中性子

物質の構成は、古代ギリシャの時代から、当時の偉大な哲学者や思想家たちにとってすでに答えるべき問題でした。物質という用語は、質量と占有空間を持つすべてのものとして理解されました。したがって、たとえ哲学的かつ抽象的な方法であっても、物質は原子と呼ばれる小さな部品で構成されているという考えがすでに存在していました。

アトムという言葉はギリシャ語に由来しており、分割できないことを意味します。当時、原子は物質を構成する最小の部分であると信じられていました。言い換えれば、物質は、分割不可能な原子と呼ばれる最小部分に至るまで、無数に分割できるということです。

長年にわたり、この考えは絶対的な真実として受け入れられてきました。時間の経過と科学の進化に伴い、ダルトン原子モデルやトムソン原子モデルなど、いくつかの原子モデルが開発され、今日最も受け入れられているモデルに貢献しました。

ダルトンのモデルでは、原子は小さくて完全に巨大な球体で構成されており、侵入できず、破壊したり分割したりすることはできず、原子の総電荷はゼロでした。ダルトンの原子模型はビリヤードの球としても知られています。トムソンのモデルでは、原子は正に帯電した球として記述されました。この球体には一種の詰め物が入っていました。そして、電子と呼ばれるマイナスの電荷を持った粒子の存在が発見されました。トムソンの原子模型はプラムプディングとも呼ばれます。その後、物理学者のラザフォードは、非常に薄い金のシートに高速で粒子を衝突させる一連の実験を実施し、粒子が金のシートを通過したと結論付けました。これらの結果は、原子は分割不可能で透過不可能であるというギリシャの初期の考えを完全に打ち破りました。ラザフォードは原子の大部分が空の空間で構成されていると結論付け、惑星の原子モデルを開発しました。惑星の原子モデルでは、原子は中心にある正の原子核とその周りを回る負の電子で構成されていました。電子の軌道はエレクトロスフィアとして知られるようになりました。その後、惑星としての原子の理論は物理学者ニールス・ボーアによって完成されました。ボーアは原子モデルを量子論に組み込み、電子の電荷が反対であるため、電子圏のさまざまなエネルギー準位が電子の原子核との衝突をどのように妨げるかを説明することができました。次に、同じラザフォードは、原子核さえも正電荷のより小さな部分で構成されるというモデルを提案しました。これらの粒子は陽子として知られるようになりました。その後、原子モデルはラザフォード・ボーアモデルとして知られるようになり、今日最も受け入れられているモデルです。科学と原子モデルの進化により、原子は物質の非常に小さな部分であるにもかかわらず、亜原子と呼ばれる他の粒子で構成されていることが現在では知られています。

陽子が発見されても、原子核には陽子以外にも他の粒子が存在するのかどうか、またこれらの粒子がどのように振る舞うべきなのかについては、依然として疑問が残されていました。その後、ラザフォード大学の学生である J. チャドウィックは、陽子よりも 0.1% 質量が多く、電荷がゼロで、示唆的に 「中性子」と呼ばれる別の亜原子粒子の存在を証明することができました 。この発見は放射能の研究を通じて得られました。また、特定の元素の原子質量は単に陽子の数と中性子の数の合計であることも発見されました。

中性子は 、原子爆弾や核エネルギーの生成に使用される原子炉など、テクノロジーにおいて基本的に役立ちます。核分裂は両方の例の背後にある物理プロセスです。核分裂では、不安定であると考えられる重原子の原子核が、最初の原子核よりも小さな他の 2 つの原子核に分裂します。このプロセスでは大量のエネルギーが放出され、自然に発生する可能性は低いですが、中性子の衝突によって誘発される可能性があります。衝突中に新しい中性子が放出され、最終的に新しい原子核と衝突し、いくつかの連続した核分裂を引き起こす可能性があります。連続する核分裂は連鎖反応として知られています。小さい原子核の質量の合計は、元の原子の質量にほぼ等しくなります。この質量不足はエネルギーの放出によって補われます。つまり、不安定な原子の分裂により 2 つの原子が生成され、さらに膨大なエネルギーが放出されます。このプロセスは核変換の一形態であると考えられています。アインシュタインの相対性理論の観点から言えば、彼の理論では質量はエネルギーの一形態として扱われるため、これはエネルギーが保存されることを意味します。これらの量を関連付ける方程式は、有名な E=mc ² です。

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