वृत्तचित्र शैक्षिक फिल्में। श्रृंखला "भौतिकी"।

20वीं सदी की पहली तिमाही में, यह स्थापित किया गया था कि एक परमाणु में एक धनात्मक रूप से आवेशित नाभिक और उसके चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन आवरण होता है। नाभिक के रैखिक आयाम 10"13-10"12 सेमी के क्रम पर हैं। परमाणु के आयाम*, इलेक्ट्रॉन शेल द्वारा निर्धारित, लगभग 10 5 गुना बड़े हैं। हालाँकि, परमाणु का लगभग पूरा द्रव्यमान (कम से कम 99.95%) नाभिक में केंद्रित होता है। यह इस तथ्य के कारण है कि कोर में "भारी" प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, और इलेक्ट्रॉन शेल में केवल "प्रकाश" इलेक्ट्रॉन होते हैं (एमपी - 1836.15एमई, एमपी = 1838.68एमई)। एक तटस्थ परमाणु के कोश में इलेक्ट्रॉनों की संख्या नाभिक के आवेश के बराबर होती है, यदि प्राथमिक आवेश को एक माना जाए (अर्थात, निरपेक्ष मान में इलेक्ट्रॉन का आवेश)। लेकिन इलेक्ट्रॉन कोश इलेक्ट्रॉनों को खो या प्राप्त कर सकता है। तब परमाणु विद्युत आवेशित हो जाता है अर्थात धनात्मक या ऋणात्मक आयन में बदल जाता है।

किसी परमाणु के रासायनिक गुण उसके इलेक्ट्रॉन आवरण, या अधिक सटीक रूप से, उसके बाहरी इलेक्ट्रॉनों द्वारा निर्धारित होते हैं। ऐसे इलेक्ट्रॉन अपेक्षाकृत कमजोर रूप से परमाणु से बंधे होते हैं और इसलिए पड़ोसी परमाणुओं के बाहरी इलेक्ट्रॉनों के विद्युत प्रभावों के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील होते हैं। यही बात तटस्थ परमाणुओं और अणुओं (आण्विक बलों) के बीच आकर्षण या प्रतिकर्षण बलों पर भी लागू होती है। इसके विपरीत, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन नाभिक के भीतर कसकर बंधे होते हैं। नाभिक को प्रभावित करने के लिए उन बलों की आवश्यकता होती है जो परमाणु के बाहरी इलेक्ट्रॉनों को तोड़ने के लिए पर्याप्त बलों से लाखों गुना अधिक होते हैं। हालाँकि, इलेक्ट्रॉन शेल की संरचना और गुण अंततः परमाणु नाभिक के विद्युत क्षेत्र द्वारा निर्धारित होते हैं।

यदि परमाणु का प्रस्तुत मॉडल वास्तविकता से मेल खाता है, तो परमाणु को उसमें प्रवेश करने वाले कणों के प्रति अत्यधिक पारदर्शी होना चाहिए। एक इलेक्ट्रॉन किरण के लिए इसे लेनार्ड द्वारा स्थापित किया गया था। हालाँकि, इस परमाणु मॉडल का अंतिम प्रायोगिक प्रमाण 1911 में रदरफोर्ड (1871-1937) द्वारा दिया गया था। इसलिए, इसे सही मायने में रदरफोर्ड मॉडल कहा जाता है। रदरफोर्ड के सुझाव और मार्गदर्शन पर, उनके छात्रों गीगर और मार्सडेन (1889-1970) ने रेडियोधर्मी पदार्थों द्वारा उत्सर्जित α कणों के प्रकीर्णन का मात्रात्मक अध्ययन किया। उनके प्रयोगों में, α कणों की एक समानांतर किरण को निर्वात में एक पतली धातु की पन्नी पर निर्देशित किया गया और उसके द्वारा बिखेर दिया गया। बिखरे हुए α कणों को पंजीकृत करने के लिए एक दृश्य विधि का उपयोग किया गया था। जिंक सल्फाइड से बनी फ्लोरोसेंट स्क्रीन से टकराने पर α-कण ने उस पर एक फ्लैश (स्सिप्टिलेशन) छोड़ा। एक आवर्धक कांच या माइक्रोस्कोप के माध्यम से अंधेरे में व्यक्तिगत जगमगाहट देखी जा सकती है। और प्रयोगकर्ताओं ने ऐसी जगमगाहटों को गिना।

यह पता चला कि α कणों की भारी संख्या 1-3° के क्रम के छोटे कोणों पर बिखरी हुई थी। ऐसे कणों के कोणीय वितरण को गॉसियन यादृच्छिक त्रुटि वक्र (1777-1855) द्वारा अच्छी तरह से वर्णित किया गया था। हालाँकि, अलग-अलग α-कण भी देखे गए, जो बड़े कोणों पर विक्षेपित होते हुए 150° तक पहुँच गए। ऐसे कणों की सापेक्ष संख्या नगण्य थी। उदाहरण के लिए, जब RaC से α-कणों की एक किरण प्लैटिनम फ़ॉइल से गुज़री, तो 8000 आपतित कणों में से, औसतन केवल एक कण 90° से अधिक के कोण से विक्षेपित हुआ। लेकिन यह बहुत अधिक होगा यदि कई यादृच्छिक विचलनों के संचय के परिणामस्वरूप बड़े विचलन उत्पन्न हों।

रदरफोर्ड ने निष्कर्ष निकाला कि प्रत्येक बड़ा विचलन पास के α-कण के साथ कुछ व्यावहारिक रूप से बिंदु बल केंद्र की बातचीत के एक एकल कार्य के परिणामस्वरूप प्रकट होता है। किसी परमाणु का धनावेशित नाभिक एक ऐसा बल केंद्र होता है। अल्फा कण स्वयं भी एक परमाणु नाभिक है, अर्थात् हीलियम परमाणु का नाभिक। इसकी पुष्टि इस तथ्य से होती है कि एक α कण हीलियम परमाणु के दोहरे आयनीकरण के परिणामस्वरूप प्राप्त किया जा सकता है, जैसा कि पहले उसी रदरफोर्ड द्वारा स्थापित किया गया था। इन दो नाभिकों के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक संपर्क के कारण α कण बड़े कोणों पर बिखर जाते हैं।

उपरोक्त की पुष्टि क्लाउड कक्ष में α-कण ट्रैक की तस्वीरों से होती है। आमतौर पर α-कण ट्रैक का अंत किसी भी तरह से भिन्न नहीं होता है। लेकिन कभी-कभी ऐसे ट्रैक देखे जाते हैं जिनका अंत ब्रेक और "कांटे" पर होता है। टक्कर के परिणामस्वरूप, α-कण की गति की दिशा तेजी से बदल जाती है, और गति में आए नाभिक ने एक नया ट्रैक छोड़ा, जिसने α-कण के ट्रैक के साथ मिलकर एक "कांटा" बनाया।

रदरफोर्ड ने α-कण प्रकीर्णन का एक मात्रात्मक सिद्धांत भी विकसित किया। इस सिद्धांत में, कूलम्ब का नियम एक α कण की नाभिक के साथ परस्पर क्रिया पर लागू होता है। यह, निश्चित रूप से, एक परिकल्पना है, क्योंकि एक α कण 10 ~ 12 सेमी की दूरी पर नाभिक तक पहुंच सकता है, और ऐसी दूरी पर कूलम्ब के नियम का प्रयोगात्मक रूप से परीक्षण नहीं किया गया है। बेशक, नाभिक के क्षेत्र में एक अल्फा कण की गति को रदरफोर्ड द्वारा शास्त्रीय रूप से माना गया था। अंत में, नाभिक का द्रव्यमान α कण के द्रव्यमान की तुलना में बड़ा माना जाता है, ताकि नाभिक को स्थिर माना जा सके। α-कण के द्रव्यमान को कम द्रव्यमान से प्रतिस्थापित करके अंतिम धारणा से छुटकारा पाना आसान है।

रदरफोर्ड के प्रयोगों में, 10"5-10"4 सेमी की मोटाई वाली बहुत पतली धातु की पन्नी का उपयोग किया गया था, ऐसे मामलों में, बड़े कोणों पर बिखरने पर, परमाणु नाभिक के साथ α कण की कई टक्करों को अनदेखा करना संभव था। बड़े विचलन के साथ दोहरे, और इससे भी अधिक कई टकरावों की संभावना नगण्य है और परमाणु गोले के नाभिक और इलेक्ट्रॉनों के साथ कई टकरावों की वजह से बड़े कोणों पर और इलेक्ट्रॉनों पर बिखरने की संभावना नगण्य है केवल बहुत छोटे बिखरने वाले कोणों पर। फिर, केवल एक नाभिक के साथ α-कण की परस्पर क्रिया को ध्यान में रखते हुए, हम अन्य सभी नाभिकों से दो-शरीर की समस्या पर पहुंचते हैं α-कण बहुत आगे तक यात्रा करते हैं, और इसलिए उनके साथ बातचीत की उपेक्षा की जाती है, इस प्रकार, रदरफोर्ड का सिद्धांत बड़े विचलन के लिए लागू होता है जब विचलन केवल एक नाभिक के विद्युत क्षेत्र के कारण होता है, इसलिए इस विचलन की तुलना में अन्य सभी विचलन होते हैं एक साथ लेने पर नगण्य हैं। तदनुरूपी प्रकीर्णन को रदरफोर्ड प्रकीर्णन कहा जाता है। यह इस अर्थ में लोचदार है कि अल्फा कण की गतिज ऊर्जा प्रकीर्णन के परिणामस्वरूप नहीं बदलती है, अर्थात। परमाणुओं और विशेषकर परमाणु नाभिकों के उत्तेजना पर बर्बाद नहीं होता है।

तैयार की गई समस्या औपचारिक रूप से सूर्य के चारों ओर एक ग्रह की गति के बारे में केप्लर (1571-1630) की समस्या के समान है। और यहां और वहां निकायों के बीच बातचीत का बल केंद्रीय है और उनके बीच की दूरी के वर्ग के विपरीत अनुपात में भिन्न होता है। किसी ग्रह के मामले में, यह आकर्षण बल है, α-कण के मामले में, यह प्रतिकर्षण बल है। यह इस तथ्य में प्रकट होता है कि एक ग्रह (अपनी कुल ऊर्जा के आधार पर) दीर्घवृत्त और अतिपरवलय दोनों के अनुदिश गति कर सकता है, लेकिन एक α-कण केवल अतिपरवलय के अनुदिश गति कर सकता है। लेकिन गणितीय गणना में यह बात मायने नहीं रखती. किसी α-कण û का प्रकीर्णन कोण उसके अतिशयोक्तिपूर्ण प्रक्षेपवक्र के अनंतस्पर्शियों के बीच के कोण के बराबर होता है।

इसके लिए एक सूत्र प्राप्त हुआ:

यहाँ m α-कण का द्रव्यमान है, v इसकी "अनंत" गति है, अर्थात। नाभिक से दूर, Ze नाभिक का आवेश है, 2e α-कण का आवेश है, जो प्राथमिक आवेश e के दोगुने के बराबर है (संख्या Z को नाभिक का आवेश संख्या कहा जाता है। संक्षिप्तता के लिए, इसे अक्सर केवल नाभिक का आवेश कहा जाता है, जिसका अर्थ है कि प्राथमिक आवेश e को एक के रूप में लिया जाता है।) B लक्ष्य दूरी को दर्शाता है, अर्थात α-कण के अविचलित सरलरेखीय प्रक्षेपवक्र पर नाभिक से कम किए गए लंबवत की लंबाई (या, जो समान है, वास्तविक प्रक्षेपवक्र के स्पर्शरेखा पर जब α-कण नाभिक से असीम रूप से दूर था)।

निःसंदेह, परमाणु घटना के क्षेत्र में प्रयोगात्मक सत्यापन के लिए सूत्र स्वयं ही सुलभ नहीं है, बल्कि इसके सांख्यिकीय परिणाम उपलब्ध हैं। आइए हम तथाकथित विभेदक प्रभावी प्रकीर्णन क्रॉस सेक्शन का परिचय दें। आइए हम इसे निरूपित करें मैंनाभिक पर आपतित α-कणों के समतल-समानांतर किरण की तीव्रता, अर्थात्। प्रवाह के लंबवत एक इकाई क्षेत्र से प्रति इकाई समय में गुजरने वाले किरण के α-कणों की संख्या। इस संख्या से, d प्राथमिक क्षेत्र से होकर गुजरता है, जो प्रवाह के लंबवत भी है एन 1 =मैंα कण करो. बिखरने के बाद ये कण प्राथमिक ठोस कोण dΩ में गिर जाते हैं। बेशक, ठोस कोण dΩ का परिमाण और उसकी धुरी की दिशा क्षेत्र के परिमाण और स्थिति से निर्धारित होती है। इसलिए डी एन 1 में एक नाभिक द्वारा प्रति इकाई समय में एक ठोस कोण dΩ में बिखरे हुए α-कणों की संख्या का भी अर्थ है। अनुपात डी एन 1को मैंबराबर करते हैं और क्षेत्रफल का आयाम रखते हैं। इसे α-कणों के ठोस कोण dΩ में बिखरने के लिए नाभिक का विभेदक प्रभावी क्रॉस सेक्शन कहा जाता है। यह अवधारणा न केवल α-कणों के प्रकीर्णन पर लागू होती है, बल्कि किसी भी कण के साथ-साथ कणों के साथ होने वाली अन्य प्रक्रियाओं पर भी लागू होती है। इस प्रकार, परिभाषा के अनुसार अर्थात विभेदक प्रभावी प्रकीर्णन क्रॉस सेक्शन एक परमाणु द्वारा प्रति इकाई समय प्रति ठोस कोण dΩ में बिखरे कणों की संख्या और तीव्रता का अनुपात है मैंगिरते कण. इस प्रकार, परिभाषा के अनुसार अर्थात विभेदक प्रभावी प्रकीर्णन क्रॉस सेक्शन कणों की संख्या, बिखरे हुए परमाणुओं की संख्या प्रति इकाई समय प्रति ठोस कोण dΩ, तीव्रता का अनुपात है मैंगिरते कण.

आइए अब हम एक व्यक्तिगत परमाणु नाभिक पर α कणों के प्रकीर्णन के लिए विभेदक क्रॉस सेक्शन का निर्धारण करें। समस्या उस क्षेत्र के आकार को निर्धारित करने की है, जिससे गुजरते हुए α-कण, बिखरने के बाद, दिए गए ठोस कोण dΩ के अंदर चला जाता है। आइए हम एक्स अक्ष के रूप में उस α-कण के आयताकार प्रक्षेपवक्र को लें जिससे प्रभाव दूरी b = O मेल खाती है (ऐसा कण नाभिक के साथ आमने-सामने की टक्कर का अनुभव करेगा)। बेलनाकार समरूपता का उपयोग करते हुए, सरलता के लिए हम do को एक रिंग पैड do = 2πbdb से प्रतिस्थापित करते हैं, जो प्रवाह के लंबवत है। ऐसे क्षेत्र का आंतरिक त्रिज्या b के बराबर है, बाहरी त्रिज्या b + db है, और केंद्र X अक्ष पर स्थित है। अंतराल b, b + db प्रकीर्णन कोण û, û + dû के अंतराल से मेल खाता है। और सूत्र के अनुसार

ठोस कोण का परिचय देकर जिसमें कुंडलाकार क्षेत्र से गुजरने वाले α-कण बिखरे हुए हैं, इसे प्राप्त करना आसान है

इस रूप में, सूत्र किसी भी प्रारंभिक क्षेत्र के लिए मान्य है, न कि केवल एक रिंग के लिए। इसे रदरफोर्ड का सूत्र कहा जाता है।

आइए हम कुल प्रकीर्णन क्रॉस सेक्शन या किसी अन्य प्रक्रिया की अवधारणा का परिचय दें। इसे प्रति इकाई समय में विचाराधीन प्रक्रिया से गुजरने वाले कणों की कुल संख्या और आपतित कण किरण की तीव्रता के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है। कुल क्रॉस-सेक्शन ð को डीΩ के सभी संभावित मूल्यों पर एकीकृत करके अंतर क्रॉस-सेक्शन से प्राप्त किया जा सकता है। α-कण प्रकीर्णन के मामले में, सूत्र को पहले dΩ = 2πsinðdð डालना चाहिए, और फिर ð =0 से ð = n तक की सीमा में एकीकृत करना चाहिए। इससे ð = ∞ मिलता है। यह परिणाम स्पष्ट है. क्षेत्र को एक्स अक्ष से जितना दूर किया जाता है, प्रकीर्णन कोण ð उतना ही छोटा होता है। दूरस्थ क्षेत्रों से गुजरने वाले कण व्यावहारिक रूप से विक्षेपित नहीं होते हैं, अर्थात, वे प्रकीर्णन कोण ð = 0 के आसपास से गुजरते हैं। ऐसे क्षेत्रों का कुल क्षेत्रफल, और इसके साथ बिखरे हुए कणों की कुल संख्या, असीम रूप से बड़ी है। कुल प्रकीर्णन अनुप्रस्थ काट भी असीम रूप से बड़ा है। हालाँकि, यह निष्कर्ष औपचारिक प्रकृति का है, क्योंकि छोटे प्रकीर्णन कोणों पर रदरफोर्ड फॉर्मूला लागू नहीं होता है।

आइए अब हम फार्मूले को प्रायोगिक सत्यापन के लिए सुलभ एक फॉर्म में बदल दें। विभिन्न परमाणुओं द्वारा α-कणों के प्रकीर्णन की क्रियाएँ स्वतंत्र होती हैं। इसका तात्पर्य यह है कि यदि n प्रति इकाई आयतन में नाभिकों (परमाणुओं) की संख्या है, तो आयतन V द्वारा प्रति इकाई समय में ठोस कोण dΩ में बिखरे हुए α-कणों की संख्या अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित की जाती है

इस रूप में रदरफोर्ड के सूत्र की प्रयोगात्मक पुष्टि की गई। विशेष रूप से, यह प्रयोगात्मक रूप से दिखाया गया है कि जब dΩ स्थिर होता है, तो dN syn4 (ð/2) का मान स्थिर होता है, अर्थात, प्रकीर्णन कोण ð पर निर्भर नहीं होता है, जैसा कि सूत्र के अनुसार होना चाहिए।

प्रयोगात्मक रूप से रदरफोर्ड के सूत्र की पुष्टि को कूलम्ब के नियम के अप्रत्यक्ष प्रमाण के रूप में इतनी कम दूरी पर माना जा सकता है कि अल्फा कण के केंद्र और इसके साथ बातचीत करने वाले नाभिक तक पहुंच सकते हैं। एक अन्य प्रमाण गैसों में α-कणों के प्रकीर्णन पर ब्लैकेट (1897-1974) के प्रयोग हो सकते हैं। क्लाउड चैंबर में बड़ी संख्या में α-कण ट्रैक की तस्वीरें खींची गईं, उनके कोणीय विचलन को मापा गया, और कुछ प्रकीर्णन कोणों की आवृत्ति की गणना की गई। इन प्रयोगों से रदरफोर्ड के सूत्र की भी पुष्टि हुई। लेकिन उनका मुख्य लक्ष्य कूलम्ब के नियम का परीक्षण करना था। यह पता चला कि α-कण के केंद्रों और हवा के मामले में सेमी तक के अंतःक्रियात्मक नाभिक के बीच की दूरी पर, और आर्गन के मामले में सेमी तक की दूरी पर, कूलम्ब के नियम की प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की जाती है। इससे यह निष्कर्ष नहीं निकलता कि यह नियम परस्पर क्रिया करने वाले नाभिकों के केन्द्रों के बीच किसी भी दूरी पर मान्य है। त्वरक द्वारा त्वरित किए गए प्रकाश नाभिकों के लोचदार प्रकीर्णन पर प्रयोग, प्रकाश लेकिन स्थिर नाभिकों पर भी, से पता चला है कि कूलम्ब के नियम से तेज विचलन तब देखा जाता है जब संकेतित दूरी सेमी या उससे कम हो जाती है। ऐसी दूरी पर, परमाणु आकर्षण बल अपना प्रभाव प्रकट करते हैं, नाभिक के कूलम्ब प्रतिकारक बलों पर हावी हो जाते हैं।

परमाणु आवेश को मापने के लिए सूत्र को लागू किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, आपको dN और मापने की आवश्यकता है मैं. इसके बाद, Z की गणना की जा सकती है, क्योंकि सूत्र में अन्य सभी मात्राएँ ज्ञात मानी जा सकती हैं। मुख्य कठिनाई यह है कि dN और का मान मैंएक दूसरे से बहुत अलग हैं. पहले प्रयोगों में, उन्हें अलग-अलग इंस्टॉलेशन पर, यानी अलग-अलग परिस्थितियों में मापा गया, जिससे महत्वपूर्ण त्रुटियां सामने आईं। चैडविक (1891-1974) के प्रयोगों में यह कमी दूर हो गयी। प्रकीर्णन फ़ॉइल का आकार एक वलय AA'' (चित्र देखें) जैसा था, रेडियोधर्मी तैयारी R (α-कणों का एक स्रोत) और ZnS से बनी फ्लोरोसेंट स्क्रीन S को वलय के अक्ष पर उससे समान दूरी पर स्थापित किया गया था। .

पन्नी द्वारा बिखरे हुए α-कणों से जगमगाहट को गिनने के लिए, AA" रिंग में छेद को एक स्क्रीन से ढक दिया गया था जो α-कणों के लिए अपारदर्शी था। इसके विपरीत, मापने के लिए मैंजब छेद खाली था और रिंग AA" बंद थी तब सिंटिलेशन की गिनती की गई थी। चूंकि इस मामले में सिंटिलेशन की संख्या बहुत बड़ी थी, इसे कम करने के लिए, स्क्रीन एस के सामने एक संकीर्ण कटआउट के साथ एक घूमने वाली डिस्क स्थापित की गई थी। कटआउट की चौड़ाई और जगमगाहट की संख्या की गणना करके, आप गणना कर सकते हैं मैं. चैडविक ने प्लैटिनम के लिए Z = 77.4, चांदी के लिए Z = 46.3, और तांबे के लिए Z = 29.3 पाया। मेंडेलीव की आवर्त प्रणाली में इन तत्वों की परमाणु या क्रम संख्या क्रमशः 78, 47, 29 है। इससे पहले से ही ज्ञात परिणाम की पुष्टि हुई, जो सबसे पहले मोसले (1887-1915) द्वारा स्थापित किया गया था, कि नाभिक Z का आवेश परमाणु के साथ मेल खाता है तत्व की संख्या.

आइए रदरफोर्ड के प्रयोगों के आधार पर परमाणु के मॉडल पर वापस लौटें। क्या एक परमाणु नाभिक और उसके चारों ओर का इलेक्ट्रॉन आवरण एक स्थिर प्रणाली बना सकता है, जो निस्संदेह एक परमाणु है? यदि ऐसा संभव होता तो ये कण विश्राम की स्थिति में नहीं होते। अन्यथा, परिणाम (व्यावहारिक रूप से) बिंदु आवेशों की एक इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रणाली होगी, जिसके बीच कूलम्ब बल कार्य करते हैं, और अर्नशॉ के प्रमेय के अनुसार ऐसी प्रणाली अस्थिर है। कूलम्ब बल परस्पर क्रिया करने वाले कणों के बीच की दूरी के वर्ग के विपरीत भिन्न होते हैं। लेकिन ग्रह मंडल के पिंडों के बीच गुरुत्वाकर्षण बल भी बदलते हैं। ग्रह मंडल की स्थिरता सूर्य के चारों ओर ग्रहों के घूमने से सुनिश्चित होती है। इसलिए, रदरफोर्ड स्वाभाविक रूप से परमाणु के ग्रहीय मॉडल पर आए, जिसमें इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर घूमते हैं।

हालाँकि, शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स के अनुसार, जब कोई चार्ज चलता है, तो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र, जिसका स्रोत चार्ज है, भी बदल जाता है। विशेष रूप से, त्वरित गति से चलने वाला विद्युत आवेश विद्युत चुम्बकीय तरंगें उत्सर्जित करता है। घूमते हुए इलेक्ट्रॉन में त्वरण होता है, और इसलिए उसे लगातार विकिरण करना चाहिए। विकिरण के कारण ऊर्जा खोकर, इलेक्ट्रॉन लगातार नाभिक के पास आएगा और अंततः उस पर गिरेगा। इस प्रकार, गति की उपस्थिति में भी, परमाणु का एक अस्थिर मॉडल प्राप्त होता है। कोई यह मान सकता है कि कूलम्ब का नियम और अन्य नियम जो इलेक्ट्रोडायनामिक्स में विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का निर्धारण करते हैं, प्राथमिक कणों और छोटी दूरी के मामले में उल्लंघन किया जाता है। परमाणु बलों को ध्यान में रखना और हमारे लिए अज्ञात काल्पनिक बलों का परिचय देना संभव होगा जो परमाणु की स्थिरता सुनिश्चित करते हैं। लेकिन इससे स्थिति नहीं बचती. बल जो भी हों, शास्त्रीय यांत्रिकी के सामान्य सिद्धांतों के अनुसार, एक परमाणु के विकिरण स्पेक्ट्रम में कई मौलिक आवृत्तियों और उनके संबंधित ओवरटोन शामिल होने चाहिए। अनुभव एक पूरी तरह से अलग पैटर्न की ओर ले जाता है, जिसे रिट्ज (1878-1909) के संयोजन सिद्धांत द्वारा व्यक्त किया गया है। हमें यह स्वीकार करना होगा कि शास्त्रीय यांत्रिकी और इलेक्ट्रोडायनामिक्स परमाणु नाभिक और इलेक्ट्रॉनों की स्थिर प्रणालियों के रूप में परमाणुओं के अस्तित्व की व्याख्या करने में असमर्थ थे। इस समस्या का समाधान क्वांटम यांत्रिकी के ढांचे के भीतर ही प्राप्त किया गया था।

आरएफ के उच्च और माध्यमिक विशेष शिक्षा मंत्रालय।

नोवोसिबिर्स्क राज्य वास्तुकला और निर्माण विश्वविद्यालय

भौतिकी विभाग

अमूर्त

रदरफोर्ड के प्रयोग

पुरा होना: कुज़नेत्सोव आई.ए. (समूह 226)

जाँच की गई: बेरखोएर एल.डी.

नोवोसिबिर्स्क 2000

अर्नेस्ट रदरफोर्ड 20वीं सदी के पूर्वार्द्ध के सबसे प्रसिद्ध भौतिकविदों में से एक हैं। एक बार की बात है, रदरफोर्ड पहले व्यक्ति थे जिन्होंने परमाणु का विच्छेदन किया और उसमें एक नाभिक की खोज की। उन्होंने पदार्थ के इस आश्चर्यजनक छोटे कण में होने वाली जटिल घटनाओं की जांच की और फिर अपनी प्रयोगशाला में परमाणुओं के नाभिक को विभाजित किया।

विश्वविद्यालय में द्वितीय वर्ष के छात्र रहते हुए, रदरफोर्ड ने "तत्वों का विकास" विषय पर एक सम्मेलन में एक प्रस्तुति दी। रदरफोर्ड ने सुझाव दिया कि सभी रासायनिक तत्व समान प्राथमिक कणों से बनी जटिल रासायनिक प्रणालियाँ हैं। उस समय परमाणु को अविभाज्य माना जाता था - भौतिकी में डाल्टन के परमाणुओं की अविभाज्यता के सिद्धांत का बोलबाला था।

संचित प्रायोगिक डेटा के आधार पर परमाणु मॉडल बनाने का पहला प्रयास जे द्वारा किया गया था। जे। थॉमसन. जैसा कि थॉमसन ने सोचा था, इलेक्ट्रॉन 10-8 सेमी व्यास वाले एक उप लघु गोले में अंतर्निहित होते हैं, जिसमें सकारात्मक चार्ज समान रूप से वितरित होते हैं। नकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉनों के साथ, गोला विद्युत रूप से तटस्थ है। यह परमाणु है. उस समय, रदरफोर्ड, जो थॉमसन के साथ एक ही प्रयोगशाला में काम करते थे, ने भी ऐसा सोचा था, और उन्होंने सपने में भी नहीं सोचा था कि वह नए विचारों के आधार पर अधिक उन्नत मॉडल बना सकते हैं।

1896 में, विभिन्न पदार्थों की चमक का अध्ययन करते समय, ए. बेकरेल ने गलती से पाया कि यूरेनियम लवण बिना पूर्व रोशनी के उत्सर्जित होते हैं। इस विकिरण में अत्यधिक भेदन शक्ति होती है और यह काले कागज में लिपटी फोटोग्राफिक प्लेट को प्रभावित करने में सक्षम होती है। रदरफोर्ड ने तुरंत बेकरेलियन किरणों का अध्ययन शुरू कर दिया। उन्होंने एक्स-रे और बेकरेलियम किरणों के बीच संबंध के बारे में अपनी परिकल्पना का परीक्षण करके एक्स-रे पर अपना शोध शुरू किया। यह विचार उनके मन में एक बहुत ही सरल कारण से आया: उन दोनों ने हवा का आयनीकरण उत्पन्न किया। यह विचार सफल नहीं रहा.

लेकिन रदरफोर्ड का सबसे महत्वपूर्ण परिणाम यूरेनियम द्वारा उत्सर्जित विकिरण में -कणों की खोज थी। रदरफोर्ड ने एक यूरेनियम स्रोत को एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में रखा और विकिरण को तीन अलग-अलग प्रकारों में अलग किया। दूसरे शब्दों में, फिर उन्होंने रेडियोधर्मिता की संरचना की खोज की: अल्फा और बीटा कण और गामा किरणें।

कणों को प्राप्त करने के बाद, रदरफोर्ड ने तुरंत शानदार निष्कर्ष निकाला कि वे परमाणु की गहराई में प्रवेश करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण हैं। जैसा कि बाद में पुष्टि की गई, यह बिल्कुल सही था। बाद के कार्यों में, रदरफोर्ड ने परमाणु के हृदय - परमाणु नाभिक में प्रवेश करने वाले प्रक्षेप्य के रूप में -स्टिक्स का व्यापक उपयोग किया।

रदरफोर्ड ने थोरियम के निकलने की खोज की और साबित किया कि थोरियम से निकलने वाली यह रेडियोधर्मी गैस थोरियम से अलग एक रासायनिक तत्व थी। बाद में, उन्होंने उत्सर्जन का परमाणु भार निर्धारित किया और दिखाया कि यह डी.आई. मेंडेलीव प्रणाली के शून्य समूह की एक उत्कृष्ट गैस है।

रदरफोर्ड और फ्रेडरिक सोड्डी रेडियोधर्मी क्षय को एक तत्व से दूसरे तत्व में स्वतःस्फूर्त संक्रमण के रूप में समझाने वाले पहले व्यक्ति थे। थोरियम के निकलने के बाद रदरफोर्ड ने रेडियम-रेडॉन के निकलने की खोज की। वैज्ञानिक के लिए यह स्पष्ट था कि रेडियम, उत्सर्जित कण, थोरियम के उत्सर्जन की तरह, एक नए सक्रिय पदार्थ में बदल जाता है। इस खोज ने अंततः रेडियोधर्मी क्षय के सिद्धांत की पुष्टि की।

1903 की शुरुआत में, रदरफोर्ड ने कणों की रासायनिक संरचना को निर्धारित करने के लिए प्रयोगात्मक रूप से प्रयास किया। विचार यह है कि किसी कण के द्रव्यमान की तुलना ज्ञात तत्वों के परमाणुओं के द्रव्यमान से की जाए। अनुभव ने उन्हें हीलियम परमाणुओं वाले कणों की पहचान करने वाले पहले व्यक्ति बनने की अनुमति दी। बाद में इसकी स्पेक्ट्रोग्राफिक तौर पर पुष्टि की गई।

1908 में, रदरफोर्ड ने गीजर सिंटिलेशन काउंटर का उपयोग करके कणों की गिनती करके उनके अध्ययन में व्यापक प्रयोग शुरू किए।

गीगर और रॉयड्स के साथ, रदरफोर्ड ने प्रयोगों की एक श्रृंखला को अंजाम दिया, जिसमें पुष्टि की गई कि कण दोगुने आयनित (यानी, 2 इलेक्ट्रॉनों को खोने वाले) हीलियम परमाणुओं से ज्यादा कुछ नहीं हैं। यह ऐतिहासिक अनुभव, जिसकी बदौलत किसी को भी उनके क्षय के सिद्धांत की शुद्धता के बारे में कोई संदेह नहीं हो सकता था, में निम्नलिखित शामिल थे:

रदरफोर्ड ने रेडॉन की एक निश्चित मात्रा, रेडियम का एक उत्सर्जन, एक सीलबंद ट्यूब 2 में रखा। इस ट्यूब की दीवार की मोटाई 0.01 मिमी है। वे इतने पतले हैं कि रेडॉन द्वारा उत्सर्जित कण उनके माध्यम से बाहरी ट्यूब 3 में जा सकते हैं। प्रयोग से पहले, ट्यूब 3 को सावधानीपूर्वक खाली कर दिया गया था, और स्पेक्ट्रोग्राफिक रूप से इसमें हीलियम लाइनों का पता नहीं लगाया जा सका। कुछ दिनों बाद ट्यूब 3 में गैस जमा होने का पता चला। उपकरण में दबाव बढ़ाकर, संचित गैस को ट्यूब 1 में केंद्रित किया जा सकता है। ट्यूब के माध्यम से एक विद्युत आवेश पारित किया गया और फिर यह पता चला कि वर्णक्रमीय विश्लेषण से इसमें हीलियम की विशिष्ट रेखाएँ दिखाई दीं। ट्यूब में हीलियम था. लेकिन शायद यह रेडॉन के साथ एक निरीक्षण के माध्यम से ट्यूब 2 में प्रवेश कर गया, और वहां से यह ट्यूब 3 और 1 में प्रवेश कर गया? नियंत्रण प्रयोग ने इस प्रश्न का नकारात्मक उत्तर दिया। बिल्कुल उसी उपकरण में (ट्यूब 2 में), रदरफोर्ड ने रेडॉन नहीं, बल्कि शुद्ध हीलियम रखा। हालाँकि, कुछ दिनों के बाद, ट्यूब 1 में कोई हीलियम रेखा नहीं पाई गई। हीलियम ट्यूब 2 की कांच की दीवारों से होकर ट्यूब 3 में नहीं जा सका। कण आसानी से कांच से गुजर गए और ट्यूब 3 में जमा हो गए, और फिर ट्यूब 1 में केंद्रित हो गए, जहां उन्हें वर्णक्रमीय विश्लेषण के अधीन किया गया, जिससे हीलियम रेखाएं मिलीं।

इसके बाद रदरफोर्ड ने गीगर और मार्सडेन के साथ मिलकर प्रयोगों की एक नई श्रृंखला आयोजित की। परिणामों ने भौतिकी में क्रांति ला दी। यह हमारे समय के विज्ञान का सबसे नाटकीय अध्याय था। रदरफोर्ड ने परमाणु नाभिक की खोज की और इस तरह एक नए और अत्यंत महत्वपूर्ण विज्ञान - परमाणु भौतिकी - की स्थापना की।

ये किस तरह के प्रयोग थे? रदरफोर्ड और गीगर ने शुरू में जिंक सल्फाइड से बने ल्यूमिनसेंट स्क्रीन के प्रभाव पर γ-कणों के कारण होने वाली जगमगाहट का अवलोकन जारी रखा। सबसे पहले, प्रयोगों ने रदरफोर्ड को इस निष्कर्ष पर पहुँचाया कि प्रत्येक फ़्लैश (जगमगाहट) एक कण के कारण होता है। इस प्रकार, उनकी पहले की धारणा उचित थी। रदरफोर्ड ने तब लिखा था कि जिंक सल्फाइड स्क्रीन पर जगमगाहट का अवलोकन करना कणों की गिनती का एक बहुत ही सुविधाजनक तरीका है यदि प्रत्येक कण एक फ्लैश का कारण बनता है। नतीजतन, यदि प्रत्येक चमक एक कण के कारण होती है, तो भौतिकविदों के पास व्यक्तिगत परमाणुओं के व्यवहार का निरीक्षण करने का अवसर होता है।

रदरफोर्ड और गीगर ने दृष्टिगत रूप से गणना की कि एक सेकंड के दौरान, एक ग्राम रेडियम के हजारवें उत्सर्जक से 130,000 α-कण उत्सर्जित होते हैं। गिनती की सटीकता त्रुटिहीन थी. दोनों वैज्ञानिक, जो बाद में मार्सडेन से जुड़ गए, ने एक अँधेरी प्रयोगशाला में कठिन जगमगाहट गणनाएँ करते हुए कई घंटे बिताए। गीगर ने कहा कि उन्हें अकेले ही कुल दस लाख कण गिनने थे।

रदरफोर्ड के छात्र मार्सडेन ने अपना काम शुरू किया। उन्हें पतली धातु की प्लेटों से गुजरने वाले कणों की गिनती करने का काम सौंपा गया था। इन प्लेटों को उपकरण में कण उत्सर्जक और ल्यूमिनसेंट स्क्रीन के बीच रखा गया था।

मार्सडेन को यह काम सौंपते समय, रदरफोर्ड को कुछ भी दिलचस्प मिलने की उम्मीद नहीं थी। बशर्ते कि थॉमसन का परमाणु मॉडल सही था (और तब इस पर संदेह करने का कोई कारण नहीं था), प्रयोग से पता चलता कि -कण धातु संबंधी बाधाओं से स्वतंत्र रूप से गुजरते हैं। हालाँकि, कुछ ने फिर भी रदरफोर्ड को यह नया प्रयोग करने के लिए मजबूर किया।

मार्सडेन इस तथ्य से चकित थे कि इस सरल प्रयोग में कणों ने थॉमसन द्वारा प्रस्तावित परमाणु के मॉडल को स्वीकार करने की तुलना में अलग व्यवहार किया। थॉमसन के मॉडल के अनुसार, धनात्मक आवेश परमाणु के संपूर्ण आयतन में वितरित होता है और इलेक्ट्रॉनों के ऋणात्मक आवेश द्वारा संतुलित होता है, जिनमें से प्रत्येक का द्रव्यमान कण के द्रव्यमान से बहुत कम होता है। इसलिए, दुर्लभ मामलों में भी जब कोई कण किसी ऐसे इलेक्ट्रॉन से टकराता है जो उसकी तुलना में बहुत हल्का होता है, तो वह अपने सीधे पथ से केवल थोड़ा ही विचलित हो सकता है। लेकिन मार्सडेन के प्रयोगों में कण धातु की प्लेट से बिना रुके नहीं गुजरे। नहीं, उनमें से कुछ प्लेट से लगभग 150° के कोण पर टकराने के बाद विचलित हो गये, अर्थात्। लगभग वापस उत्सर्जक के पास। हालाँकि, ऐसे लौटने वाले कण बहुत कम थे। जब प्रयोगकर्ता ने एक मोटी प्लेट से कणों का मार्ग अवरुद्ध कर दिया, तो बड़े कोणों पर विक्षेपित अधिक कण उसकी दृष्टि के क्षेत्र में दिखाई दिए। इससे संकेत मिलता है कि मार्सडेन द्वारा देखे गए कणों का प्रकीर्णन किसी प्रकार के सतह प्रभाव का प्रतिनिधित्व नहीं करता है, अर्थात। यह प्लेट की सतह से जुड़ा नहीं है. लेकिन मार्सडेन अपने द्वारा देखे गए कणों के अजीब व्यवहार के बारे में कोई विचार व्यक्त नहीं कर सका। उन्होंने रदरफोर्ड को अपनी टिप्पणियों के बारे में विस्तार से बताया।

रदरफोर्ड ने बाद में स्वीकार किया कि मार्सडेन की रिपोर्ट का उन पर आश्चर्यजनक प्रभाव पड़ा: "यह लगभग अविश्वसनीय था, जैसे कि आपने टिशू पेपर के टुकड़े पर पंद्रह पाउंड का गोला दागा हो और गोला वापस उछलकर आप पर आ गिरा हो।"

रदरफोर्ड ने तुरंत कल्पना की कि मार्सडेन द्वारा देखा गया प्रभाव केवल एक ही मामले में हो सकता है: यदि कण, परमाणु में प्रवेश करने के बाद, उसमें मौजूद किसी भारी बाधा का सामना करता है और टकराने पर एक शक्तिशाली झटका प्राप्त करते हुए वापस फेंक दिया जाता है।

इन अध्ययनों के आधार पर, रदरफोर्ड ने परमाणु का एक परमाणु (ग्रहीय) मॉडल प्रस्तावित किया। इस मॉडल के अनुसार, एक धनात्मक नाभिक के चारों ओर ze आवेश होता है (z मेंडेलीव प्रणाली में तत्व का परमाणु क्रमांक है, e प्राथमिक आवेश है), आकार 10 -15 - 10 -14 मीटर है और द्रव्यमान लगभग है परमाणु के द्रव्यमान के बराबर, 10 -10 मीटर क्रम के रैखिक आयाम वाले क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन बंद कक्षाओं में घूमते हैं, जिससे परमाणु का इलेक्ट्रॉन आवरण बनता है। चूँकि परमाणु तटस्थ होते हैं, नाभिक का आवेश इलेक्ट्रॉनों के कुल आवेश के बराबर होता है, अर्थात। z इलेक्ट्रॉनों को नाभिक के चारों ओर घूमना चाहिए।

सरलता के लिए, हम मानते हैं कि इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर त्रिज्या r की गोलाकार कक्षा में घूमता है। इस मामले में, इलेक्ट्रॉन और नाभिक के बीच परस्पर क्रिया का कूलम्ब बल इलेक्ट्रॉन को अभिकेन्द्रीय त्वरण प्रदान करता है। कूलम्ब बल के प्रभाव में एक वृत्त में घूमने वाले इलेक्ट्रॉन के लिए न्यूटन का दूसरा नियम इस प्रकार है , जहां m e और v त्रिज्या r की कक्षा में इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान और गति हैं, और विद्युत स्थिरांक है।

इस समीकरण में दो अज्ञात हैं: r और v। नतीजतन, त्रिज्या के अनगिनत मूल्य और गति (और इसलिए ऊर्जा) के संबंधित मूल्य हैं जो इस समीकरण को संतुष्ट करते हैं। इसलिए, r, v (और इसलिए E) का मान लगातार बदल सकता है, अर्थात। ऊर्जा का कोई भी, और बहुत विशिष्ट भाग भी उत्सर्जित नहीं किया जा सकता है। तब परमाणुओं का स्पेक्ट्रम निरंतर होना चाहिए। वास्तव में, अनुभव से पता चलता है कि परमाणुओं में एक रेखा स्पेक्ट्रम होता है। इस अभिव्यक्ति से यह भी पता चलता है कि m पर इलेक्ट्रॉनों की गति m/s है, और त्वरण m/s 2 है। शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स के अनुसार, त्वरित इलेक्ट्रॉनों को विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन करना चाहिए और परिणामस्वरूप, लगातार ऊर्जा खोनी चाहिए। परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रॉन नाभिक के करीब चले जाएंगे और अंततः उस पर गिरेंगे। इस प्रकार, रदरफोर्ड का परमाणु एक अस्थिर प्रणाली बन जाता है, जो फिर से वास्तविकता का खंडन करता है।

शास्त्रीय भौतिकी के ढांचे के भीतर परमाणु का एक मॉडल बनाने के प्रयासों से सफलता नहीं मिली: थॉमसन के मॉडल को रदरफोर्ड के प्रयोगों द्वारा अस्वीकार कर दिया गया था, जबकि परमाणु मॉडल इलेक्ट्रोडायनामिक रूप से अस्थिर निकला और प्रयोगात्मक डेटा का खंडन किया। उत्पन्न हुई कठिनाइयों पर काबू पाने के लिए परमाणु के गुणात्मक रूप से नए - क्वांटम - सिद्धांत के निर्माण की आवश्यकता थी।

1914 में प्रथम विश्व युद्ध शुरू हो गया और रदरफोर्ड को अपना शोध कुछ समय के लिए स्थगित करना पड़ा। लेकिन समय-समय पर, सैन्य उद्योग के लिए काम करते हुए, वह अपने स्वयं के प्रयोगों में लौट आए। अपने अगले प्रयोगों में रदरफोर्ड ने परमाणु को हैक करने की योजना बनाई।

इन प्रयासों को पूर्ण और आश्चर्यजनक सफलता मिली। रदरफोर्ड की प्रतिभा के नए उदय ने एक ऐसी खोज को जन्म दिया जिसने बाद में हमारे समय के सभी विज्ञान और प्रौद्योगिकी में क्रांति ला दी। परमाणु युग की शुरुआत के लिए पहला संकेत दिया गया था। रदरफोर्ड ने परमाणु नाभिक को विभाजित किया।

इसका विचार रदरफोर्ड में एक क्लाउड चैंबर में अवलोकन करते समय उत्पन्न हुआ (उस समय तक इसका आविष्कार और सुधार हो चुका था) और रहस्यमय ट्रैक (निशान) के एक स्टिंटिलेशन काउंटर में, कणों के ट्रैक की तुलना में बहुत लंबा, जिसे अच्छी तरह से जाना जाता है उसे अनगिनत प्रयोगों से. उसने सोचा कि कणों के पथ में तीव्र वृद्धि के लिए कुछ अज्ञात कारण थे। एक और संभावना (जो सही निकली) यह है कि लंबे रास्ते अन्य अज्ञात कणों द्वारा छोड़े गए हैं। शोधकर्ता के सामने यह पता लगाने का कार्य था कि दोनों में से कौन सी धारणा सत्य है।

अपने प्रश्नों का उत्तर पाने के लिए, रदरफोर्ड ने कणों के साथ विभिन्न पदार्थों पर बमबारी पर प्रयोगों की एक श्रृंखला करने का निर्णय लिया। उन्होंने एक ऐसा उपकरण बनाया जो अब हमें अविश्वसनीय रूप से सरल लगता है। लेकिन हमें यह भी स्वीकार करना होगा कि समस्या के दृश्य समाधान के लिए केवल वही सबसे उपयुक्त थे। इसमें, बमबारी के लक्ष्य गैसों (यानी, हल्के परमाणु) थे, न कि आमतौर पर पिछले कई प्रयोगों में रदरफोर्ड द्वारा उपयोग की जाने वाली धातु की प्लेटें।

रदरफोर्ड द्वारा निर्मित वास्तविक उपकरण, जिसके साथ वह पहली बार प्रकाश तत्वों के परमाणुओं के नाभिक को विभाजित करने में सक्षम था, चित्र में योजनाबद्ध रूप से दिखाया गया है।

पीतल की ट्यूब 6 लंबाई ओह 20 सेमी को दो नलों से गैस से भर दिया जाता है। ट्यूब के अंदर एक रेडियोधर्मी उत्सर्जक 7 की एक डिस्क होती है, जो कण उत्सर्जित करती है। यह डिस्क रेल 4 के साथ चलते हुए एक स्टैंड पर लगाई गई है। प्रयोग के दौरान, ट्यूब का एक सिरा फ्रॉस्टेड ग्लास प्लेट से ढका हुआ है, और दूसरा सिरा ग्लास प्लेट (मोम से जुड़ा हुआ) से ढका हुआ है। पीतल की प्लेट में एक छोटा आयताकार छेद चांदी की प्लेट से बंद कर दिया गया था। चांदी की प्लेट में लगभग 5 सेमी मोटी हवा की परत के बराबर कणों को बनाए रखने की क्षमता थी। छेद के सामने जस्ता मिश्रण से बनी एक ल्यूमिनसेंट स्क्रीन रखी गई थी। जगमगाहटों को गिनने के लिए, शोधकर्ता ने टेलीस्कोप 1 का उपयोग किया।

जब रदरफोर्ड ने ट्यूब को नाइट्रोजन से भर दिया, तो कण बहुत लंबा निशान छोड़ते हुए दृश्य क्षेत्र में दिखाई दिए, जैसा कि उन्होंने पहले ही देखा था। बेशक, रदरफोर्ड ने अंतिम निष्कर्ष पर पहुंचने से पहले कई और प्रयोग किए। लेकिन अंतिम निष्कर्ष यह था: जब β-कण नाइट्रोजन नाभिक से टकराते हैं, तो इनमें से कुछ नाभिक नष्ट हो जाते हैं, हाइड्रोजन नाभिक - प्रोटॉन उत्सर्जित करते हैं, और फिर ऑक्सीजन नाभिक का निर्माण होता है।

इस खोज का व्यापक महत्व स्वयं रदरफोर्ड और उनके सहयोगियों को शुरू से ही स्पष्ट था। पहली बार परमाणु नाभिक विभाजित हुए। रासायनिक तत्वों की "अविघटनशीलता" के बारे में पहले के अटल विचारों का स्पष्ट रूप से खंडन किया गया था। दूसरों से कुछ तत्वों को कृत्रिम रूप से प्राप्त करने, नाभिक में निहित विशाल ऊर्जा को मुक्त करने आदि के लिए पूरी तरह से नई और आश्चर्यजनक संभावनाएं खुल गईं।

अपने शोध को जारी रखते हुए, उन्हें उस स्थिति की प्रयोगात्मक पुष्टि प्राप्त हुई जो उन्होंने पहले स्थापित की थी - कि बमबारी के दौरान नाइट्रोजन परमाणुओं की एक छोटी संख्या विघटित हो जाती है, जिससे तेजी से प्रोटॉन - हाइड्रोजन नाभिक उत्सर्जित होते हैं। बाद के शोध के आलोक में, रदरफोर्ड ने लिखा, “इस परिवर्तन का सामान्य तंत्र बिल्कुल स्पष्ट है। समय-समय पर, -कण वास्तव में नाइट्रोजन नाभिक में प्रवेश करते हैं, क्षण भर के लिए एक नया नाभिक बनाते हैं जैसे कि 18 के द्रव्यमान और 9 के आवेश के साथ फ्लोरीन नाभिक। यह नाभिक, जो प्रकृति में मौजूद नहीं है, बेहद अस्थिर और तत्काल है विघटित हो जाता है, एक प्रोटॉन उत्सर्जित करता है और 17 के द्रव्यमान के साथ एक स्थिर नाभिक ऑक्सीजन में बदल जाता है ..."

लंबे प्रयोगों के परिणामस्वरूप, रदरफोर्ड 17 प्रकाश तत्वों में परमाणु प्रतिक्रियाएँ पैदा करने में कामयाब रहे।

परमाणु विखंडन पर अपने प्रयोगों को जारी रखते हुए, रदरफोर्ड निम्नलिखित निष्कर्ष पर पहुंचे: हालांकि γ-कणों में बड़ी ऊर्जा होती है, फिर भी वे तत्वों के नाभिक को भेदने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली प्रक्षेप्य नहीं होते हैं। उन्होंने हाई-वोल्टेज इंस्टालेशन में कणों को त्वरित करके उनकी ऊर्जा बढ़ाने का निर्णय लिया। त्वरक प्रौद्योगिकी के विकास में यह पहला कदम था।

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सन्दर्भ:

1) एफ फेडोरोव। "एक विचार की श्रृंखला प्रतिक्रिया", संस्करण। "ज्ञान", एम., 1975।

2) टी.आई. ट्रोफिमोवा। "भौतिकी पाठ्यक्रम", संस्करण। "हायर स्कूल", एम., 1999।

3) "सामान्य भौतिकी का पाठ्यक्रम", जी.ए.ज़िसमैन, ओ.एम.टोड्स, एड। "एडलवाइस", कीव, 1994.

"रदरफोर्ड का अनुभव"।

अब लगभग सौ वर्षों से, "वैज्ञानिक", गहरी दृढ़ता के साथ जिससे कोई भी कट्टरपंथी ईर्ष्या कर सकता है, इलेक्ट्रॉनों को नाभिक के चारों ओर घुमाने के लिए कानूनों और सूत्रों के साथ आने की कोशिश कर रहे हैं। बिना यह सोचे कि पदार्थ के परमाणुओं की संरचना बिल्कुल अलग होती है। और इस कहानी की शुरुआत 1911 में अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने की थी, जिन्होंने अल्फा कणों के साथ प्रयोगों की एक श्रृंखला के परिणामों के आधार पर "परमाणु की ग्रहीय संरचना" के बारे में निष्कर्ष निकाला था। प्रयोग के दौरान और प्रयोग के परिणामों का विश्लेषण करते समय, रदरफोर्ड ने गंभीर गलतियाँ कीं और परिणामस्वरूप, परमाणु की संरचना के बारे में पूरी तरह से गलत निष्कर्ष निकाला। लेकिन "वैज्ञानिक" भौतिकविदों की सेना ने न केवल पूरी तरह से स्पष्ट गलतियों पर ध्यान नहीं दिया, उन्होंने सैद्धांतिक रूप से नील्स बोह्र के व्यक्ति में इसके विपरीत को उचित ठहराया। और रदरफोर्ड द्वारा किया गया अनुभव और "परमाणु की ग्रह संरचना" के बारे में निष्कर्ष "पवित्र गाय" में बदल गए। और अब लगभग एक शताब्दी से, "रदरफोर्ड का अनुभव" रहा है "सौम्यता और डिजाइन की गहराई का एक उदाहरण" , और अनिवार्य हाई स्कूल भौतिकी पाठ्यक्रम में शामिल हैं। और अब इस मुद्दे पर समर्पित किसी भी भौतिकी पाठ्यपुस्तक में हम निम्नलिखित पढ़ सकते हैं...

साइट से "रदरफोर्ड अनुभव"तत्व. आरयू"।

“अर्नेस्ट रदरफोर्ड इस अर्थ में एक अद्वितीय वैज्ञानिक हैं कि उन्होंने नोबेल पुरस्कार प्राप्त करने के बाद अपनी मुख्य खोजें कीं। 1911 में, वह एक ऐसे प्रयोग में सफल हुए जिसने न केवल वैज्ञानिकों को परमाणु में गहराई से देखने और इसकी संरचना में अंतर्दृष्टि प्राप्त करने की अनुमति दी, बल्कि डिजाइन की सुंदरता और गहराई का एक मॉडल भी बन गया।

रेडियोधर्मी विकिरण के प्राकृतिक स्रोत का उपयोग करते हुए, रदरफोर्ड ने एक तोप का निर्माण किया जो कणों की एक निर्देशित और केंद्रित धारा उत्पन्न करती थी। बंदूक एक संकीर्ण स्लॉट वाला एक सीसा बॉक्स था, जिसके अंदर रेडियोधर्मी सामग्री रखी गई थी। इसके कारण, एक को छोड़कर सभी दिशाओं में रेडियोधर्मी पदार्थ द्वारा उत्सर्जित कण (इस मामले में अल्फा कण, जिसमें दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन शामिल थे) को लीड स्क्रीन द्वारा अवशोषित कर लिया गया था, और अल्फा कणों की केवल एक निर्देशित किरण स्लॉट के माध्यम से जारी की गई थी . इसके अलावा बीम के रास्ते में संकीर्ण स्लिट्स के साथ कई और लीड स्क्रीन थीं जो कड़ाई से निर्दिष्ट दिशा से भटकने वाले कणों को काट देती थीं। परिणामस्वरूप, अल्फा कणों की एक पूरी तरह से केंद्रित किरण लक्ष्य की ओर उड़ गई, और लक्ष्य स्वयं सोने की पन्नी की एक पतली शीट थी। यह अल्फ़ा किरण थी जिसने उसे मारा। फ़ॉइल परमाणुओं से टकराने के बाद, अल्फा कणों ने अपना रास्ता जारी रखा और लक्ष्य के पीछे स्थापित एक ल्यूमिनसेंट स्क्रीन से टकराया, जिस पर अल्फा कणों के टकराने पर चमक दर्ज की गई। उनसे, प्रयोगकर्ता यह अनुमान लगा सकता है कि फ़ॉइल परमाणुओं के साथ टकराव के परिणामस्वरूप अल्फा कण किस मात्रा में और कितने रेक्टिलिनियर गति की दिशा से विचलित होते हैं।

इस तरह के प्रयोग पहले भी किये जा चुके हैं. उनका मुख्य विचार कण विक्षेपण के कोणों से पर्याप्त जानकारी एकत्र करना था ताकि परमाणु की संरचना के बारे में कुछ निश्चित कहा जा सके। बीसवीं सदी की शुरुआत में, वैज्ञानिकों को पहले से ही पता था कि परमाणु में नकारात्मक चार्ज वाले इलेक्ट्रॉन होते हैं। हालाँकि, प्रचलित विचार यह था कि परमाणु नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए किशमिश इलेक्ट्रॉनों से भरे एक सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए महीन ग्रिड की तरह था - एक मॉडल जिसे "किशमिश ग्रिड मॉडल" कहा जाता था। ऐसे प्रयोगों के परिणामों के आधार पर, वैज्ञानिक परमाणुओं के कुछ गुणों को सीखने में सक्षम थे - विशेष रूप से, उनके ज्यामितीय आकारों के क्रम का अनुमान लगाने में।

हालाँकि, रदरफोर्ड ने कहा कि उनके किसी भी पूर्ववर्तियों ने प्रयोगात्मक रूप से यह परीक्षण करने की कोशिश भी नहीं की थी कि क्या कुछ अल्फा कण बहुत बड़े कोण पर विक्षेपित हुए थे। किशमिश ग्रिड मॉडल ने परमाणु में इतने घने और भारी संरचनात्मक तत्वों के अस्तित्व की अनुमति नहीं दी कि वे महत्वपूर्ण कोणों पर तेज अल्फा कणों को विक्षेपित कर सकें, इसलिए किसी ने भी इस संभावना का परीक्षण करने की जहमत नहीं उठाई। रदरफोर्ड ने अपने छात्रों में से एक को इंस्टॉलेशन को इस तरह से फिर से सुसज्जित करने के लिए कहा कि बड़े विक्षेपण कोणों पर अल्फा कणों के बिखरने का निरीक्षण करना संभव हो - बस अपने विवेक को साफ़ करने के लिए, इस संभावना को पूरी तरह से बाहर करने के लिए। डिटेक्टर एक स्क्रीन थी जो सोडियम सल्फाइड से लेपित थी, एक ऐसी सामग्री जो अल्फा कण के टकराने पर फ्लोरोसेंट फ्लैश पैदा करती है। न केवल उस छात्र के आश्चर्य की कल्पना करें जिसने सीधे प्रयोग किया, बल्कि स्वयं रदरफोर्ड के भी, जब यह पता चला कि कुछ कण 180° तक के कोण पर विक्षेपित हुए थे!

परमाणु के स्थापित मॉडल के ढांचे के भीतर, परिणाम की व्याख्या नहीं की जा सकी: किशमिश ग्रिड में ऐसा कुछ भी नहीं है जो एक शक्तिशाली, तेज़ और भारी अल्फा कण को ​​​​प्रतिबिंबित कर सके। रदरफोर्ड को यह निष्कर्ष निकालने के लिए मजबूर होना पड़ा कि एक परमाणु में अधिकांश द्रव्यमान परमाणु के केंद्र में स्थित एक अविश्वसनीय रूप से घने पदार्थ में केंद्रित होता है। और बाकी परमाणु पहले की तुलना में कम घनत्व वाले परिमाण के कई क्रम के निकले। बिखरे हुए अल्फा कणों के व्यवहार से यह भी पता चला कि परमाणु के इन अति सघन केंद्रों में, जिन्हें रदरफोर्ड ने नाभिक कहा है, परमाणु का संपूर्ण धनात्मक विद्युत आवेश भी केंद्रित है, क्योंकि केवल विद्युत प्रतिकर्षण बल ही कणों के प्रकीर्णन का कारण बन सकते हैं। 90° से अधिक कोण.

वर्षों बाद, रदरफोर्ड को अपनी खोज के बारे में इस सादृश्य का उपयोग करना पसंद आया। एक दक्षिणी अफ़्रीकी देश में, सीमा शुल्क अधिकारियों को चेतावनी दी गई थी कि विद्रोहियों के लिए तस्करी किए गए हथियारों की एक बड़ी खेप देश में तस्करी करके लाई जाने वाली थी, और हथियार कपास की गांठों में छिपाए जाएंगे। और अब, उतारने के बाद, सीमा शुल्क अधिकारी को कपास की गांठों से भरे पूरे गोदाम का सामना करना पड़ता है। वह यह कैसे निर्धारित कर सकता है कि किस गठरी में राइफलें हैं? सीमा शुल्क अधिकारी ने समस्या को सरलता से हल कर दिया: उसने गांठों पर गोली चलानी शुरू कर दी, और यदि गोलियां किसी गांठ से टकराती थीं, तो वह इस संकेत के आधार पर तस्करी के हथियारों वाली गांठों की पहचान करता था। तो रदरफोर्ड ने, यह देखकर कि अल्फा कण सोने की पन्नी से कैसे टकराते हैं, उन्हें एहसास हुआ कि परमाणु के अंदर अपेक्षा से कहीं अधिक सघन संरचना छिपी हुई थी।

रदरफोर्ड ने अपने प्रयोग के परिणामों के आधार पर परमाणु का जो चित्र खींचा था, वह आज हम सर्वविदित है। एक परमाणु में एक सुपर-सघन, कॉम्पैक्ट नाभिक होता है जो सकारात्मक चार्ज रखता है, और इसके चारों ओर नकारात्मक चार्ज वाले प्रकाश इलेक्ट्रॉन होते हैं। बाद में, वैज्ञानिकों ने इस चित्र के लिए एक विश्वसनीय सैद्धांतिक आधार प्रदान किया, लेकिन यह सब रेडियोधर्मी सामग्री के एक छोटे नमूने और सोने की पन्नी के एक टुकड़े के साथ एक सरल प्रयोग से शुरू हुआ।

एल. कूपर "सभी के लिए भौतिकी" एड। 1973

“उस समय यह पहले से ही ज्ञात था कि एक अल्फा कण का द्रव्यमान लगभग 6.62 * 10 -24 ग्राम है, यानी, हीलियम परमाणु के द्रव्यमान के करीब है। इसके अलावा, यह ज्ञात था कि इसमें एक सकारात्मक चार्ज है, जिसका मूल्य एक इलेक्ट्रॉन से दोगुना है। यह भी ज्ञात था कि रेडियोधर्मी पोलोनियम द्वारा उत्सर्जित अल्फा कण 1.6 * 10 9 सेमी/सेकेंड की गति से उड़ते हैं। यह माना जा सकता है (और ऐसी धारणा बनाई गई थी) कि अल्फा कण हीलियम परमाणु हैं जिनसे विकिरण प्रक्रिया के दौरान इलेक्ट्रॉन किसी तरह बाहर निकल गए थे। इस धारणा की पुष्टि तब हुई जब रदरफोर्ड और रॉयड्स उस जहाज में हीलियम का पता लगाने में कामयाब रहे जिसमें उन्होंने अल्फा कण भेजे थे। गेयरर ने इन अल्फा कणों को 4*10 -4 मिमी मोटी सोने की पन्नी से गुजारा (लगभग दस गुना मोटी पन्नी में एक भी कण नहीं घुसा।) और जिंक-सल्फाइड स्क्रीन पर उनके विक्षेपणों को देखा..." "शुरुआती प्रयोगों में, जिसमें सोने की पन्नी को लक्ष्य के रूप में और अल्फा कणों को बमबारी करने वाले कणों के रूप में इस्तेमाल किया गया था, यह पहली बार पता चला कि लगभग सभी कण, इस तथ्य के बावजूद कि 400 परतें थीं परमाणुओं को एक सोने की प्लेट पर रखा गया था और बिना विचलित हुए लक्ष्य के माध्यम से पारित किया गया था, जैसे कि लक्ष्य परमाणु बमबारी करने वाले कणों के लिए पूरी तरह से पारदर्शी थे। - रदरफोर्ड ने लिखा: “मैंने अल्फा कणों के प्रकीर्णन का अवलोकन किया और डॉ. गीगर ने मेरी प्रयोगशाला में इस घटना का विस्तार से अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि पतली धातु की प्लेटों में यह प्रकीर्णन बहुत छोटा होता है, एक डिग्री के क्रम पर। एक दिन गीगर मेरे पास आए और कहा: "क्या आपको नहीं लगता कि यह युवा मार्सडेन के लिए समय है, जिसे मैं रेडियोधर्मी तरीकों से पढ़ा रहा हूं, थोड़ा शोध शुरू करने का?" मैंने भी सोचा कि अब समय आ गया है, इसलिए मैंने कहा: "क्यों न उसे इस प्रश्न का पता लगाने का काम सौंपा जाए कि क्या अल्फा कणों को बड़े कोणों पर फैलाया जा सकता है?" मैं आपको एक रहस्य बता सकता हूं कि मुझे खुद विश्वास नहीं था कि ऐसा प्रभाव संभव है, क्योंकि हम जानते थे कि अल्फा कण एक बहुत तेज़, भारी कण है जिसमें गतिज ऊर्जा का विशाल भंडार है, इसलिए इसके वापस बिखरने की संभावना थी अत्यंत छोटा, यदि हम मान लें कि एक अल्फा कण के कुल प्रकीर्णन में छोटे कोणों पर कई प्रकीर्णन होते हैं। आगे, मुझे याद है कि कुछ दिनों बाद बेहद उत्साहित गीगर मेरे पास आए और कहा: "हम पीछे बिखरे हुए कई अल्फा कणों का निरीक्षण करने में सक्षम थे..." यह मेरे जीवन की सबसे अविश्वसनीय घटना थी। यह इतना अविश्वसनीय था मानो टिशू पेपर के एक टुकड़े पर दागा गया 15 इंच का गोला उछलकर शूटर को लग गया हो।”

1). वैसे भी श्री रदरफोर्ड का इससे क्या लेना-देना है? "...गीगर ने इन अल्फा कणों को 4*10 -4 मिमी मोटी सोने की पन्नी के माध्यम से पारित किया और जिंक सल्फाइड स्क्रीन पर उनके विक्षेपण को देखा..." "...एक दिन गीगर मेरे पास आए और कहा: "क्या आप नहीं क्या आपको लगता है कि युवा मार्सडेन, जिसे मैं रेडियोधर्मी तरीके सिखाता हूं, अब थोड़ा शोध शुरू करने का समय आ गया है? पीछे..." इस स्थिति की कल्पना करें: कोच डॉ. गीगर ने एथलीट "मार्डसन रॉयड्स" को ओलंपिक खेलों में शामिल किया, राष्ट्रीय ओलंपिक समिति के अध्यक्ष "ई. रदरफोर्ड" एथलीट और परिणाम में विश्वास नहीं करता है, लेकिन कोई अन्य उम्मीदवार नहीं है, और वह शालीनता से सहमत है। लेकिन सभी के लिए अप्रत्याशित रूप से, और विशेष रूप से राष्ट्रीय ओलंपिक समिति के अध्यक्ष के लिए, एथलीट विश्व रिकॉर्ड के साथ प्रतियोगिता जीतता है। पुरस्कार समारोह में, राष्ट्रीय ओलंपिक समिति के अध्यक्ष "ई" को प्रतियोगिता के विजेता और विश्व रिकॉर्ड के लेखक के रूप में घोषित किया जाता है। रदरफोर्ड,'' और आदेश और पदक, डिप्लोमा और पुरस्कार, आदि, उस पर बरसने लगते हैं... इस तथ्य के बावजूद कि श्री रदरफोर्ड ने फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी जीन बैप्टिस्ट पेरिन (1870) से परमाणु का ग्रहीय मॉडल चुरा लिया था। - 1942), जो 1901 में विभिन्न पदार्थों के माध्यम से कैथोड ट्यूब में इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह का अध्ययन कर रहे थे,परमाणु की परमाणु-ग्रहीय संरचना का सुझाव दिया।

2) . पढ़ना "रेडियोधर्मी विकिरण के प्राकृतिक स्रोत का उपयोग करते हुए, रदरफोर्ड ने एक तोप का निर्माण किया जो कणों की एक निर्देशित और केंद्रित धारा उत्पन्न करती थी... और लक्ष्य स्वयं सोने की पन्नी की एक पतली शीट थी... उनका मुख्य विचार कोणों से पर्याप्त जानकारी जमा करना था कणों के विक्षेपण के अनुसार, परमाणु की संरचना के बारे में कुछ निश्चित कहा जा सकता है।” प्रिय पाठक, रदरफोर्ड और अन्य वैज्ञानिकों के लिए चीजें इसी तरह से काम करती हैं, उन्होंने मान लिया कि पदार्थ में परमाणु होते हैं, पदार्थ की एक पतली शीट ली, और यह पता चला कि वे पहले से ही व्यक्तिगत परमाणुओं को अपने हाथों में पकड़े हुए थे। सोने की पन्नी की एक शीट, अच्छे सज्जनों, यह मामला है, औरअल्फा कणों के साथ बमबारी करके आप पदार्थ की संरचना का अध्ययन करेंगे, लेकिन परमाणु का नहीं।

3). मर्डसेन रॉयड्स द्वारा वापस लौटने वाले अल्फा कणों की खोज करने से पहले, वैज्ञानिक दुनिया ने कल्पना की थी कि पदार्थ में कुछ ईंटें - परमाणु शामिल हैं, जो गुरुत्वाकर्षण बल द्वारा परस्पर जुड़े हुए हैं, उनके बीच कोई अंतराल नहीं है। लेकिन विपरीत दिशा में परावर्तित अल्फा कणों की उपस्थिति पदार्थ की संरचना के इस सिद्धांत को पूरी तरह से खारिज कर देती है, और स्पष्ट रूप से दिखाती है कि पदार्थ गैर-पदार्थ से भिन्न होता है क्योंकि इसमें छोटे कणों (परमाणुओं) की उपस्थिति होती है जो कुल मात्रा से थोड़ी मात्रा में होते हैं। पदार्थ का. श्री रदरफोर्ड और अन्य "वैज्ञानिक" इस तथ्य को महसूस नहीं कर सके और मनमाने ढंग से परमाणुओं के ज्यामितीय आयामों को बढ़ा दिया, जिससे इलेक्ट्रॉनों को जोड़ दिया गया जो कथित तौर पर नाभिक के चारों ओर घूमते हैं। जब कोई भी प्रयोगात्मक परिणाम यह नहीं दर्शाता कि इन कणों (परमाणुओं) के चारों ओर कुछ घूम रहा है। तो परमाणु का परमाणु ग्रहीय मॉडल रदरफोर्ड और उसके साथ हस्ताक्षर करने वाले नीचे के लोगों की बीमार कल्पना का फल है।

आइए फिर से पढ़ें कि रदरफोर्ड ने रिपोर्ट में खुद क्या लिखा है। “मैंने अल्फा कणों के प्रकीर्णन का अवलोकन किया और डॉ. गीगर ने मेरी प्रयोगशाला में इस घटना का विस्तार से अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि पतली धातु की प्लेटों में यह प्रकीर्णन बहुत छोटा होता है, एक डिग्री के क्रम पर..." प्रयोगों के परिणामों में, अल्फा कणों का प्रकीर्णन एक डिग्री से अधिक नहीं था, लेकिन प्रयोग के चित्र 20 - 30 डिग्री तक प्रकीर्णित कणों की किरण को दर्शाते हैं।और बाद में, रदरफोर्ड के अनुभव को समर्पित कार्यों में, हम निम्नलिखित चित्र देखते हैं:

"रदरफोर्ड के प्रयोगों के परिणाम:
1. अधिकांश कण किसी पदार्थ के परमाणुओं से होकर गुजरते हैं। बिना नष्ट हुए (जैसे कि "खालीपन" के माध्यम से);
2. बढ़ते प्रकीर्णन कोण के साथ, मूल दिशा से विचलित होने वाले कणों की संख्या तेजी से घट जाती है;
3. ऐसे व्यक्तिगत कण होते हैं जिन्हें परमाणुओं द्वारा उनकी प्रारंभिक गति के विरुद्ध वापस फेंक दिया जाता है (जैसे दीवार से गेंद)।

रॉयड्स द्वारा कणों के पिछड़े विक्षेपण की खोज से पहले, एक भी कण को ​​एक डिग्री से अधिक विक्षेपित करते हुए दर्ज नहीं किया गया था। ये प्रयोग कई बार किए गए, और रदरफोर्ड के सहायकों ने हर चीज़ को देखा, लेकिन उन्होंने कभी भी एक डिग्री से अधिक विचलन वाले कणों को रिकॉर्ड नहीं किया। इसके अलावा, अन्य शोधकर्ताओं द्वारा भी इसी तरह के प्रयोग किए गए, जहां एक डिग्री के भीतर अल्फा कणों का विचलन भी दर्ज किया गया। सज्जनों, "वैज्ञानिकों" और इतना नहीं, प्रयोगों के परिणामों ने उन कणों को रिकॉर्ड नहीं किया जो कई डिग्री से विचलित थे और उनका आविष्कार करने की कोई आवश्यकता नहीं है। प्रायोगिक परिणामों में केवल वे कण शामिल हैं जो एक डिग्री के भीतर विचलित हुए और वापस लौट आए (लगभग आठ हजार में से एक)। लेकिन इस विषय पर समर्पित सभी कार्यों में, अल्फा कण प्रयोग के परिणामों में दिखाई देते हैं, 5, 10, 20 या अधिक डिग्री से विचलन करते हुए, ऐसे अद्भुत रूपांतर।

5). लेकिन चीजों के तर्क के अनुसार, अन्य कोणों पर कणों का विचलन होना चाहिए, लेकिन अल्फा कणों के ऐसे विचलन दर्ज नहीं किए गए, जो पहली नज़र में पूरी तरह से असंभव लगते हैं। लेकिन वास्तव में, पहली नज़र में ही सब कुछ प्राकृतिक है।

सबसे पहले, आइए जानें कि जिंक सल्फर स्क्रीन से टकराने पर फ्लैश क्यों होता है।

प्रयोग के दौरान, यह पाया गया कि अल्फा कण एक हीलियम परमाणु से ज्यादा कुछ नहीं है, इसका सीधा संकेत इस तथ्य से मिलता है कि हीलियम उस बर्तन में पाया गया था जिसमें अल्फा कणों का प्रवाह निर्देशित किया गया था। हीलियम एक अक्रिय गैस है, इसलिए जब कोई अल्फा कण जिंक सल्फर स्क्रीन से टकराता है, तो किसी रासायनिक प्रतिक्रिया की बात नहीं हो सकती है। हालाँकि, उसी समय हमें एक फ्लैश दिखाई देता है, सवाल यह है कि क्यों? अल्फा कण, जब वे जिंक-सल्फाइड स्क्रीन से टकराते हैं, तो स्क्रीन के परमाणुओं में कंपन पैदा करते हैं, जो बदले में ईथर के परमाणुओं में संचारित होते हैं और दृश्य स्पेक्ट्रम की विद्युत चुम्बकीय तरंगें ईथर में दिखाई देती हैं, जिन्हें हमारी आंखें देखती हैं। अल्फा कण उड़ान गति≈16,000 किमी/सेकंड, और यह मान लेना उचित है कि कम उड़ान गति पर कणों की गतिज ऊर्जा स्क्रीन परमाणुओं में कंपन पैदा करने के लिए पर्याप्त नहीं होगी। अधिक सटीक रूप से, हवा में कंपन होगा, लेकिन दृश्य स्पेक्ट्रम में नहीं, बल्कि अवरक्त रेंज में, जो नग्न आंखों को दिखाई नहीं देता है। इन चमक को देखने के लिए, आपको एक इन्फ्रारेड डिटेक्टर की आवश्यकता है।

परमाणुओं के आकार और आपस में स्थानिक व्यवस्था से, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि पारस्परिक आकर्षण बल के अलावा, एक प्रतिकारक बल परमाणुओं पर कार्य करता है, जो उन्हें एक दूसरे पर गिरने से रोकता है। सोने के परमाणु के साथ अल्फा कण की सीधी टक्कर के दौरान, परमाणु विस्थापित हो जाता है, जिसके बाद ये बल क्रिया में आते हैं, परमाणु को उसके सही स्थान पर लौटाते हैं, और अल्फा कण को ​​लगभग 100% विपरीत गति दी जाती है और अल्फा कण कम से कम 15,000 किमी/सेकेंड की गति से विपरीत दिशा में उड़ता है, जो दृश्यमान स्पेक्ट्रम में जिंक सल्फाइड स्क्रीन पर फ्लैश पैदा करने के लिए पर्याप्त है। और यहां तक ​​कि एक छोटी सी स्पर्शरेखा टक्कर के साथ, कण की कम से कम दस प्रतिशत ऊर्जा परमाणु में स्थानांतरित हो जाती है, लेकिन यह अब इसे वापस प्राप्त नहीं करता है, यह उड़ गया है। इसकी उड़ान की गति 14,000 - 15,000 किमी/सेकंड से नीचे चली जाती है और गतिज ऊर्जा अब जिंक-सल्फर स्क्रीन पर फ्लैश पैदा करने के लिए पर्याप्त नहीं है। अधिक सटीक रूप से, 14,000 - 15,000 किमी/सेकंड से कम गति पर एक अल्फा कण का प्रभाव स्क्रीन पर एक फ्लैश का कारण बनता है, केवल कण के प्रभाव से उत्पन्न विद्युत चुम्बकीय तरंगों की आवृत्ति दृश्यमान स्पेक्ट्रम के नीचे, अवरक्त रेंज में होती है। विद्युत चुम्बकीय तरंगें, जो नग्न आंखों से दिखाई नहीं देतीं। यही कारण है कि अल्फा कणों का अन्य कोणों से विचलन दर्ज नहीं किया गया। प्रयोग के दौरान, रिकॉर्डिंग डिवाइस (जिंक सल्फर स्क्रीन) की संवेदनशीलता सीमा निर्धारित नहीं की गई थी। हालाँकि मुझसे गलती हो सकती है और यह ज्ञात है, लेकिन इस प्रयोग का वर्णन करने वाले सभी स्रोतों में मैंने इसके बारे में एक शब्द भी नहीं कहा, और प्रयोग के परिणामों के अंतिम निष्कर्षों में यह तथ्य महत्वहीन नहीं है। (जहाँ तक मेरी जानकारी है, ऐसे प्रयोग नहीं किए गए हैं; जिस किसी को भी ऐसा प्रयोग करने का अवसर मिले, वह ऐसा करे, विषय खुला है...)

शिक्षा

रदरफोर्ड का अल्फा कण प्रकीर्णन प्रयोग (संक्षेप में)

अर्नेस्ट रदरफोर्ड परमाणु की आंतरिक संरचना के मौलिक सिद्धांत के संस्थापकों में से एक हैं। वैज्ञानिक का जन्म इंग्लैंड में स्कॉटलैंड के अप्रवासियों के एक परिवार में हुआ था। रदरफोर्ड अपने परिवार में चौथा बच्चा था, और सबसे प्रतिभाशाली निकला। वह परमाणु संरचना के सिद्धांत में विशेष योगदान देने में सफल रहे।

परमाणु की संरचना के बारे में प्रारंभिक विचार

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि अल्फा कणों के प्रकीर्णन पर रदरफोर्ड के प्रसिद्ध प्रयोग से पहले, उस समय परमाणु की संरचना के बारे में प्रमुख विचार थॉम्पसन मॉडल था। इस वैज्ञानिक को यकीन था कि धनात्मक आवेश परमाणु के पूरे आयतन को समान रूप से भर देता है। थॉम्पसन का मानना ​​था कि नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉन इसके साथ जुड़े हुए थे।

वैज्ञानिक क्रांति के लिए आवश्यक शर्तें

स्कूल छोड़ने के बाद सबसे प्रतिभाशाली छात्र के रूप में रदरफोर्ड को आगे की शिक्षा के लिए 50 पाउंड का अनुदान मिला। इसकी बदौलत वह न्यूजीलैंड में कॉलेज जाने में सक्षम हो सके। इसके बाद, युवा वैज्ञानिक कैंटरबरी विश्वविद्यालय में परीक्षा उत्तीर्ण करता है और भौतिकी और रसायन विज्ञान का गंभीरता से अध्ययन करना शुरू करता है। 1891 में रदरफोर्ड ने "तत्वों का विकास" विषय पर अपना पहला भाषण दिया। इतिहास में पहली बार, इसने इस विचार को रेखांकित किया कि परमाणु जटिल संरचनाएँ हैं।

उस समय वैज्ञानिक हलकों में डाल्टन का यह विचार हावी था कि परमाणु अविभाज्य हैं। रदरफोर्ड के आस-पास के सभी लोगों को उसका विचार पूरी तरह से पागलपन भरा लगा। युवा वैज्ञानिक को अपनी "बकवास" के लिए अपने सहकर्मियों से लगातार माफ़ी मांगनी पड़ी। लेकिन 12 साल बाद भी रदरफोर्ड यह साबित करने में कामयाब रहे कि वह सही थे। रदरफोर्ड को इंग्लैंड में कैवेंडिश प्रयोगशाला में अपना शोध जारी रखने का मौका मिला, जहां उन्होंने वायु आयनीकरण की प्रक्रियाओं का अध्ययन करना शुरू किया। रदरफोर्ड की पहली खोज अल्फा और बीटा किरणें थीं।

रदरफोर्ड का अनुभव

खोज को संक्षेप में इस प्रकार वर्णित किया जा सकता है: 1912 में, रदरफोर्ड ने अपने सहायकों के साथ मिलकर अपना प्रसिद्ध प्रयोग किया - अल्फा कणों को एक सीसा स्रोत से उत्सर्जित किया गया था। सीसे द्वारा अवशोषित कणों को छोड़कर सभी कण, स्थापित चैनल के साथ चले गए। उनकी संकीर्ण धारा पन्नी की एक पतली परत पर गिरी। यह रेखा शीट पर लंबवत थी। अल्फा कण बिखरने पर रदरफोर्ड के प्रयोग ने साबित कर दिया कि वे कण जो सीधे पन्नी की शीट से होकर गुजरे, स्क्रीन पर तथाकथित जगमगाहट का कारण बने।

यह स्क्रीन एक विशेष पदार्थ से लेपित थी जो अल्फा कणों के टकराने पर चमकने लगती थी। अल्फा कणों को हवा में बिखरने से रोकने के लिए सोने की पन्नी की परत और स्क्रीन के बीच की जगह को वैक्यूम से भर दिया गया था। इस तरह के उपकरण ने शोधकर्ताओं को लगभग 150° के कोण पर बिखरते कणों का निरीक्षण करने की अनुमति दी।

यदि पन्नी को अल्फा कणों की किरण के सामने बाधा के रूप में उपयोग नहीं किया जाता, तो स्क्रीन पर जगमगाहट का एक प्रकाश चक्र बन जाता। लेकिन जैसे ही उनकी किरण के सामने सोने की पन्नी का अवरोध रखा गया, तस्वीर बहुत बदल गई। चमकें न केवल इस घेरे के बाहर, बल्कि पन्नी के विपरीत दिशा में भी दिखाई दीं। अल्फा कण प्रकीर्णन पर रदरफोर्ड के प्रयोग से पता चला कि अधिकांश कण अपने प्रक्षेपवक्र में ध्यान देने योग्य परिवर्तन के बिना पन्नी से गुजर गए।

इस मामले में, कुछ कण काफी बड़े कोण पर विक्षेपित हो गए और वापस भी फेंक दिए गए। सोने की पन्नी की परत से स्वतंत्र रूप से गुजरने वाले प्रत्येक 10,000 कणों में से केवल एक को 10° से अधिक के कोण से विक्षेपित किया गया था - अपवाद के रूप में, कणों में से एक को ऐसे कोण से विक्षेपित किया गया था।

जिस कारण अल्फा कण विक्षेपित हो गए

रदरफोर्ड के प्रयोग ने जिस बात की विस्तार से जांच की और सिद्ध किया वह परमाणु की संरचना है। इस स्थिति ने संकेत दिया कि परमाणु एक सतत गठन नहीं है। अधिकांश कण एक-परमाणु-मोटी पन्नी के माध्यम से स्वतंत्र रूप से गुजर गए। और चूँकि एक अल्फा कण का द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से लगभग 8,000 गुना अधिक होता है, इसलिए इलेक्ट्रॉन अल्फा कण के प्रक्षेप पथ को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित नहीं कर सकता है। यह केवल परमाणु नाभिक द्वारा ही किया जा सकता है - छोटे आकार का एक पिंड, जिसमें परमाणु का लगभग सारा द्रव्यमान और सारा विद्युत आवेश होता है। उस समय, यह अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी के लिए एक महत्वपूर्ण सफलता बन गई। रदरफोर्ड का अनुभव परमाणु की आंतरिक संरचना के विज्ञान के विकास में सबसे महत्वपूर्ण चरणों में से एक माना जाता है।

परमाणु के अध्ययन की प्रक्रिया में की गई अन्य खोजें

इन अध्ययनों से प्रत्यक्ष प्रमाण मिला कि किसी परमाणु का धनात्मक आवेश उसके नाभिक के अंदर स्थित होता है। यह क्षेत्र अपने समग्र आयामों की तुलना में बहुत छोटी जगह घेरता है। इतनी कम मात्रा में, अल्फा कणों का प्रकीर्णन बहुत ही असंभव हो गया। और जो कण परमाणु नाभिक के क्षेत्र के पास से गुजरे, उन्होंने प्रक्षेप पथ से तीव्र विचलन का अनुभव किया, क्योंकि अल्फा कण और परमाणु नाभिक के बीच प्रतिकारक बल बहुत शक्तिशाली थे। रदरफोर्ड के अल्फा कण प्रकीर्णन प्रयोग ने अल्फा कण के सीधे नाभिक से टकराने की संभावना को साबित कर दिया। सच है, संभावना बहुत छोटी थी, लेकिन फिर भी शून्य नहीं थी।

यह एकमात्र तथ्य नहीं था जो रदरफोर्ड के अनुभव से सिद्ध हुआ। परमाणु की संरचना का उनके सहयोगियों द्वारा संक्षिप्त अध्ययन किया गया, जिन्होंने कई अन्य महत्वपूर्ण खोजें कीं। सिवाय इस शिक्षण के कि अल्फा कण तेजी से चलने वाले हीलियम नाभिक हैं।

वैज्ञानिक एक परमाणु की संरचना का वर्णन करने में सक्षम था जिसमें नाभिक कुल आयतन का एक छोटा सा हिस्सा रखता है। उनके प्रयोगों से सिद्ध हुआ कि परमाणु का लगभग संपूर्ण आवेश उसके नाभिक के अंदर केंद्रित होता है। इस मामले में, अल्फा कणों के विक्षेपण के मामले और नाभिक के साथ उनके टकराव के मामले दोनों होते हैं।

रदरफोर्ड के प्रयोग: परमाणु का परमाणु मॉडल

1911 में, रदरफोर्ड ने कई अध्ययनों के बाद, परमाणु की संरचना का एक मॉडल प्रस्तावित किया, जिसे उन्होंने ग्रहीय कहा। इस मॉडल के अनुसार, परमाणु के अंदर एक नाभिक होता है जिसमें कण का लगभग पूरा द्रव्यमान होता है। इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर उसी प्रकार घूमते हैं जैसे ग्रह सूर्य के चारों ओर घूमते हैं। उनके संयोजन से एक तथाकथित इलेक्ट्रॉन बादल बनता है। जैसा कि रदरफोर्ड के प्रयोग से पता चला, परमाणु में तटस्थ आवेश होता है।

परमाणु की संरचना बाद में नील्स बोह्र नामक वैज्ञानिक के लिए रुचिकर बन गई। यह वह थे जिन्होंने रदरफोर्ड की शिक्षा को अंतिम रूप दिया, क्योंकि बोह्र से पहले परमाणु के ग्रहीय मॉडल को स्पष्टीकरण की कठिनाइयों का सामना करना पड़ा था। चूँकि इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर एक निश्चित कक्षा में त्वरण के साथ घूमता है, देर-सबेर उसे परमाणु के नाभिक पर गिरना ही चाहिए। हालाँकि, नील्स बोह्र यह साबित करने में सक्षम थे कि परमाणु के अंदर शास्त्रीय यांत्रिकी के नियम अब लागू नहीं होते हैं।

एक परमाणु में एक सघन और विशाल धनात्मक आवेशित नाभिक और उसके चारों ओर ऋणात्मक आवेशित प्रकाश इलेक्ट्रॉन होते हैं।

अर्नेस्ट रदरफोर्ड इस अर्थ में एक अद्वितीय वैज्ञानिक हैं कि उन्होंने अपनी मुख्य खोजें पहले ही कर ली थीं बादनोबेल पुरस्कार प्राप्त करना. 1911 में, वह एक ऐसे प्रयोग में सफल हुए जिसने न केवल वैज्ञानिकों को परमाणु में गहराई से देखने और इसकी संरचना में अंतर्दृष्टि प्राप्त करने की अनुमति दी, बल्कि डिजाइन की सुंदरता और गहराई का एक मॉडल भी बन गया।

रेडियोधर्मी विकिरण के प्राकृतिक स्रोत का उपयोग करते हुए, रदरफोर्ड ने एक तोप का निर्माण किया जो कणों की एक निर्देशित और केंद्रित धारा उत्पन्न करती थी। बंदूक एक संकीर्ण स्लॉट वाला एक सीसा बॉक्स था, जिसके अंदर रेडियोधर्मी सामग्री रखी गई थी। इसके कारण, एक को छोड़कर सभी दिशाओं में रेडियोधर्मी पदार्थ द्वारा उत्सर्जित कण (इस मामले में अल्फा कण, जिसमें दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन शामिल थे) को लीड स्क्रीन द्वारा अवशोषित कर लिया गया था, और अल्फा कणों की केवल एक निर्देशित किरण स्लॉट के माध्यम से जारी की गई थी . इसके अलावा बीम के रास्ते में संकीर्ण स्लिट्स के साथ कई और लीड स्क्रीन थीं जो कड़ाई से निर्दिष्ट दिशा से भटकने वाले कणों को काट देती थीं। परिणामस्वरूप, अल्फा कणों की एक पूरी तरह से केंद्रित किरण लक्ष्य की ओर उड़ गई, और लक्ष्य स्वयं सोने की पन्नी की एक पतली शीट थी। यह अल्फ़ा किरण थी जिसने उसे मारा। फ़ॉइल परमाणुओं से टकराने के बाद, अल्फा कणों ने अपना रास्ता जारी रखा और लक्ष्य के पीछे स्थापित एक ल्यूमिनसेंट स्क्रीन से टकराया, जिस पर अल्फा कणों के टकराने पर चमक दर्ज की गई। उनसे, प्रयोगकर्ता यह अनुमान लगा सकता है कि फ़ॉइल परमाणुओं के साथ टकराव के परिणामस्वरूप अल्फा कण किस मात्रा में और कितने रेक्टिलिनियर गति की दिशा से विचलित होते हैं।

इस तरह के प्रयोग पहले भी किये जा चुके हैं. उनका मुख्य विचार कण विक्षेपण के कोणों से पर्याप्त जानकारी एकत्र करना था ताकि परमाणु की संरचना के बारे में कुछ निश्चित कहा जा सके। बीसवीं सदी की शुरुआत में, वैज्ञानिकों को पहले से ही पता था कि परमाणु में नकारात्मक चार्ज वाले इलेक्ट्रॉन होते हैं। हालाँकि, प्रचलित विचार यह था कि परमाणु नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए किशमिश इलेक्ट्रॉनों से भरे एक सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए महीन ग्रिड की तरह था - एक मॉडल जिसे "किशमिश ग्रिड मॉडल" कहा जाता था। ऐसे प्रयोगों के परिणामों के आधार पर, वैज्ञानिक परमाणुओं के कुछ गुणों को सीखने में सक्षम थे - विशेष रूप से, उनके ज्यामितीय आकारों के क्रम का अनुमान लगाने में।

हालाँकि, रदरफोर्ड ने कहा कि उनके किसी भी पूर्ववर्तियों ने प्रयोगात्मक रूप से यह परीक्षण करने की कोशिश भी नहीं की थी कि क्या कुछ अल्फा कण बहुत बड़े कोण पर विक्षेपित हुए थे। किशमिश ग्रिड मॉडल ने परमाणु में इतने घने और भारी संरचनात्मक तत्वों के अस्तित्व की अनुमति नहीं दी कि वे महत्वपूर्ण कोणों पर तेज अल्फा कणों को विक्षेपित कर सकें, इसलिए किसी ने भी इस संभावना का परीक्षण करने की जहमत नहीं उठाई। रदरफोर्ड ने अपने छात्रों में से एक को इंस्टॉलेशन को इस तरह से फिर से सुसज्जित करने के लिए कहा कि बड़े विक्षेपण कोणों पर अल्फा कणों के बिखरने का निरीक्षण करना संभव हो - बस अपने विवेक को साफ़ करने के लिए, इस संभावना को पूरी तरह से बाहर करने के लिए। डिटेक्टर एक स्क्रीन थी जो सोडियम सल्फाइड से लेपित थी, एक ऐसी सामग्री जो अल्फा कण के टकराने पर फ्लोरोसेंट फ्लैश पैदा करती है। न केवल उस छात्र के आश्चर्य की कल्पना करें जिसने सीधे प्रयोग किया, बल्कि स्वयं रदरफोर्ड के भी, जब यह पता चला कि कुछ कण 180° तक के कोण पर विक्षेपित हुए थे!

परमाणु के स्थापित मॉडल के ढांचे के भीतर, परिणाम की व्याख्या नहीं की जा सकी: किशमिश ग्रिड में ऐसा कुछ भी नहीं है जो एक शक्तिशाली, तेज़ और भारी अल्फा कण को ​​​​प्रतिबिंबित कर सके। रदरफोर्ड को यह निष्कर्ष निकालने के लिए मजबूर होना पड़ा कि एक परमाणु में अधिकांश द्रव्यमान परमाणु के केंद्र में स्थित एक अविश्वसनीय रूप से घने पदार्थ में केंद्रित होता है। और बाकी परमाणु पहले की तुलना में कम घनत्व वाले परिमाण के कई क्रम के निकले। बिखरे हुए अल्फा कणों के व्यवहार से यह भी पता चलता है कि परमाणु के इन अति सघन केंद्रों में, जिसे रदरफोर्ड कहते हैं कोर, परमाणु का संपूर्ण धनात्मक विद्युत आवेश भी संकेंद्रित होता है, क्योंकि केवल विद्युत प्रतिकर्षण बल ही 90° से अधिक कोण पर कणों के प्रकीर्णन का कारण बन सकता है।

वर्षों बाद, रदरफोर्ड को अपनी खोज के बारे में इस सादृश्य का उपयोग करना पसंद आया। एक दक्षिणी अफ़्रीकी देश में, सीमा शुल्क अधिकारियों को चेतावनी दी गई थी कि विद्रोहियों के लिए तस्करी किए गए हथियारों की एक बड़ी खेप देश में तस्करी करके लाई जाने वाली थी, और हथियार कपास की गांठों में छिपाए जाएंगे। और अब, उतारने के बाद, सीमा शुल्क अधिकारी को कपास की गांठों से भरे पूरे गोदाम का सामना करना पड़ता है। वह यह कैसे निर्धारित कर सकता है कि किस गठरी में राइफलें हैं? सीमा शुल्क अधिकारी ने समस्या को सरलता से हल कर दिया: उसने गांठों पर गोली चलानी शुरू कर दी, और यदि गोलियां किसी गांठ से टकराती थीं, तो वह इस संकेत के आधार पर तस्करी के हथियारों वाली गांठों की पहचान करता था। तो रदरफोर्ड ने, यह देखकर कि अल्फा कण सोने की पन्नी से कैसे टकराते हैं, उन्हें एहसास हुआ कि परमाणु के अंदर अपेक्षा से कहीं अधिक सघन संरचना छिपी हुई थी।

रदरफोर्ड ने अपने प्रयोग के परिणामों के आधार पर परमाणु का जो चित्र खींचा था, वह आज हम सर्वविदित है। एक परमाणु में एक सुपर-सघन, कॉम्पैक्ट नाभिक होता है जो सकारात्मक चार्ज रखता है, और इसके चारों ओर नकारात्मक चार्ज वाले प्रकाश इलेक्ट्रॉन होते हैं। बाद में, वैज्ञानिकों ने इस चित्र के लिए एक विश्वसनीय सैद्धांतिक आधार प्रदान किया ( सेमी।बोहर एटम), लेकिन यह सब रेडियोधर्मी सामग्री के एक छोटे नमूने और सोने की पन्नी के एक टुकड़े के साथ एक सरल प्रयोग से शुरू हुआ।

यह भी देखें:

अर्नेस्ट रदरफोर्ड, नेल्सन के प्रथम बैरन रदरफोर्ड, 1871-1937

न्यूज़ीलैंड के भौतिक विज्ञानी. नेल्सन में जन्मे, एक कारीगर किसान के बेटे। इंग्लैंड में कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में अध्ययन करने के लिए छात्रवृत्ति प्राप्त की। स्नातक होने के बाद, उन्हें कनाडाई मैकगिल विश्वविद्यालय में नियुक्त किया गया, जहां उन्होंने फ्रेडरिक सोड्डी (1877-1966) के साथ मिलकर रेडियोधर्मिता की घटना के बुनियादी कानून स्थापित किए, जिसके लिए उन्हें 1908 में रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया। जल्द ही वैज्ञानिक मैनचेस्टर विश्वविद्यालय चले गए, जहां, उनके नेतृत्व में, हंस गीगर (1882-1945) ने अपने प्रसिद्ध गीगर काउंटर का आविष्कार किया, परमाणु की संरचना पर शोध करना शुरू किया और 1911 में परमाणु नाभिक के अस्तित्व की खोज की। प्रथम विश्व युद्ध के दौरान, वह दुश्मन की पनडुब्बियों का पता लगाने के लिए सोनार (ध्वनिक रडार) के विकास में शामिल थे। 1919 में उन्हें कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में भौतिकी के प्रोफेसर और कैवेंडिश प्रयोगशाला के निदेशक नियुक्त किया गया और उसी वर्ष उच्च ऊर्जा वाले भारी कणों द्वारा बमबारी के परिणामस्वरूप परमाणु क्षय की खोज की गई। रदरफोर्ड अपने जीवन के अंत तक इस पद पर बने रहे, साथ ही कई वर्षों तक रॉयल साइंटिफिक सोसाइटी के अध्यक्ष भी रहे। उन्हें न्यूटन, डार्विन और फैराडे के बगल में वेस्टमिंस्टर एबे में दफनाया गया था।