دید کلی

تاریخچه

تا اواخر قرن نوزدهم اعتقاد بر این بود که اتمها ساده ترین ذرات ماده و غیر قابل تقسیم هستند. ولی پیشرفت علم این نظر را رد کرد. ثابت شد که اتمها ، ذرات بنیادی نیستند و اجسام پیچیده‌ای هستند. این امر ، مثلا از نورشناسی به خصوص از نظریه الکترو مغناطیسی نور نتیجه شد. ثابت شده است که امواج الکترو مغناطیسی ، و به همین ترتیب نور ، موقع حرکت شتابدار بارهای الکتریکی گسیل می‌کنند. ولی اتمهای ماده نیز می‌توانند نور ، یعنی امواج الکترو مغناطیسی مرئی گسیل دارند، که طیف گسیلی شاخص هر اتم را تشکیل می‌دهد. پس می‌توان نتیجه گرفت که اتم حاوی ذراتی الکتریکی است که می‌توانند حرکت کنند. این مطالب مفاهیم اولیه‌ای هستند که برای مطالعه فیزیک اتمی لازم است.

بسیاری از مردم می‌دانند که اتم در زبان یونانی به معنی تقسیم ناپذیر ، زاییده فکر ذیمقراطیس است که 23 قرن پیش می‌زیست و تعلیم می‌داد. برای وی این تصور محال بود که اجسام مادی بتوانند بی‌حد و حصر تقسیم شوند. او ، فرض مسلم می‌دانست که باید ذراتی نهایی با اندازه‌ای کوچک وجود داشته باشد که تقسیم کردن آنها به ذرات کوچکتر امکانپذیر نباشد. ذیمقراطیس چهار نوع اتم می‌شناخت که عبارت از اتمهای خاک ، آب ، آزمایش‌های مربوط به هوا و آتش بود.

او عقیده داشت که انواع اجسام شناخته شده ،از ترکیبات گوناگون این چهار عنصر نتیجه می‌شوند. نظریه‌های وی ، که در آغار قرن نوزدهم توسط شیمیدان انگلیسی ، جان دالتن ، پذیرفته و به مبنای تجربی محکمی استوار شد، اساس شیمی جدید را تشکیل می‌دهد، با آنکه اکنون می‌دانیم که اتمها اصلا تقسیم ناپذیر نیستند و عملا ساختمان درونی پیچیده دارند. با پیشرفت علوم مختلف فیزیک و ایجاد موضوعاتی چون فیزیک جدید ، شاخه فیزیک اتمی بوجود آمد و مطالعه مربوط به اتم و ساختار ماده و نظریه‌های کوانتومی در این شاخه از فیزیک مورد بحث قرار گرفت.

اهمیت فیزیک اتمی

موضوعات اساسی فیزیک اتمی

• ساختار اتم: در حالت کلی می‌توان گفت که کلیه اجسام پیرامون ما از سه نوع ذره کوچک بنام پروتون ، نوترون ، الکترون تشکیل شده است. پروتون و نوترون در داخل هسته اتم و الکترون خارج از هسته قرار دارد.
  
  
• بار الکتریکی بنیادی: قوانین فارادی وجود کوچترین مقدار غیر قابل تقسیم بار را توجیه می‌کند. اندازه گیریهای عددی این مقدار را برابر 1.6x10^-19 که برابر بار الکترون است، محاسبه می‌کنند.
  
  
• اسپکتروسکوپی: اسپکتروسکوپی یا طیف سنجی عبارتست از مطالعه تاثیر متقابل امواج الکترو مغناطیسی بر ماده. بر این اساس ساختمان ماده مورد مطالعه قرار می‌گیرد. بدین ترتیب که ماده را با امواج الکترو مغناطیسی بمباران کرده و عکس العمل ماده را مورد مطالعه قرار می‌دهند.
  
  
• خواص کوانتومی و موجی ذرات: بر اساس نظریه دوبردی ذرات مادی می‌توانند شمار موجی از خود نشان دهند که طول موج مربوط به آن بر اساس اندازه حرکت ذره تعیین می‌شود.
  
  
• اصول مکانیک کوانتومی: برسی ساختار اتمی به این نتیجه منجر می‌شود که رفتار الکترونها در اتم را ، مانند رفتار فوتونها ، نمی‌توان با قوانین فیزیک کلاسیک ، یعنی قوانینی که در آزمایش با اجسام ماکروسکوپی ثابت می‌شوند توضیح داد.
  
  
• خواص کوانتومی و موجی فوتون: در فیزیک اتمی فوتون از جمله ذراتی است که خاصیت دو گانه دارد، یعنی در بعضی موارد دارای خاصیت ذره‌ای و در موارد دیگر خاصیت موجی از خود نشان می‌دهد. بر این اساس فوتون دارای طول موج خواهد بود.
  
  
• آشکار سازهای ذرات: این آشکار سازها شامل آشکار سازهای الکترونی و یونی ، آشکار سازهای اتمهای خنثی و آشکار سازهای فوتونی است.

کاربردهای فیزیک اتمی

• ساخت انواع کاتد ماتریسی ، فلزی و … .
• عدسیهای الکتروستاتیک و مغناطیسی
• انواع فیلترها
• طراحی تفنگ الکترونی با جریانهای بالا
• چشمه‌های مایکرو ویو
• انواع لامپهای نوری