Những phát minh quan trọng về nguyên tử và ứng dụng

Nguyên tử là phần tử hóa học nhỏ nhất không thể phân chia cấu tạo nên vật chất . Mỗi loại nguyên tử có tính chất vật lý và hóa học đặc trưng và tạo nên một nguyên tố hóa học. Mỗi nguyên tố có một nguyên tử số xác định.

Khái niệm nguyên tử được Democritus đưa ra từ khoảng 450 TCN. Tuy nhiên, các nhà khoa học cổ Hy Lạp không dựa trên các phương pháp thực nghiệm để xây dựng các lý thuyết mà dựa trên siêu hình học. Chính vì thế mà từ khi Democritus đưa ra khái niệm đó cho đến tận thế kỷ thứ 18 thì người ta mới có những bước tiến bộ đáng kể trong việc phát triển lý thuyết về nguyên tử.

Mô hình nguyên tử hiện đại là mô hình nguyên tử dựa trên cơ học lượng tử. Cơ học lượng tử được phát triển dựa trên sự đóng góp của nhiều người: Arthur Compton (1892-1962) tạo thí nghiệm nhiễu xạ tia X, Louis-Victor de Broglie (1892-1987) khai triển lý thuyết lưỡng tính sóng hạt, Erwin Schrödinger (1887-1961) đưa ra phương trình sóng, Werner Heisenberg (1901-1976) đưa ra nguyên lý bất định.

Nhà vật lý người Anh Joseph John Thompson (1856-1940) đã đo được tỷ số giữa khối lượng của hạt và điện tích của nó bằng độ lệch hướng của chùm tia trong các từ trường và điện trường khác nhau. Thomson tìm thấy tỷ số điện tích/khối lượng là một hằng số không phụ thuộc vào việc ông dùng vật liệu gì. Ông kết luận rằng tất cả các chùm ca-tốt đều được tạo thành từ một loại hạt.

Nhà vật lý người Mỹ Robert Millikan (1868-1953) tìm ra điện tích của một điện tử bằng cách dùng thí nghiệm “giọt dầu”. Ông dùng tia X để làm cho các giọt dầu có điện tích âm, sau đó ông phun các giọt dầu này vào một dụng cụ sao cho các giọt dầu đó rơi vào khoảng không giữa hai tấm tích điện.

Mô hình của Thomson cũng chỉ đứng vững được vài năm cho đến khi nhà vật lý người New Zealand là Ernest Rutherford (1871-1937) đưa ra mô hình nguyên tử của ông. Cùng với đồng nghiệp là Hans Geiger và Ernest Mardsen, Rutherford đã dùng một chùm hạt alpha bắn phá một lá vàng mỏng trong thí nghiệm mang tên ông.

Cũng năm này, nhà vật lý lý thuyết người Đan Mạch Niels Bohr (1885-1962) đưa ra mô hình bán cổ điển về nguyên tử hay còn gọi là mô hình nguyên tử của Bohr. Bohr thay đổi mô hình của Rutherford bằng cách giả thiết rằng các điện tử chuyển động xung quanh hạt nhân theo các quỹ đạo có năng lượng và bán kính cố định.

Erwin Schrödinger (1887-1961) nhà vật lý người Áo đưa ra phương trình sóng. Trạng thái lượng tử của một hệ vật lý được mô tả đầy đủ nhất bởi một vector trạng thái  như hàm sóng trong không gian cấu hình, nghiệm của phương trình Schrödinger. Nghiệm của phương trình Schrödinger không chỉ mô tả các hệ nguyên tử và hạ nguyên tử (nguyên tử, phân tử, hạt nhân, điện tử và các hạt cơ bản khác) mà cả các hệ vĩ mô, thậm chí có thể là toàn bộ Vũ trụ. Phương trình này được đặt theo tên ông là phương trình Schrödinger.

Năm 1934

Iren Giôliô (1897 – 1956) và Frederic Giôliô Quiri (1900 – 1958) phát hiện ra tính phóng xạ nhân tạo. Họ đã dùng hạt α để bắn phá hạt nhân nguyên tử Nhôm, Bo, Magie và các nguyên tố khác; kết quả là những nguyên tố này được chuyển thành những nguyên tố khác.

Năm 1938 – 1939

Ôttô Han và Frit Stracman phát hiện ra một kiểu phân rã hạt nhân quan trọng, đó là sự phân chia hạt nhân Urani thành hai hạt nhân mới gần như nhau khi dùng nơtron để bắn phá. Các nhà nghiên cứu đã xác định rằng, quá trình đó giải phóng ra một năng lượng khổng lồ.

Năm 1939

Ecst Oclando Lorenxơ (sinh năm 1901) ở trường Đạii học Tổng hợp Califorina đã thiết kế một máy gia tốc cộng hưởng từ đầu tiên để tạo ra các proton có năng lượng cao. Nhờ vậy, đã mở ra khả năng to lớn cho việc thực hiện các phản ứng hạt nhân khác nhau, tức là thực hiện sự chuyển hoá trong nguyên tử của các nguyên tố bằng cách dùng những hạt có năng lượng lớn chẳng hạn như: hạt α, proton hay là nơtron bắn phá nguyên tử.

Năm 1940

E. Macmilan, P. Abenxơn và C. Staccơ (Đức) đã cùng một lúc điều chế nguyên tố siêu Urani nhân tạo đầu tiên, đó chính là nguyên tố Neptuni có số thứ tự 93 trong bảng tuần hoàn.

Năm 1942

Enrico Fecmi đã khởi động lò phản ứng nguyên tử đầu tiên ở Chicago, tiến hành phân chia hạt nhân Urani 235 dưới tác dụng của nơtron.

Năm 1945

Máy bay Mĩ ném bom nguyên tử xuống các thành phố Hiroxima và Nagaxaki của Nhật Bản. Lần đầu tiên nhân loại chứng kiến sức mạnh ghê gớm của  năng lượng hạt nhân. Hậu quả của nó thật là kinh khủng. Chỉ một quả bom nguyên tử duy nhất đã biến thành phố Hiroxima thành đống đổ nát, tro tàn. Những số liệu chính thức về thiệt hại đã được ghi nhận: 78.150 người chết, 13.983 người mất tích, 9.428 người bị thương nặng, 27.997 người bị thương nhẹ. Tuy nhiên, những bệnh hiểm nghèo do phóng xạ gây nên cho hàng chục nghìn công dân của thành phố Hiroxima thì không thể lường hết được…

Năm 1954

Nhà máy điện nguyên tử đầu tiên trên thế giới có công suất 5.000 kilooat đã được vận hành tại Liên Xô (cũ).

Năm 1959

Con tàu phá băng nguyên tử đầu tiên trên thế giới mang tên Lênin đã đi vào hoạt động

Năm 1961

Chiếc tàu thuỷ chở hành khách đầu tiên mang tên “Xavanô” đã được hạ thuỷ.

Tại Xôphia, người ta đã cho xây dựng lò phản ứng nguyên tử nhằm sản xuất một số đồng vị phóng xạ và tiến hành nghiên cứu khoa học.

Hoahocngaynay.com