Образовака🌡️ Физика11 классКвантовая физика

Открытие нейтрона

4.1

Средняя оценка: 4.1

Всего получено оценок: 84.

В первой половине XXв бурно развивалась физика атома. Одним из важнейших открытий в истории ядерной физики стало открытие, о котором мы сейчас кратко расскажем, — открытие нейтрона.

Предсказание Э. Резерфорда

Как известно в 11 классе, электрон входит в состав атома. Открыт он был в начале XX в. Остальная часть атома имеет положительный заряд. Для установления распределения этого заряда Э. Резерфорд предложил зондировать атом альфа-частицами.

Рис. 1. Опыт Резерфорда по рассеянию альфа-частиц.

Опыт дал неожиданные результаты. Оказалось, что положительный заряд сосредоточен в очень небольшой части атома размером порядка $ {10}^{-15} $м, названной ядром. Сам атом имеет размер порядка $ {10}^{-10} $м, этот размер имеют электронные орбиты. Получалось, что положительный и отрицательный заряд в атоме находятся на сравнительно больших расстояниях.

Однако, по оценкам Э. Резерфорда, было возможно существование связанной системы протона и электрона, находящихся в непосредственной близости друг от друга. Такая система имела бы практически такой же вес, как у протона, но при этом была бы нейтральной. Фактически так Резерфорд предсказал открытие нейтрона.

Сообщение о возможности такой связанной нейтральной системы было сделано на Бейкерианской лекции 3 июня 1920 г. Термина «нейтрон» в то время не было, однако в этой же лекции Э. Резерфорд представил не только все характеристики такой «системы-частицы», но и отметил, что возможно существование атома водорода, в который кроме протона входит такая «система-частица» (прообраз дейтерия).

Открытие Дж. Чедвика

В конце первой трети XX в. опыты с альфа-частицами проводились многими физиками, среди которых был и Дж. Чедвик, ученик Э. Резерфорда. Ему и принадлежит честь открытия нейтрона.

Еще в 1912 г. ученые отметили, что при облучении легких элементов альфа-частицами возникает очень жесткое проникающее излучение. Это излучение не реагировало на магнитное поле, поэтому его считали гамма-лучами высокой мощности. Наиболее сильным это излучение было при облучении альфа-частицами бериллиевых мишеней, поэтому его назвали «бериллиевое».

Если при обычном радиоактивном распаде гамма-кванты имели энергию порядка единиц МэВ, то мощность квантов бериллиевого излучения была в десятки раз выше.

Для того чтобы оценить мощность бериллиевого излучения, на его пути ставилась парафиновая пластина, из которой излучение выбивало протоны, которые в свою очередь оставляли треки в камере Вильсона, и их мощности можно было оценить.

Рис. 2. Эксперимент Чедвика: открытие нейтрона.

Эксперимент ставился различными физиками и давал противоречивые результаты. Получалось, что одни и те же кванты бериллиевого излучения имели разную энергию, в зависимости от применяемой мишени.

Дж. Чедвик показал, что противоречие устранялось, если предположить, что бериллиевое излучение представляет собой не безмассовые гамма-кванты, а весьма массивные нейтральные частицы, ионизирующая способность которых зависит от применяемой мишени.

Новую частицу назвали «нейтрон». Расчеты показывали, что масса нейтрона немного больше массы протона, он имеет нулевой заряд и по всем характеристикам соответствует предсказанной Э. Резерфордом «системе-частице».

Что мы узнали?

Проводя опыт по зондирования атомов альфа-частицами, Э. Резерфорд предположил существование особой нейтральной системы из протона и электрона, которая бы вела себя как нейтральная тяжелая частица. Такая частица была обнаружена в опытах Дж. Чедвика в 1932 г. и была названа «нейтроном».