Η πυρηνική υπόθεση

Επιστροφή στην εισαγωγή

Η πυρηνική υπόθεση

Κατά τον χρόνο της ανακάλυψης της ραδιενέργειας οι φυσικοί πίστευαν ότι το άτομο ήταν η τελευταία, αδιαίρετη δομική μονάδα της ύλης. Κατόπιν τα άλφα και βήτα σωματίδια αναγνωρίστηκαν πως είναι διακριτές μονάδες της ύλης και η ραδιενέργεια πως είναι μια διαδικασία στην οποία τα άτομα μετασχηματίζονται από την εκπομπή του ενός ή του άλλου σωματιδίου σε νέα είδη ατόμων που κατέχουν   νέες χημικές ιδιότητες. Μαζί με αυτό αναγνωρίσθηκε ότι τα ίδια τα άτομα πρέπει να έχουν δομή και ότι δεν είναι τα τελευταία, θεμελιώδη τμήματα της φύσης.

Το 1911 ο Rutherford απέδειξε την ύπαρξη ενός πυρήνα μέσα στο άτομο από τα πειράματα στα οποία τα άλφα σωματίδια διασκορπίστηκαν από λεπτά φύλλα αλουμινίου. Η πυρηνική υπόθεση άρχισε από τότε να αναπτύσσεται με μια αναθεωρημένη θεωρία της ατομικής δομής, από την άποψη της οποίας ολόκληρο το φαινόμενο της ραδιενέργειας μπορούσε να εξηγηθεί.

Εν συντομία, το άτομο έχει βρεθεί να αποτελείται από έναν πυκνό κεντρικό πυρήνα που περιβάλλεται από ένα νέφος ηλεκτρονίων. Ο πυρήνας, στη συνέχεια, αποτελείται από τα πρωτόνια τα οποία είναι ίσα σε αριθμό με τα ηλεκτρόνια (σε ένα ηλεκτρικά ουδέτερο άτομο), και των νετρονίων. Τα νετρόνια είναι ηλεκτρικά ουδέτερα και περίπου της ίδιας μάζας με τα πρωτόνια. Ένα άλφα σωματίδιο, ή το διπλά φορτισμένο ιόν του ηλίου, αποτελείται από δύο νετρόνια και δύο πρωτόνια, και ως εκ τούτου μπορεί να εκπεμφθεί μόνο από τον πυρήνα ενός ατόμου.

Η απώλεια ενός άλφα σωματιδίου από έναν πυρήνα οδηγεί στο σχηματισμό ενός νέου πυρήνα, ελαφρύτερου από τον αρχικό κατά τέσσερις μονάδες ατομικής μάζας u (οι μάζες του κάθε νετρονίου και πρωτονίου είναι περίπου μια ατομική μονάδα μάζας u). Ένα άτομο του ισοτόπου ουράνιου με μαζικό αριθμό 238, μετά την εκπομπή ενός άλφα σωματιδίου, γίνεται ένα άτομο ενός άλλου στοιχείου με μαζικό αριθμό 234. (Ο μαζικός αριθμός ενός πυρήνα είναι ο συνολικός αριθμός νετρονίων και πρωτονίων και είναι σχεδόν, αλλά όχι ακριβώς, ίσος με τη πραγματική μάζα του που εκφράζεται με μονάδες ατομικής μάζας u.)

Κάθε ένα από τα δύο πρωτόνια που αποτελούν μέρος του άλφα σωματιδίου κατέχει μια μονάδα θετικού ηλεκτρικού φορτίου. Ο αριθμός των θετικών φορτίων στον πυρήνα, που ισορροπείται από τον ίδιο αριθμό αρνητικών ηλεκτρονίων στις στιβάδες έξω από τον πυρήνα, καθορίζει τη χημική φύση του ατόμου. Επειδή το φορτίο στον πυρήνα του Ουρανίου- 238 μειώνεται κατά δύο μονάδες ως αποτέλεσμα της εκπομπής άλφα σωματιδίων, ο ατομικός αριθμός του νέου ατόμου που δημιουργείται είναι κατά 2 μικρότερος του αρχικού, ο οποίος ήταν 92. Το νέο άτομο λοιπόν έχει έναν ατομικό αριθμό 90 και ως εκ τούτου είναι ένα ισότοπο του στοιχείου θορίου.

Το Θόριο- 234 εκπέμπει βήτα σωματίδια, τα οποία είναι ηλεκτρόνια. Η βήτα εκπομπή ολοκληρώνεται από το μετασχηματισμό ενός νετρονίου σε ένα πρωτόνιο, κατά συνέπεια με μια αύξηση στο πυρηνικό φορτίο (ή στον ατομικό αριθμό) κατά μια ατομική μονάδα u. Η μάζα του ηλεκτρονίου είναι αμελητέα, έτσι το ισότοπο που προκύπτει από την αποσύνθεση του θορίου- 234 έχει μαζικό αριθμό 234 αλλά ατομικό αριθμός 91 και είναι, επομένως, ένα πρωτακτίνιο.