲਈ ਇੱਕ ਵੱਖਰੀ ਪੁੰਜ ਇਕਾਈ ਵਰਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਇਹ ਇਕਾਈ ਪਰਮਾਣਵਿਕ ਪੁੰਜ ਇਕਾਈ $(\mathrm{u})$ ਹੈ, ਜਿਸਨੂੰ ਕਾਰਬਨ $( ^{12} \mathrm{C})$ ਪਰਮਾਣੂ ਦੇ ਪੁੰਜ ਦੇ $1 / 12^{\mathrm{th}}$ ਵਜੋਂ ਪਰਿਭਾਸ਼ਿਤ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ। ਇਸ ਪਰਿਭਾਸ਼ਾ ਅਨੁਸਾਰ

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

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

ਪਰਮਾਣਵਿਕ ਪੁੰਜ ਇਕਾਈ $(\mathrm{u})$ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਗਟ ਕੀਤੇ ਗਏ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਤੱਤਾਂ ਦੇ ਪਰਮਾਣਵਿਕ ਪੁੰਜ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਪਰਮਾਣੂ ਦੇ ਪੁੰਜ ਦੇ ਪੂਰਨ ਅੰਕ ਗੁਣਾਂ ਦੇ ਨੇੜੇ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਇਸ ਨਿਯਮ ਦੇ ਬਹੁਤ ਸਾਰੇ ਹੈਰਾਨਕੁਨ ਅਪਵਾਦ ਹਨ। ਉਦਾਹਰਣ ਲਈ, ਕਲੋਰੀਨ ਪਰਮਾਣੂ ਦਾ ਪਰਮਾਣਵਿਕ ਪੁੰਜ $35.46 \mathrm{u}$ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।

ਪਰਮਾਣਵਿਕ ਪੁੰਜਾਂ ਦਾ ਸਹੀ ਮਾਪਨ ਇੱਕ ਪੁੰਜ ਸਪੈਕਟ੍ਰੋਮੀਟਰ ਨਾਲ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਪਰਮਾਣਵਿਕ ਪੁੰਜਾਂ ਦਾ ਮਾਪਨ ਇੱਕੋ ਤੱਤ ਦੇ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਕਿਸਮਾਂ ਦੇ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ਨੂੰ ਪ੍ਰਗਟ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਇੱਕੋ ਜਿਹੇ ਰਸਾਇਣਕ ਗੁਣ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਿਤ ਕਰਦੇ ਹਨ, ਪਰ ਪੁੰਜ ਵਿੱਚ ਭਿੰਨ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਇੱਕੋ ਤੱਤ ਦੀਆਂ ਪੁੰਜ ਵਿੱਚ ਭਿੰਨ ਹੋਣ ਵਾਲੀਆਂ ਅਜਿਹੀਆਂ ਪਰਮਾਣਵਿਕ ਕਿਸਮਾਂ ਨੂੰ ਆਈਸੋਟੋਪ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। (ਯੂਨਾਨੀ ਵਿੱਚ, ਆਈਸੋਟੋਪ ਦਾ ਅਰਥ ਹੈ ਇੱਕੋ ਜਗ੍ਹਾ, ਯਾਨੀ ਉਹ ਤੱਤਾਂ ਦੀ ਆਵਰਤੀ ਸਾਰਣੀ ਵਿੱਚ ਇੱਕੋ ਜਗ੍ਹਾ ‘ਤੇ ਆਉਂਦੇ ਹਨ।) ਇਹ ਪਾਇਆ ਗਿਆ ਕਿ ਅਸਲ ਵਿੱਚ ਹਰ ਤੱਤ ਕਈ ਆਈਸੋਟੋਪਾਂ ਦੇ ਮਿਸ਼ਰਣ ਨਾਲ ਬਣਿਆ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਵੱਖ-ਵੱਖ ਆਈਸੋਟੋਪਾਂ ਦੀ ਸਾਪੇਖ ਬਹੁਤਾਤ ਤੱਤ ਤੋਂ ਤੱਤ ਵਿੱਚ ਭਿੰਨ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਕਲੋਰੀਨ,

ਉਦਾਹਰਣ ਲਈ, ਦੇ ਦੋ ਆਈਸੋਟੋਪ ਹਨ ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਦਾ ਪੁੰਜ $34.98 \mathrm{u}$ ਅਤੇ $36.98 \mathrm{u}$ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਪਰਮਾਣੂ ਦੇ ਪੁੰਜ ਦੇ ਲਗਭਗ ਪੂਰਨ ਅੰਕ ਗੁਣਾਂ ਹਨ। ਇਨ੍ਹਾਂ ਆਈਸੋਟੋਪਾਂ ਦੀ ਸਾਪੇਖ ਬਹੁਤਾਤ ਕ੍ਰਮਵਾਰ 75.4 ਅਤੇ 24.6 ਪ੍ਰਤੀਸ਼ਤ ਹੈ। ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ, ਇੱਕ ਕਲੋਰੀਨ ਪਰਮਾਣੂ ਦਾ ਔਸਤ ਪੁੰਜ ਦੋਵਾਂ ਆਈਸੋਟੋਪਾਂ ਦੇ ਪੁੰਜਾਂ ਦੇ ਭਾਰਤ ਔਸਤ ਦੁਆਰਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਹੈ

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

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

ਜੋ ਕਲੋਰੀਨ ਦੇ ਪਰਮਾਣਵਿਕ ਪੁੰਜ ਨਾਲ ਸਹਿਮਤ ਹੈ।

ਇੱਥੋਂ ਤੱਕ ਕਿ ਹਲਕੇ ਤੱਤ, ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਦੇ ਤਿੰਨ ਆਈਸੋਟੋਪ ਹਨ ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਦਾ ਪੁੰਜ $1.0078 \mathrm{u}, 2.0141 \mathrm{u}$, ਅਤੇ $3.0160 \mathrm{u}$ ਹੈ। ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਦੇ ਸਭ ਤੋਂ ਹਲਕੇ ਪਰਮਾਣੂ ਦੇ ਨਾਭਿਕ, ਜਿਸਦੀ ਸਾਪੇਖ ਬਹੁਤਾਤ $99.985 %$ ਹੈ, ਨੂੰ ਪ੍ਰੋਟੋਨ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇੱਕ ਪ੍ਰੋਟੋਨ ਦਾ ਪੁੰਜ ਹੈ

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

ਇਹ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਪਰਮਾਣੂ $(=1.00783 \mathrm{u})$ ਦੇ ਪੁੰਜ ਦੇ ਬਰਾਬਰ ਹੈ, ਇੱਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ $(m_{e}=0.00055 \mathrm{u})$ ਦੇ ਪੁੰਜ ਨੂੰ ਘਟਾ ਕੇ। ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਦੇ ਦੂਜੇ ਦੋ ਆਈਸੋਟੋਪਾਂ ਨੂੰ ਡਿਊਟੀਰੀਅਮ ਅਤੇ ਟ੍ਰਾਈਟੀਅਮ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਟ੍ਰਾਈਟੀਅਮ ਨਾਭਿਕ, ਅਸਥਿਰ ਹੋਣ ਕਾਰਨ, ਕੁਦਰਤੀ ਤੌਰ ‘ਤੇ ਨਹੀਂ ਮਿਲਦੇ ਅਤੇ ਪ੍ਰਯੋਗਸ਼ਾਲਾਵਾਂ ਵਿੱਚ ਕ੍ਰਿਤਕ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਪੈਦਾ ਕੀਤੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ।

ਨਾਭਿਕ ਵਿੱਚ ਧਨਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਪ੍ਰੋਟੋਨਾਂ ਦਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇੱਕ ਪ੍ਰੋਟੋਨ ਇੱਕ ਇਕਾਈ ਮੂਲ ਚਾਰਜ ਰੱਖਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਸਥਿਰ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਪਹਿਲਾਂ ਇਹ ਸੋਚਿਆ ਜਾਂਦਾ ਸੀ ਕਿ ਨਾਭਿਕ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਹੋ ਸਕਦੇ ਹਨ, ਪਰ ਇਸਨੂੰ ਬਾਅਦ ਵਿੱਚ ਕੁਆਂਟਮ ਸਿਧਾਂਤ ‘ਤੇ ਅਧਾਰਿਤ ਤਰਕਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਰੱਦ ਕਰ ਦਿੱਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। ਪਰਮਾਣੂ ਦੇ ਸਾਰੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਨਾਭਿਕ ਦੇ ਬਾਹਰ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਅਸੀਂ ਜਾਣਦੇ ਹਾਂ ਕਿ ਪਰਮਾਣੂ ਦੇ ਨਾਭਿਕ ਦੇ ਬਾਹਰ ਇਨ੍ਹਾਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ $Z$, ਪਰਮਾਣੂ ਸੰਖਿਆ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ ਪਰਮਾਣਵਿਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਦਾ ਕੁੱਲ ਚਾਰਜ $(-Z e)$ ਹੈ, ਅਤੇ ਕਿਉਂਕਿ ਪਰਮਾਣੂ ਨਿਰਵਿਘਨ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਨਾਭਿਕ ਦਾ ਚਾਰਜ $(+Z e)$ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, ਪਰਮਾਣੂ ਦੇ ਨਾਭਿਕ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰੋਟੋਨਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਬਿਲਕੁਲ $Z$, ਪਰਮਾਣੂ ਸੰਖਿਆ ਹੈ।

ਨਿਊਟ੍ਰੋਨ ਦੀ ਖੋਜ

ਕਿਉਂਕਿ ਡਿਊਟੀਰੀਅਮ ਅਤੇ ਟ੍ਰਾਈਟੀਅਮ ਦੇ ਨਾਭਿਕ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਦੇ ਆਈਸੋਟੋਪ ਹਨ, ਇਸ ਲਈ ਉਨ੍ਹਾਂ ਵਿੱਚ ਹਰੇਕ ਵਿੱਚ ਸਿਰਫ਼ ਇੱਕ ਪ੍ਰੋਟੋਨ ਹੋਣਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ। ਪਰ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ, ਡਿਊਟੀਰੀਅਮ ਅਤੇ ਟ੍ਰਾਈਟੀਅਮ ਦੇ ਨਾਭਿਕਾਂ ਦਾ ਪੁੰਜ 1:2:3 ਦੇ ਅਨੁਪਾਤ ਵਿੱਚ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, ਡਿਊਟੀਰੀਅਮ ਅਤੇ ਟ੍ਰਾਈਟੀਅਮ ਦੇ ਨਾਭਿਕ ਵਿੱਚ, ਇੱਕ ਪ੍ਰੋਟੋਨ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਕੁਝ ਨਿਰਵਿਘਨ ਪਦਾਰਥ ਹੋਣਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ। ਇਨ੍ਹਾਂ ਆਈਸੋਟੋਪਾਂ ਦੇ ਨਾਭਿਕਾਂ ਵਿੱਚ ਮੌਜੂਦ ਨਿਰਵਿਘਨ ਪਦਾਰਥ ਦੀ ਮਾਤਰਾ, ਪ੍ਰੋਟੋਨ ਦੇ ਪੁੰਜ ਦੀਆਂ ਇਕਾਈਆਂ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਗਟ ਕੀਤੀ ਗਈ, ਕ੍ਰਮਵਾਰ ਲਗਭਗ ਇੱਕ ਅਤੇ ਦੋ ਦੇ ਬਰਾਬਰ ਹੈ। ਇਹ ਤੱਥ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਦੇ ਨਾਭਿਕਾਂ ਵਿੱਚ, ਪ੍ਰੋਟੋਨਾਂ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਇੱਕ ਬੁਨਿਆਦੀ ਇਕਾਈ ਦੇ ਗੁਣਾਂ ਵਿੱਚ ਨਿਰਵਿਘਨ ਪਦਾਰਥ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਪਰਿਕਲਪਨਾ ਦੀ ਪੁਸ਼ਟੀ 1932 ਵਿੱਚ ਜੇਮਜ਼ ਚੈਡਵਿਕ ਦੁਆਰਾ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ, ਜਿਸਨੇ ਨਿਰਵਿਘਨ ਵਿਕਿਰਣ ਦੇ ਉਤਸਰਜਨ ਨੂੰ ਦੇਖਿਆ ਜਦੋਂ ਬੇਰੀਲੀਅਮ ਨਾਭਿਕਾਂ ਨੂੰ ਅਲਫਾ-ਕਣਾਂ ($\alpha$-ਕਣ ਹੀਲੀਅਮ ਨਾਭਿਕ ਹਨ, ਜਿਸ ਬਾਰੇ ਇੱਕ ਬਾਅਦ ਦੇ ਭਾਗ ਵਿੱਚ ਚਰਚਾ ਕੀਤੀ ਜਾਵੇਗੀ) ਨਾਲ ਬੰਬਾਰੀ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ। ਇਹ ਪਾਇਆ ਗਿਆ ਕਿ ਇਹ ਨਿਰਵਿਘਨ ਵਿਕਿਰਣ ਹਲਕੇ ਨਾਭਿਕਾਂ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਹੀਲੀਅਮ, ਕਾਰਬਨ ਅਤੇ ਨਾਈਟ੍ਰੋਜਨ ਦੇ ਨਾਭਿਕਾਂ ਤੋਂ ਪ੍ਰੋਟੋਨਾਂ ਨੂੰ ਬਾਹਰ ਕੱਢ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਉਸ ਸਮੇਂ ਜਾਣਿਆ ਜਾਣ ਵਾਲਾ ਇਕਲੌਤਾ ਨਿਰਵਿਘਨ ਵਿਕਿਰਣ ਫੋਟੋਨ (ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਮੈਗਨੈਟਿਕ ਵਿਕਿਰਣ) ਸੀ। ਊਰਜਾ ਅਤੇ ਗਤੀ ਦੇ ਸੁਰੱਖਿਅਣ ਦੇ ਸਿਧਾਂਤਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਨੇ ਦਰਸਾਇਆ ਕਿ ਜੇ ਨਿਰਵਿਘਨ ਵਿਕਿਰਣ ਵਿੱਚ ਫੋਟੋਨ ਸ਼ਾਮਲ ਹੁੰਦੇ, ਤਾਂ ਫੋਟੋਨਾਂ ਦੀ ਊਰਜਾ ਬੇਰੀਲੀਅਮ ਨਾਭਿਕਾਂ ਦੀ $\alpha$-ਕਣਾਂ ਨਾਲ ਬੰਬਾਰੀ ਤੋਂ ਉਪਲਬਧ ਹੋਣ ਵਾਲੀ ਊਰਜਾ ਨਾਲੋਂ ਬਹੁਤ ਜ਼ਿਆਦਾ ਹੋਣੀ ਚਾਹੀਦੀ ਸੀ। ਇਸ ਪਹੇਲੀ ਦਾ ਸੁਰਾਗ, ਜਿਸਨੂੰ ਚੈਡਵਿਕ ਨੇ ਸੰਤੁਸ਼ਟੀਜਨਕ ਢੰਗ ਨਾਲ ਹੱਲ ਕੀਤਾ, ਇਹ ਸੀ ਕਿ ਨਿਰਵਿਘਨ ਵਿਕਿਰਣ ਵਿੱਚ ਨਿਊਟ੍ਰੋਨ ਨਾਮਕ ਇੱਕ ਨਵੀਂ ਕਿਸਮ ਦੇ ਨਿਰਵਿਘਨ ਕਣ ਸ਼ਾਮਲ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਊਰਜਾ ਅਤੇ ਗਤੀ ਦੇ ਸੁਰੱਖਿਅਣ ਤੋਂ, ਉਹ ਨਵੇਂ ਕਣ ਦੇ ਪੁੰਜ ਨੂੰ ‘ਪ੍ਰੋਟੋਨ ਦੇ ਪੁੰਜ ਦੇ ਲਗਭਗ ਬਰਾਬਰ’ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਨਿਰਧਾਰਤ ਕਰਨ ਵਿੱਚ ਸਮਰੱਥ ਹੋਇਆ।

ਇੱਕ ਨਿਊਟ੍ਰੋਨ ਦਾ ਪੁੰਜ ਹੁਣ ਉੱਚੀ ਸ਼ੁੱਧਤਾ ਦੀ ਡਿਗਰੀ ਤੱਕ ਜਾਣਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਹੈ

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

ਨਿਊਟ੍ਰੋਨ ਦੀ ਖੋਜ ਲਈ ਚੈਡਵਿਕ ਨੂੰ 1935 ਦਾ ਭੌਤਿਕ ਵਿਗਿਆਨ ਵਿੱਚ ਨੋਬਲ ਪੁਰਸਕਾਰ ਦਿੱਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। ਇੱਕ ਮੁਕਤ ਨਿਊਟ੍ਰੋਨ, ਇੱਕ ਮੁਕਤ ਪ੍ਰੋਟੋਨ ਦੇ ਉਲਟ, ਅਸਥਿਰ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਇੱਕ ਪ੍ਰੋਟੋਨ, ਇੱਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਅਤੇ ਇੱਕ ਐਂਟੀਨਿਊਟ੍ਰੀਨੋ (ਇੱਕ ਹੋਰ ਪ੍ਰਾਥਮਿਕ ਕਣ) ਵਿੱਚ ਖੰਡਿਤ ਹੋ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਸਦੀ ਔਸਤ ਆਯੁ ਲਗਭਗ 1000s ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਇਹ ਨਾਭਿਕ ਦੇ ਅੰਦਰ ਸਥਿਰ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।

ਨਾਭਿਕ ਦੀ ਰਚਨਾ ਨੂੰ ਹੁਣ ਹੇਠ ਲਿਖੇ ਸ਼ਬਦਾਂ ਅਤੇ ਚਿੰਨ੍ਹਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਦਰਸਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ:

$Z$ - ਪਰਮਾਣੂ ਸੰਖਿਆ $=$ ਪ੍ਰੋਟੋਨਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ [13.4 (a)]

$N$ - ਨਿਊਟ੍ਰੋਨ ਸੰਖਿਆ $=$ ਨਿਊਟ੍ਰੋਨਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ [13.4 (b)]

$A$ - ਪੁੰਜ ਸੰਖਿਆ $=Z+N$

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

ਇੱਕ ਪ੍ਰੋਟੋਨ ਜਾਂ ਨਿਊਟ੍ਰੋਨ ਲਈ ਨਿਊਕਲੀਓਨ ਸ਼ਬਦ ਦੀ ਵੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ ਇੱਕ ਪਰਮਾਣੂ ਵਿੱਚ ਨਿਊਕਲੀਓਨਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਇਸਦੀ ਪੁੰਜ ਸੰਖਿਆ $\mathrm{A}$ ਹੈ।

ਨਾਭਿਕੀ ਕਿਸਮਾਂ ਜਾਂ ਨਿਊਕਲਾਈਡਾਂ ਨੂੰ ਸੰਕੇਤ $ _{Z}^{A} \mathrm{X}$ ਦੁਆਰਾ ਦਰਸਾਇਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ $ _{Z}^{A} \mathrm{X}$ ਜਿੱਥੇ $X$ ਕਿਸਮ ਦਾ ਰਸਾਇਣਕ ਚਿੰਨ੍ਹ ਹੈ। ਉਦਾਹਰਣ ਲਈ, ਸੋਨੇ ਦੇ ਨਾਭਿਕ ਨੂੰ $ _{79}^{197} \mathrm{Au}$ ਦੁਆਰਾ ਦਰਸਾਇਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਵਿੱਚ 197 ਨਿਊਕਲੀਓਨ ਹਨ, ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਵਿੱਚੋਂ 79 ਪ੍ਰੋਟੋਨ ਹਨ ਅਤੇ ਬਾਕੀ 118 ਨਿਊਟ੍ਰੋਨ ਹਨ।

ਕਿਸੇ ਤੱਤ ਦੇ ਆਈਸੋਟੋਪਾਂ ਦੀ ਰਚਨਾ ਨੂੰ ਹੁਣ ਆਸਾਨੀ ਨਾਲ ਸਮਝਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਕਿਸੇ ਦਿੱਤੇ ਗਏ ਤੱਤ ਦੇ ਆਈਸੋਟੋਪਾਂ ਦੇ ਨਾਭਿਕਾਂ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰੋਟੋਨਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਇੱਕੋ ਜਿਹੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਪਰ ਉਹ ਆਪਸ ਵਿੱਚ ਆਪਣੇ ਨਿਊਟ੍ਰੋਨਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਵਿੱਚ ਭਿੰਨ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਡਿਊਟੀਰੀਅਮ, $ _{1}^{2} \mathrm{H}$, ਜੋ ਕਿ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਦਾ ਇੱਕ ਆਈਸੋਟੋਪ ਹੈ, ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਪ੍ਰੋਟੋਨ ਅਤੇ ਇੱਕ ਨਿਊਟ੍ਰੋਨ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇਸਦਾ ਦੂਜਾ ਆਈਸੋਟੋਪ ਟ੍ਰਾਈਟੀਅਮ, $ _{1}^{3} \mathrm{H}$, ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਪ੍ਰੋਟੋਨ ਅਤੇ ਦੋ ਨਿਊਟ੍ਰੋਨ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਤੱਤ ਸੋਨੇ ਦੇ 32 ਆਈਸੋਟੋਪ ਹਨ, ਜੋ $A=173$ ਤੋਂ $A=204$ ਤੱਕ ਹਨ। ਅਸੀਂ ਪਹਿਲਾਂ ਹੀ ਜ਼ਿਕਰ ਕਰ ਚੁੱਕੇ ਹਾਂ ਕਿ ਤੱਤਾਂ ਦੇ ਰਸਾਇਣਕ ਗੁਣ ਉਨ੍ਹਾਂ ਦੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਬਣਤਰ ‘ਤੇ ਨਿਰਭਰ ਕਰਦੇ ਹਨ। ਕਿਉਂਕਿ ਆਈਸੋਟੋਪਾਂ ਦੇ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਦੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਬਣਤਰ ਇੱਕੋ ਜਿਹੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਉਨ੍ਹਾਂ ਦਾ ਰਸਾਇਣਕ ਵਿਵਹਾਰ ਇੱਕੋ ਜਿਹਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਉਹ ਆਵਰਤੀ ਸਾਰਣੀ ਵਿੱਚ ਇੱਕੋ ਜਗ੍ਹਾ ‘ਤੇ ਰੱਖੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ।

ਇੱਕੋ ਪੁੰਜ ਸੰਖਿਆ $A$ ਵਾਲੇ ਸਾਰੇ ਨਿਊਕਲਾਈਡਾਂ ਨੂੰ ਆਈਸੋਬਾਰ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਉਦਾਹਰਣ ਲਈ, ਨਿਊਕਲਾਈਡ $ _{1}^{3} \mathrm{H}$ ਅਤੇ $ _{2}^{3} \mathrm{He}$ ਆਈਸੋਬਾਰ ਹਨ। ਇੱਕੋ ਨਿਊਟ੍ਰੋਨ ਸੰਖਿਆ $N$ ਪਰ ਵੱਖਰੀ ਪਰਮਾਣੂ ਸੰਖਿਆ $Z$ ਵਾਲੇ ਨਿਊਕਲਾਈਡ, ਉਦਾਹਰਣ ਲਈ $ _{80}^{198} \mathrm{Hg}$ ਅਤੇ $ _{79}^{197} \mathrm{Au}$, ਨੂੰ ਆਈਸੋਟੋਨ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।

13.3 ਨਾਭਿਕ ਦਾ ਆਕਾਰ

ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਅਸੀਂ ਅਧਿਆਇ 12 ਵਿੱਚ ਦੇਖਿਆ ਹੈ, ਰਦਰਫੋਰਡ ਅਗਵਾਈ ਕਰਨ ਵਾਲਾ ਸੀ ਜਿਸਨੇ ਪਰਮਾਣਵਿਕ ਨਾਭਿਕ ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ਦੀ ਪਰਿਕਲਪਨਾ ਕੀਤੀ ਅਤੇ ਸਥਾਪਿਤ ਕੀਤੀ। ਰਦਰਫੋਰਡ ਦੇ ਸੁਝਾਅ ‘ਤੇ, ਗੀਗਰ ਅਤੇ ਮਾਰਸਡਨ ਨੇ ਆਪਣਾ ਕਲਾਸਿਕ ਪ੍ਰਯੋਗ ਕੀਤਾ: ਪਤਲੇ ਸੋਨੇ ਦੀਆਂ ਪੱਤੀਆਂ ਤੋਂ $\alpha$-ਕਣਾਂ ਦੇ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ‘ਤੇ। ਉਨ੍ਹਾਂ ਦੇ ਪ੍ਰਯੋਗਾਂ ਨੇ ਦਰਸਾਇਆ ਕਿ ਗਤਿਜ ਊਰਜਾ $5.5 \mathrm{MeV}$ ਦੇ ਇੱਕ $\alpha$-ਕਣ ਦਾ ਸੋਨੇ ਦੇ ਨਾਭਿਕ ਦੇ ਨਜ਼ਦੀਕੀ ਪਹੁੰਚ ਦੀ ਦੂਰੀ ਲਗਭਗ $4.0 \times 10^{-14} \mathrm{~m}$ ਹੈ। ਸੋਨੇ ਦੀ ਚਾਦਰ ਦੁਆਰਾ $\alpha$-ਕਣ ਦਾ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ਰਦਰਫੋਰਡ ਦੁਆਰਾ ਇਹ ਮੰਨ ਕੇ ਸਮਝਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਸੀ ਕਿ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ਲਈ ਸਿਰਫ਼ ਕੂਲੰਬ ਵਿਕਰਸ਼ਕ ਬਲ ਜ਼ਿੰਮੇਵਾਰ ਸੀ। ਕਿਉਂਕਿ ਧਨਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਨਾਭਿਕ ਤੱਕ ਸੀਮਿਤ ਹੈ, ਨਾਭਿਕ ਦਾ ਅਸਲ ਆਕਾਰ $4.0 \times 10^{-14} \mathrm{~m}$ ਤੋਂ ਘੱਟ ਹੋਣਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ।

ਜੇਕਰ ਅਸੀਂ $5.5 \mathrm{MeV}$ ਤੋਂ ਵੱਧ ਊਰਜਾ ਵਾਲੇ $\alpha$-ਕਣਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੇ ਹਾਂ, ਤਾਂ ਸੋਨੇ ਦੇ ਨਾਭਿਕ ਦੇ ਨਜ਼ਦੀਕੀ ਪਹੁੰਚ ਦੀ ਦੂਰੀ ਛੋਟੀ ਹੋਵੇਗੀ ਅਤੇ ਕਿਸੇ ਬਿੰਦੂ ‘ਤੇ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ਛੋਟੀ ਸੀਮਾ ਵਾਲੇ ਨਾਭਿਕੀ ਬਲਾਂ ਦੁਆਰਾ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਹੋਣਾ ਸ਼ੁਰੂ ਹੋ ਜਾਵੇਗਾ, ਅਤੇ ਰਦਰਫੋਰਡ ਦੀਆਂ ਗਣਨਾਵਾਂ ਤੋਂ ਭਿੰਨ ਹੋਵੇਗਾ। ਰਦਰਫੋਰਡ ਦੀਆਂ ਗਣਨਾਵਾਂ $\alpha$ ਕਣ ਅਤੇ ਸੋਨੇ ਦੇ ਨਾਭਿਕ ਦੇ ਧਨਾਤਮਕ ਚਾਰਜਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਸ਼ੁੱਧ ਕੂਲੰਬ ਵਿਕਰਸ਼ਣ ‘ਤੇ ਅਧਾਰਿਤ ਹਨ। ਜਿਸ ਦੂਰੀ ‘ਤੇ ਵਿਚਲਨ ਸ਼ੁਰੂ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਉਸ ਤੋਂ ਨਾਭਿਕੀ ਆਕਾਰਾਂ ਦਾ ਅੰਦਾਜ਼ਾ ਲਗਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ।

ਪ੍ਰਕੀਰਣ ਪ੍ਰਯੋਗ ਕਰਕੇ ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਤੇਜ਼ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ, $\alpha$-ਕਣਾਂ ਦੀ ਬਜਾਏ, ਪ੍ਰੋਜੈਕਟਾਈਲ ਹੁੰਦੇ ਹਨ ਜੋ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਤੱਤਾਂ ਤੋਂ ਬਣੇ ਟਾਰਗੇਟਾਂ ‘ਤੇ ਬੰਬਾਰੀ ਕਰਦੇ ਹਨ, ਵੱਖ-ਵੱਖ ਤੱਤਾਂ ਦੇ ਨਾਭਿਕਾਂ ਦੇ ਆਕਾਰਾਂ ਦਾ ਸਹੀ ਮਾਪਨ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ।

ਇਹ ਪਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ ਕਿ ਪੁੰਜ ਸੰਖਿਆ $A$ ਦੇ ਇੱਕ ਨਾਭਿਕ ਦਾ ਅਰਧ-ਵਿਆਸ ਹੁੰਦਾ ਹੈ

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

ਜਿੱਥੇ $R_{0}=1.2 \times 10^{-15} \mathrm{~m}(=1.2 \mathrm{fm} ; 1 \mathrm{fm}=10^{-15} \mathrm{~m})$. ਇਸਦਾ ਮਤਲਬ ਹੈ ਕਿ ਨਾਭਿਕ ਦਾ ਆਇਤਨ, ਜੋ $R^{3}$ ਦੇ ਅਨੁਪਾਤੀ ਹੈ, $A$ ਦੇ ਅਨੁਪਾਤੀ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ ਨਾਭਿਕ ਦੀ ਘਣਤਾ ਇੱਕ ਸਥਿਰ ਹੈ, $A$ ਤੋਂ ਸੁਤੰਤਰ, ਸਾਰੇ ਨਾਭਿਕਾਂ ਲਈ। ਵੱਖ-ਵੱਖ ਨਾਭਿਕ ਸਥਿਰ ਘਣਤਾ ਦੇ ਤਰਲ ਦੀ ਬੂੰਦ ਵਰਗੇ ਹਨ। ਨਾਭਿਕੀ ਪਦਾਰਥ ਦੀ ਘਣਤਾ ਲਗਭਗ $2.3 \times 10^{17} \mathrm{~kg} \mathrm{~m}^{-3}$ ਹੈ। ਇਹ ਘਣਤਾ ਸਾਧਾਰਨ ਪਦਾਰਥ, ਮੰਨ ਲਓ ਪਾਣੀ, ਜੋ ਕਿ $10^{3} \mathrm{~kg} \mathrm{~m}^{-3}$ ਹੈ, ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਬਹੁਤ ਜ਼ਿਆਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਸਮਝਣਯੋਗ ਹੈ, ਕਿਉਂਕਿ ਅਸੀਂ ਪਹਿਲਾਂ ਹੀ ਦੇਖਿਆ ਹੈ ਕਿ ਬਹੁਤਾਤ ਪਰਮਾਣੂ ਖਾਲੀ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਤੋਂ ਬਣੇ ਸਾਧਾਰਨ ਪਦਾਰਥ ਵਿੱਚ ਖਾਲੀ ਜਗ੍ਹਾ ਦੀ ਵੱਡੀ ਮਾਤਰਾ ਹੁੰਦ