PUC Exams 2023: ಭೌತವಿಜ್ಞಾನ ಮಾದರಿ ಪ್ರಶ್ನೆ ಪತ್ರಿಕೆ

52) ಅಲ್ಫಾ-ಕಣದ ಚದರುವಿಕೆ ಮತ್ತು ರುದರ್‌ಫೋರ್ಡ್ ಪರಮಾಣುವಿನ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಮಾದರಿ ಬಗ್ಗೆ ಬರೆಯಿರಿ

ಉತ್ತರ:- (ಹಿಂದಿನ ಸಂಚಿಕೆಯಿಂದ)
ದತ್ತ ಅವಧಿಯಲ್ಲಿ, ಬೇರೆ ಬೇರೆ ಕೋನಗಳಿಂದ ಚದರಲ್ಪಟ್ಟ ಒಟ್ಟು  ಕಣಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯ (ಮಾದರಿ ನಕ್ಷೆಯನ್ನು ಚಿತ್ರ.3ರಲ್ಲಿ ನೋಡಬಹುದು). ಈ ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿದ ಬಿಂದುಗಳು, ಪ್ರಯೋಗದಿಂದ ದೊರಕಿದ ಮಾಹಿತಿಯನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸಿದರೆ, ಅಖಂಡ ವಕ್ರರೇಖೆಯು, ಗುರಿಯಾಗಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಪರಮಾಣು - ಸಣ್ಣದಾದ, ಸಾಂದ್ರವಾದ, ಧನ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶವುಳ್ಳ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್‌ನ್ನು ಹೊಂದಿದೆಯೆಂಬ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಊಹೆಯನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ. ಬಹಳಷ್ಟು ಕಣಗಳು ಬಂಗಾರದ ಹಾಳೆಯ ಮುಖಾಂತರ ನೇರವಾಗಿ ಹಾದು ಹೋಗುತ್ತವೆ. ಇದರರ್ಥ ಅವು ಯಾವುದೇ ಸಂಘಟ್ಟನೆಗೆ ಒಳಗಾಗುವುದಿಲ್ಲವೆಂದಂತಾಯಿತು. ಒಟ್ಟು ಆಪಾತ ಕಣಗಳಲ್ಲಿ ಕೇವಲ ಸುಮಾರು 0.14%ದಷ್ಟು, ಕಣಗಳು 10ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಚದರಲ್ಪಡುತ್ತವೆ; ಮತ್ತು 8000ದಲ್ಲಿ ಅಂದಾಜು ಒಂದು 900

ಕ್ಕಿಂತಲೂ ಹೆಚ್ಚಿಗೆ ಬಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಕಣವನ್ನು ಹಿಂದಕ್ಕೆ ತಿರುಗಿಸಲು, ಅದು ಹೆಚ್ಚು ವಿಕರ್ಷಣೀಯ ಬಲವನ್ನು ಅನುಭವಿಸಿರಲೇಬೇಕೆಂದು ರುದರ್‌ಫೋರ್ಡ್‌ ಅವರು ವಾದಿಸಿದರು. ಒಂದು ವೇಳೆ ಪರಮಾಣುವಿನ ರಾಶಿಯ ಅಧಿಕಾಂಶವು ಮತ್ತು ಅದರ ಧನ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶವು ಪರಮಾಣುವಿನ ಮಧ್ಯದಲ್ಲಿ ಒತ್ತೊತ್ತಾಗಿ ಕೇಂದ್ರೀಕೃತವಾಗಿದ್ದಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ಇಂತಹ ಬಲವು ದೊರಕಲ್ಪಡುತ್ತದೆ. ಆಗ ಒಳಬರುವ ಕಣವು ಧನ ಆವೇಶವನ್ನು ತೂರಿಕೊಂಡು ಹೋಗಲಾರದೆ, ಅತೀ ಸಮೀಪಕ್ಕೆ ಬರಬಹುದು ಮತ್ತು ಇಂತಹ ಸಮೀಪದ ಮುಖಾಮುಖಿಯಿಂದಾಗಿ ಅದು ದೊಡ್ಡ ವಿಚಲನಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಅನಿಸಿಕೆಯು ಪರಮಾಣುವಿನಲ್ಲಿರುವ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್‌ನ ಆಧಾರ ಕಲ್ಪನೆಯನ್ನು ಬೆಂಬಲಿಸಿತು. ಈ ಕಾರಣಕ್ಕಾಗಿ ರುದರ್‌ಫೋರ್ಡ್‌ ಅವರು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಸಿನ ಆವಿಷ್ಕಾರದ ಮನ್ನಣೆಗೆ ಪಾತ್ರರಾದರು.

ರುದರ್‌ಫೋರ್ಡ್‌ ಅವರ ಪರಮಾಣುವಿನ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯರ್ ಮಾದರಿಯಲ್ಲಿ ಸಂಪೂರ್ಣ ಧನ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶವು ಮತ್ತು ಪರಮಾಣುವಿನ ಅಧಿಕಾಂಶ ರಾಶಿಯು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಸಿನಲ್ಲಿ ಕೇಂದ್ರೀಕೃತಗೊಂಡಿದ್ದು, ಅದರಿಂದ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಸ್ವಲ್ಪ ದೂರದಲ್ಲಿರುತ್ತವೆ.ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಸಿನ ಸುತ್ತ ಕಕ್ಷೆಗಳಲ್ಲಿ, ಸೂರ್ಯನ ಸುತ್ತ ಗ್ರಹಗಳು ಸುತ್ತುವಂತೆ ಸುತ್ತುತ್ತಿರುತ್ತವೆ. ರುದರ್‌ಫೋರ್ಡ್‌ರ ಪ್ರಯೋಗವು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಸಿನ ಅಳತೆಯನ್ನು ಅಂದಾಜು 10–15 ರಿಂದ 10–14 ಮೀಟರ್‌ವರೆಗೆ ಇರಬಹುದೆಂದು ಸೂಚಿಸಿತು. ಅನಿಲಗಳ ಚಲನ ಸಿದ್ಧಾಂತದಿಂದ ಪರಮಾಣುವಿನ ಅಳತೆ 10–10 ಮೀಟರ್‌ನಷ್ಟು ಇರುವುದು ಗೊತ್ತಾಗಿತ್ತು. ಇದು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್‌ನ ಅಳತೆಗಿಂತ 10,000 ದಿಂದ 100,000 ಪಟ್ಟು ದೊಡ್ಡದಾಗಿತ್ತು ಹೀಗಾಗಿ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್‌ನಿಂದ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಅಳತೆಯ ಸುಮಾರು 10,000 ದಿಂದ 100,000 ಪಟ್ಟು ದೂರದಲ್ಲಿರುವಂತೆ ಕಾಣುತ್ತವೆ. ಅಂದರೆ ಪರಮಾಣುವಿನ ಒಳಗೆ ಬಹುತೇಕ ಭಾಗವು ಖಾಲಿಯಾಗಿದೆ ಎಂದಂತಾಯಿತು. ಪರಮಾಣುವಿನ ಬಹುತೇಕ ಭಾಗವು ಖಾಲಿಯಾಗಿ ರುವುದರಿಂದ ಬಹಳಷ್ಟು  ಕಣಗಳು ತೆಳುವಾದ ಲೋಹದ ಹಾಳೆಯ ಮೂಲಕ ಸಾಗುವಾಗ ನೇರವಾಗಿ ತೂರಿಕೊಂಡು ಏಕೆ ಹೋಗುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ನಾವೀಗ ಇಲ್ಲಿ ಸುಲಭವಾಗಿ ಅರ್ಥೈಸಬಹುದು. ಹೀಗಿದ್ದಾಗಲೂ, ಯಾವಾಗ ಕಣವು  ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಸಿನ ಸನಿಹ ಬರುವುದೋ ಆಗ ಅಲ್ಲಿರುವ ತೀವ್ರವಾದ ವಿದ್ಯುತ್‌ಕ್ಷೇತ್ರವು, ಅದನ್ನು ದೊಡ್ಡ ಕೋನದಲ್ಲಿ ಚದರಿಸುತ್ತದೆ. ಪರಮಾಣುವಿನ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ ಎಷ್ಟೊಂದು ಹಗುರವಾಗಿವೆಯೆಂದರೆ ಕಣಗಳ ಮೇಲೆ ಅವು ಹೇಳಿಕೊಳ್ಳುವಂತಹ ಪರಿಣಾಮವನ್ನೇನು ಬೀರುವುದಿಲ್ಲ.

ಚಿತ್ರ.3ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವ ಚದರುವಿಕೆಯ ಮಾಹಿತಿಯನ್ನು ಬಳಸಿ ರುದರ್‌ಫೋರ್ಡ್‌ ಪ‍ರಣುವಿನ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯರ್ ಮಾದರಿಯನ್ನು ವಿಶ್ಲೇಷಿಸಬಹುದು. ಬಂಗಾರದ ಹಾಳೆಯು ಅತಿ ತೆಳುವಾಗಿರುವುದರಿಂದ ಅದರ ಮುಖಾಂತರ ತೂರಿಕೊಂಡು ಹೋಗುವ ಕಣಗಳು ಒಂದಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಚದರುವಿಕೆಗೆ ಒಳಗಾಗುವುದಿಲ್ಲವೆಂದು ಊಹಿಸಬಹುದು. ಆದ್ದರಿಂದ ಚದರಲ್ಪಟ್ಟ ಕಣದ ಪ್ರಕ್ಷೇಪ ಪಥವನ್ನು ಲೆಕ್ಕ ಹಾಕಲು ಒಂದೇ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಸಾಕಾಗುತ್ತದೆ. ಕಣಗಳು ಹೀಲಿಯಮ್ ಪರಮಾಣುಗಳ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್‌ಗಳಾಗಿರುವದರಿಂದ 2e ಪ್ರಮಾಣದ ಧನ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶವನ್ನು ಮತ್ತು ಹೀಲಿಯಮ್ ಪರಮಾಣುವಿನ ರಾಶಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಬಂಗಾರದ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಸಿನ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶವು Ze ಇದ್ದು, ಇಲ್ಲಿ Z ಪರಮಾಣುವಿನ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತಿದ್ದು, ಬಂಗಾರಕ್ಕೆ Z = 79ಆಗಿರುತ್ತದೆ. ಬಂಗಾರದ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್, ಕಣಕ್ಕಿಂತ ಅಂದಾಜು 50 ಪಟ್ಟು ಭಾರವಾಗಿರುವುದರಿಂದ, ಚದರುವಿಕೆಯ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಅದು ಯಾವಾಗಲೂ ನಿಶ್ಚಲ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿಯೇ ಇರುತ್ತದೆ.