न्यूट्रॉन और प्रोटॉन परमाणु के नाभिक में पाए जाने वाले subatomic particles है। एकमात्र अपवाद हाइड्रोजन है, जहां नाभिक में केवल एक प्रोटॉन होता है। न्यूट्रॉन में एक neutral electric charge होता है, न तो ऋणात्मक और न ही धनात्मक।
न्यूट्रॉन का सकारात्मक रूप से आवेशित प्रोटॉन की तुलना में थोड़ा अधिक द्रव्यमान होता है। “मुक्त” न्यूट्रॉन वे हैं, जो एक नाभिक के अंदर सीमित नहीं हैं। ये मुक्त न्यूट्रॉन परमाणु विखंडन और संलयन प्रक्रियाओं द्वारा निर्मित होते हैं।
मेडिसिन, सामग्री और अन्य क्षेत्रों में रिसर्च के लिए न्यूट्रॉन एक महत्वपूर्ण उपकरण हैं। वैज्ञानिक research reactors और particle accelerators पर न्यूट्रॉन का उत्पादन करते हैं। रिसरचर्स इन न्यूट्रॉन को materials के नमूनों पर प्रोजेक्ट करते हैं।
कुछ न्यूट्रॉन सीधे नमूने में परमाणुओं के साथ interact होते हैं और कुछ विभिन्न एंगल्स पर “बाउंस” करते हैं। जैसे पूल के खेल में क्यू गेंदें टकराती हैं। इस तकनीक को न्यूट्रॉन स्कैटरिंग कहा जाता है।
बिखरे हुए न्यूट्रॉन को पकड़ने और उनकी ऊर्जा, गति और दिशा को मापने के लिए वैज्ञानिक विशेष उच्च गति वाले डिटेक्टरों का उपयोग करते हैं। यह जानकारी शोधकर्ताओं को मटीरियल के गुणों की गणना करने में मदद करती है, जैसे कि क्रिस्टल और अणुओं की शेप और साइज।
न्यूट्रॉन क्या है?
न्यूट्रॉन एटम के नाभिक में पाया जाने वाला एक पार्टिकल है, जिसका neutral charge होता है। ये प्रोटॉन की तरह पॉज़िटिव नहीं हैं। और इलेक्ट्रॉनों की तरह नेगेटिव भी नहीं हैं। लेकिन यह मत सोचना शुरू कर दो कि ये महत्वपूर्ण नहीं हैं।
परमाणु जिस तरह से कार्य करता है और व्यवहार करता है, उसके लिए परमाणु के प्रत्येक टुकड़े का बहुत बड़ा महत्व है। न्यूट्रॉन कोई अपवाद नहीं हैं।
इसलिए यदि किसी परमाणु में इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉनों की संख्या समान है, तो आवेश एक दूसरे को कैन्सल कर देते हैं और परमाणु का आवेश न्यूट्रल हो जाता है। फिर आप चाहे कितने ही न्यूट्रॉन जोड़ दो, परमाणु का चार्ज नहीं बदलेगा।
हालाँकि यदि आप किसी परमाणु के अंदर एक हज़ार न्यूट्रॉन जोड़ते हैं, तो आप इससे एक super-radioactive atom बना रहे होंगे। परमाणुओं के द्रव्यमान और रेडियोधर्मी गुणों में न्यूट्रॉन प्रमुख भूमिका निभाते हैं।
आपने समस्थानिकों (isotopes) के बारे में अवश्य पढ़ा होगा। जब आप एक परमाणु में न्यूट्रॉन की सामान्य संख्या बदलते हैं तो समस्थानिक बनते हैं। Radioactive decay से न्यूट्रॉन निकलता है। आप जानते हैं कि न्यूट्रॉन परमाणु के केंद्रक में पाए जाते हैं।
सामान्य परिस्थितियों में, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन नाभिक में एक साथ चिपक जाते हैं। लेकिन radioactive decay की मदद से उनको अलग किया जा सकता है। न्यूट्रॉन परमाणु के mass को बदल सकता है, क्योंकि ये एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन के बराबर वजन के होते हैं।
एक तत्व को छोड़कर सभी तत्वों में के परमाणु में न्यूट्रॉन होते हैं। एक सामान्य हाइड्रोजन परमाणु के छोटे नाभिक में कोई न्यूट्रॉन नहीं होता है। उस छोटे से छोटे परमाणु (सबसे छोटे) में केवल एक इलेक्ट्रॉन और एक प्रोटॉन होता है।
न्यूट्रॉन के गुण
परमाणु से अलग हुए न्यूट्रॉन स्थिर नहीं होते हैं। ये spontaneously एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन में परिवर्तित हो जाते हैं, इसलिए एक पॉज़िटिव और नेगेटिव चार्ज एक दूसरे को संतुलित करते हैं। इस प्रकार एक न्यूट्रॉन तब दो नए कण बन जाता है।
यदि आपके पास न्यूट्रॉन का संग्रह है, तो उनमें से लगभग आधे प्रत्येक 11½ मिनट में एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन में परिवर्तित हो जाएंगे, इसे न्यूट्रॉन का आधा जीवन कहा जाता है।
जबकि किसी दिए गए तत्व के लिए प्रोटॉन की संख्या निश्चित है (प्रोटॉन की संख्या परिभाषित करती है कि तत्व क्या है), न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न होती है। उदाहरण के लिए कार्बन की परमाणु संख्या 6 है, इसलिए कार्बन में हमेशा छह प्रोटॉन होते हैं।
लेकिन इसमें छह न्यूट्रॉन हो सकते हैं, इसमें सात न्यूट्रॉन भी हो सकते हैं। इसके अलावा कुछ मामलों में इसमें आठ न्यूट्रॉन होते हैं। हाइड्रोजन का एक और मामला है, और यह एक विशेष मामला है। क्योंकि हाइड्रोजन में न्यूट्रॉन की ये अलग-अलग संख्याएँ हाइड्रोजन परमाणुओं को अलग-अलग नाम देती हैं।
हाइड्रोजन के नाभिक में आमतौर पर एकल प्रोटॉन होता है जिसमें कोई न्यूट्रॉन नहीं होता है। फिर ड्यूटेरियम है, जो एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन है, और फिर ट्रिटियम है, जो एक प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन है। अनिवार्य रूप से तीन परमाणु कणों वाला हाइड्रोजन है।
हम पाते हैं कि भारी तत्वों में आमतौर पर प्रोटॉन की तुलना में कहीं अधिक न्यूट्रॉन होते हैं। आप इसे एक प्रकार के स्पेसर के रूप में सोच सकते हैं। न्यूट्रॉन विभिन्न प्रोटॉन के धनात्मक आवेशों को फैलाने में मदद करते हैं।
न्यूट्रॉन की खोज किसने की थी और कब?
मई 1932 में जेम्स चैडविक (James Chadwick) ने न्यूट्रॉन की खोज की थी। 1920 तक, भौतिकविदों को पता था कि परमाणु का अधिकांश द्रव्यमान उसके केंद्र में एक नाभिक में होता है और यह कि इस केंद्रीय कोर में प्रोटॉन होते हैं।
मई 1932 में जेम्स चैडविक ने घोषणा की कि कोर में एक नया अनावेशित कण भी है, जिसे उन्होंने न्यूट्रॉन कहा। जेम्स चैडविक का जन्म 1891 में मैनचेस्टर, इंग्लैंड में हुआ था।
वह एक कामकाजी वर्ग के परिवार से एक शर्मीले बच्चे थे, लेकिन उनकी प्रतिभा ने उनके शिक्षकों का ध्यान आकर्षित किया और उन्हें मैनचेस्टर विश्वविद्यालय में भौतिकी का अध्ययन करने के लिए भेजा गया।
वहाँ उन्होंने विभिन्न radioactivity studies पर अर्नेस्ट रदरफोर्ड के साथ काम किया। 1914 में, चाडविक ने हंस गीजर के साथ अध्ययन करने के लिए जर्मनी की यात्रा करने का फैसला किया।
जेम्स चैडविक का जेल में एक्सपरिमेंट
दुर्भाग्य से उनके आने के बाद WWI टूट गया और चाडविक ने अगले चार साल जेल में बिताए। इसने उनके वैज्ञानिक अध्ययन को पूरी तरह से बंद नहीं किया।
ऊबने से बचने के लिए उन्होंने और कुछ साथी कैदियों के साथ एक विज्ञान क्लब का गठन किया, एक-दूसरे को lectureदिया और गार्डों को समझाने में कामयाब रहे कि उन्हें एक छोटी प्रयोगशाला स्थापित करने दें।
हालांकि इस लैब में अभी भी कई रसायनों को प्राप्त करना मुश्किल था। लेकिन चाडविक ने एक प्रकार का रेडियोधर्मी टूथपेस्ट को देखा जो उस समय जर्मनी के बाजार में था। फिर उन्होंने गार्डों को उसे लाने के लिए राजी करने में कामयाब रहे।
जेम्स चैडविक का रदरफोर्ड के साथ काम करना
टिन की कुछ पन्नी और लकड़ी का उपयोग करके उन्होंने एक इलेक्ट्रोस्कोप बनाया और कुछ सरल प्रयोग किए। युद्ध के बाद चाडविक इंग्लैंड लौट आए, जहां उन्होंने 1921 में रदरफोर्ड के साथ कैंब्रिज में अपनी पीएचडी पूरी की, जो उस समय कैंब्रिज विश्वविद्यालय की कैवेंडिश प्रयोगशाला के निदेशक थे।
चाडविक ने रेडियोधर्मिता पर काम करना जारी रखा। अब उनके पास टिन की पन्नी और टूथपेस्ट की तुलना में अधिक परिष्कृत उपकरण थे। 1923 में चाडविक को कैवेंडिश प्रयोगशाला का सहायक निदेशक नियुक्त किया गया।
रदरफोर्ड ने 1911 में परमाणु नाभिक की खोज की थी और 1919 में प्रोटॉन का observe किया था। हालाँकि ऐसा लगा कि प्रोटॉन के अलावा नाभिक में और भी कुछ होना चाहिए। उदाहरण के लिए हीलियम की परमाणु संख्या 2 थी, लेकिन द्रव्यमान संख्या 4 थी।
कुछ वैज्ञानिकों ने सोचा कि अतिरिक्त आवेश को कैन्सल करने के लिए इलेक्ट्रॉनों की समान संख्या के साथ नाभिक में अतिरिक्त प्रोटॉन थे। 1920 में रदरफोर्ड ने प्रस्तावित किया कि एक इलेक्ट्रॉन और एक प्रोटॉन वास्तव में एक नया न्यूट्रल कण बनाने के लिए combine कर सकते हैं।
लेकिन इसके लिए कोई वास्तविक प्रमाण नहीं था और प्रस्तावित neutral particle का पता लगाना भी मुश्किल था। इसके बाद चाडविक अन्य परियोजनाओं पर काम करने लगे, लेकिन वे समस्या के बारे में सोचते रहते थे।
न्यूट्रॉन की खोज
1930 के आसपास जर्मन भौतिक विज्ञानी वाल्टर बोथे और उनके छात्र बेकर सहित कई शोधकर्ताओं ने पोलोनियम स्रोत से अल्फा कणों के साथ बेरिलियम पर bombarding शुरू कर दी थी और परिणामस्वरूप बेरिलियम द्वारा उत्सर्जित विकिरण का अध्ययन किया गया।
कुछ वैज्ञानिकों ने सोचा कि बेरिलियम द्वारा उत्सर्जित इस highly penetrating radiation में high energy photons शामिल हैं। चाडविक ने इस विकिरण की कुछ अजीब विशेषताओं पर ध्यान दिया था और यह सोचना शुरू कर दिया था कि इसमें न्यूट्रल कण शामिल हो सकते हैं जैसे कि रदरफोर्ड ने प्रस्तावित किया था।
विशेष रूप से एक प्रयोग ने उनका ध्यान आकर्षित किया: फ्रेडेरिक और इरेने जोलियोट-क्यूरी ने बेरिलियम से then-unidentified radiation का अध्ययन किया था क्योंकि यह एक paraffin wax target से टकराया था।
उन्होंने पाया कि इस radiation ने उस टार्गेट में हाइड्रोजन परमाणुओं से ढीले प्रोटॉनों को धक्का दिया और वे प्रोटॉन बहुत उच्च वेग से पीछे हट गए। जूलियट-क्यूरी का मानना था कि पैराफिन टार्गेट से टकराने वाली रेडियशन हाइ एनर्जी वाला गामा फोटॉन से बनी है।
लेकिन चाडविक ने सोचा कि स्पष्टीकरण फिट नहीं था। चूंकि फोटॉन का कोई द्रव्यमान नहीं होता है, इस कारण वे किसी भी पार्टिकल को हटा नहीं सकते, उन्होंने तर्क दिया।
1932 में उन्होंने स्वयं इसी तरह के प्रयोग किए और आश्वस्त हो गए कि बेरिलियम द्वारा उत्सर्जित रेडियशन में एक प्रोटॉन के द्रव्यमान का न्यूट्रल कण है। उन्होंने हीलियम, नाइट्रोजन और लिथियम समेत पैराफिन के अलावा अन्य टार्गेट की भी कोशिश की, जिससे उन्हें यह निर्धारित करने में मदद मिली कि नए कण का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान से थोड़ा अधिक था।
फरवरी 1932 में केवल दो सप्ताह तक प्रयोग करने के बाद, चाडविक ने “द पॉसिबल एक्ज़िस्टेंस ऑफ़ ए न्यूट्रॉन” शीर्षक से एक पेपर प्रकाशित किया, जिसमें उन्होंने प्रस्तावित किया कि उस रेडियशन में फोटॉनों के बजाय न्यूट्रॉन हैं।
फिर कुछ महीने बाद मई 1932 में चाडविक ने “द एक्ज़िस्टेंस ऑफ़ ए न्यूट्रॉन” शीर्षक का पेपर प्रस्तुत किया। 1934 तक यह स्थापित हो गया था कि नया खोजा गया न्यूट्रॉन वास्तव में एक नया मूलभूत कण था, न कि एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन जो रदरफोर्ड ने मूल रूप से सुझाव दिया था।
न्यूट्रॉन की खोज ने परमाणु के बारे में वैज्ञानिकों के दृष्टिकोण को तेजी से बदल दिया और चाडविक को खोज के लिए 1935 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।
वैज्ञानिकों ने जल्द ही महसूस किया कि नए खोजे गए न्यूट्रॉन एक अपरिवर्तित लेकिन काफी बड़े कण के रूप में, अन्य नाभिकों की जांच के लिए इस्तेमाल किए जा सकते हैं।
वैज्ञानिकों को यह पता लगाने में देर नहीं लगी कि यूरेनियम को न्यूट्रॉन से टकराने से यूरेनियम नाभिक का विखंडन हुआ और अविश्वसनीय मात्रा में ऊर्जा निकली, जिससे परमाणु हथियार संभव हो गए।
मतलब जब यूरेनियम को न्यूट्रॉन से टकराया जाता है, तो उससे यूरेनियम का नाभिक टूटा जाता है। इसके परिणामस्वरूप बहुत ज्यादा एनर्जी निकलती है। इसी खोज ने परमाणु हथियारों को जन्म दिया था।
चाडविक की न्यूट्रॉन की खोज ने परमाणु बम का मार्ग प्रशस्त किया था। इसके बाद उन्होंने WWII के दौरान मैनहट्टन प्रोजेक्ट पर काम किया। 1974 में उनका निधन हो गया।
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निष्कर्ष:
तो ये था न्यूट्रॉन की खोज किसने की थी, हम उम्मीद करते है की इस आर्टिकल को पढ़ने के बाद आपको न्यूट्रॉन की खोज कब और कैसे हुई थी इसके बारे में पूरी जानकारी मिल गयी होगी।
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