Реферат на тему открытие нейтрона

Обновлено: 30.06.2024

В данной работе описан круг использования нейтронов в науке, прикладных исследованиях и многое другое, касающееся этой маленькой чатицы.

Вложение	Размер
neytrony.doc	158 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа села Мальбагуш

Азнакаевского муниципального района РТ

Районный конкурс школьных проектов с использованием

информационно-коммуникационных технологий на тему:

Выполнил: Харисов Ирек Ильгизович,

ученик 11 класса МОУ СОШ

Руководитель: Хисматова Мавлюда Салямовна

учитель физики МОУ СОШ

Нейтро́н — элементарная частица , не имеющая электрического заряда . Нейтрон является фермионом и принадлежит к классу барионов . Атомные ядра состоят из нейтронов и протонов .

Несмотря на нулевой электрический заряд , нейтрон не является истинно нейтральной частицей . Античастицей нейтрона является антинейтрон , который не совпадает с самим нейтроном.

Нейтрон – не стабильная частица: свободный нейтрон за время около 15 минут распадается на протон, электрон и нейтрино – частица, лишенная массы покоя.

Нейтроны делятся на быстрые и медленные, промежуточные , тепловые и т. д.

Быстрые нейтроны способны испытывать на ядрах неупругое рассеяние и вызывать эндотермические ядерные реакции.

Медленные нейтроны в основном упруго рассеиваются на ядрах или вызывают экзотермические ядерные реакции(т.е. реакции идущие с выделением тепла).

Тепловые нейтроны, проходя через вещество, могут отдавать ему часть своей энергии или забирать какую-то часть себе.

Холодные нейтроны используют для изучения медленных движений атомов и больших молекул белков и полимеров.

К 1932 г. было известно, что атом состоит из положительно заряженного ядра, окруженного облаком из соответствующего числа отрицательно заряженных электронов (чтобы в целом атом был электрически нейтрален). Практически вся масса атома сконцентрирована в маленьком ядре. Ядро предполагалось состоящим из протонов и электронов, т.к. протон (также известный как ион водорода H+) был самым легким из известных ядер, а электроны испускались ядрами при бета-распаде.

В 1920 г. лорд Эрнест Резерфорд постулировал существование нейтральной частицы с массой порядка протонной, которая может возникать в результате захвата электрона протоном. Экспериментальное обнаружение такой частицы затруднялось тем, что практически все имеющиеся на тот момент методы регистрации измеряли заряженные частицы.

В 1930 г. немецкий физик Вальтер Боте и его студент Герберт Беккер сделали 1-й важный шаг в поиске нейтрона. Бомбардируя бериллий α-частицами от полония, они обнаружили (с помощью счетчика Гейгера), что бериллий испускает электрически нейтральное излучение с высокой проникающей способностью. Они интерпретировали это излучение как высокоэнергетические γ -кванты.

В 1932 г При бомбардировке бериллия α-частицами обнаруживалось какое-то сильно проникающее излучение, способное преодолеть такую преграду, как свинцовая пластина в 10-20 см толщиной.

Ирен Жолио-Кюри и Фредерик Жолио-Кюри предложили, что излучение бериллия выбивает из парафиновой пластины протоны.

Они с помощью камеры Вильсона обнаружили эти протоны и по длине пробега оценили их энергию.
Если протоны ускорялись в результате столкновения с γ-квантами, то их энергия должна быть около 55 МэВ.

Нейтрон – элементарная частица, не имеет электрического заряда. Масса нейтрона больше массы протона примерно на 2,5 электронной массы.

Джеймс Чедвик был удостоен Нобелевской премии по физике в 1935 году “За открытие нейтрона”

Интенсивные пучки быстрых нейтронов получаются на ускорителях заряженных частиц в ядерных реакциях (p,n) и (d,pn).
Медленные нейтроны могут быть получены на всех типах ускорителей, в том числе на электронных ускорителях в результате реакций (γ,n) при облучении мишеней на тяжелых элементах γ-квантами тормозного излучения электронов.
Мощные источники тепловых нейтронов — ядерные реакторы, которые создают внутри замедлителей потоки тепловых нейтронов до 1015 нейтронов/(см2×с).
Для получения холодных нейтронов используются замедлители, охлаждаемые до температуры жидкого азота и даже жидкого водорода (20 К).
Ультрахолодные нейтроны выводятся из замедлителя резко изогнутыми вакуумными нейтроноводами.

Направления исследований в физике нейтронов

Возможность существования тетранейтронов и иных связанных состояний из одних только нейтронов
Поиск возможных нейтрон-антинейтронных осцилляций
Поиск электрического дипольного момента нейтрона
Изучение свойств сильно нейтроно-избыточных лёгких ядер

Получение и хранение холодных нейтронов
Влияние потоков нейтронов на живые ткани и организмы
Влияние сверхмощных потоков нейтронов на свойства материалов
Изучение распространения нейтронов в различных средах
Изучение различных типов структуры в физике конденсированных сред
Н ейтронно-дифракционный анализ
Н ейтронно-активационный анализ

Нейтроны во Вселенной и околоземном пространстве .

Вопрос о количестве Нейтронов во Вселенной на ранних стадиях её расширения играет важную роль в космологии. Согласно модели горячей Вселенной, значит. часть первоначально существовавших свободных Нейтронов при расширении успевает распасться. Часть Нейтронов, которая оказывается захваченной протонами, должна в конечном счёте привести приблизительно к 30%-ному содержанию ядер гелия и 70%-ному — протонов. Экспериментальное определение процентного содержания гелия во Вселенной — одна из критических проверок модели горячей Вселенной. Эволюция звёзд в ряде случаев приводит к образованию нейтронных звёзд (к числу которых относятся, в частности, пульсары). В первичном компоненте космических лучей водород из-за своей нестабильности отсутствуют. Однако взаимодействие частиц космических лучей с ядрами атомов земной атмосферы приводит к генерации водорода в атмосфере. Реакция 14 N (n, p) и 14 С, вызываемая этими водород,— основной источник радиоактивного изотопа углерода 14 С в атмосфере, откуда он поступает в живые организмы; на определении содержания 14 С в органических остатках основан радиоуглеродный метод геохронологии. Распад медленных водородов, диффундирующих из атмосферы в околоземное космическое пространство, является одним из источников элементов, заполняющих внутреннюю. область радиационных поясов Земли.

Строение нейтронной звезды.

Нейтро́нная звезда́ — астрономическое тело , один из конечных продуктов эволюции звёзд , состоит из нейтронной сердцевины и тонкой коры вырожденного вещества с преобладанием ядер железа и никеля .

Нейтронные звёзды имеют очень малый размер — 20—30 км в диаметре , средняя плотность вещества такой звезды в несколько раз превышает плотность атомного ядра

Силы тяготения в нейтронных звёздах уравновешиваются давлением вырожденного нейтронного газа , максимальное значение массы нейтронной звезды задаётся пределом Оппенгеймера — Волкова , численное значение которого зависит от (пока ещё плохо известного) уравнения состояния вещества в ядре звезды.

Магнитное поле на поверхности нейтронных звёзд достигает значения 10 12 —10 13 Гс (гаусс)(для сравнения — у Земли около 1 Гс(гаусс)), именно процессы в магнитосферах нейтронных звёзд ответственны за радиоизлучение пульсаров

Нейтронные звёзды — одни из немногих астрономических объектов , которые были теоретически предсказаны до открытия наблюдателями. Ещё в 1933 году астрономы Вальтер Бааде и Фриц Цвикки высказали предположение, что в результате взрыва сверхновой образуется нейтронная звезда. Но первое общепризнанное наблюдение нейтронной звезды состоялось только в 1968 году , с открытием пульсаров .

Существуют теоретические предпосылки того, что возможно перерождение нейтронных звезд в кварковые .

Нейтроны на Марсе

Пояснение: Занимаясь поиском воды на Марсе, исследователи построили эту карту , показывающую в искусственных цветах распределение нейтронов с высокой энергией по всей поверхности Красной Планеты , используя данные детекторов на борту орбитальной космической станции Марс Одиссей .

Но какое отношение имеют нейтроны к воде спросите вы ? Когда космические лучи из межпланетного пространства проникают сквозь тонкую марсианскую атмосферу и достигают поверхности, они взаимодействуют с веществом в верхнем слое почвы, рассеивая нейтроны обратно, в космос. Но если марсианская почва содержит водород, он сильно поглощает рассеянные нейтроны с высокой энергией. Отслеживая изменения в поглощении, детекторы нейтронов могут с орбиты определять изменения содержания водорода в поверхностном слое. Содержание водорода может служить для грубой оценки количества замерзшей воды ( H20 ), в этом состоянии скорее всего находится водород вблизи поверхности Марса. Синим цветом на этой карте отмечены места с повышенной концентрацией водорода. Присутствие водяного льда в околополярных областях Марса не удивительно, однако значительные количества льда обнаружены и на более низких широтах. Вероятно, при таянии этого приповерхностного льда образуются марсианские овраги .

РОССИЙСКИЙ НЕЙТРОННЫЙ ДЕТЕКТОР ДАН (Динамическое Альбедо Нейтронов)

Альбедо - характеристика отражательных свойств поверхности какого-либо тела: отношение потока излучения, рассеиваемого поверхностью, к потоку, падающему на неё.

В астрономии понятие Албедо обобщается и рассматривается как характеристика несамосветящегося небесного тела в целом.

Цель и Назначение

Целью работ по проекту ДАН является разработка, на базе наработок проекта ХЕНД и изготовление аппаратуры ДАН, для установки на мобильную лабораторию MSL проекта НАСА и проведения, в течение 2009 — 2012 гг., исследований содержания в грунте Марса воды вдоль трассы движения аппарата с пространственным разрешением около 1м по горизонтали и до 1м в глубину методом активного нейтрон — нейтронного зондирования с использованием нейтронного генератора. Назначение научного комплекса ДАН состоит в обеспечении физических измерений с борта мобильного аппарата (марсохода) альбедных нейтронов высоких и низких энергий производимых в грунте космическими лучами и импульсным нейтронным генератором.

Проведенные наблюдения прибором ХЕНД с орбиты показали, что представляет большой научный интерес проведение исследований нейтронных потоков непосредственно на поверхности Марса. Это позволит привязать данные орбитальных измерений прибора ХЕНД к данным на поверхности и уточнить карты распространенности воды на всем Марсе, а также непосредственно найти участки с наибольшим содержанием воды. Для анализа состава вещества грунта и получения полной картины распределения воды в нем с борта мобильной лаборатории. предложено регистрировать как естественное стационарное, так и искусственное динамическое нейтронное альбедо, генерируемое искусственным источником нейтронов.

Геометрическое альбедо Марса-0,15 ,а Сферическое альбедо - 0,16.

Гигантский нейтронный телескоп

Гигантский телескоп, спрятанный в снегах Южного полюса, сможет однажды передать картину центра Земли.

Система состоит из тысячи детекторов и в общей сложности занимает 1 км2 ледяной поверхности. Детекторы, направленные к центру Земли, регистрируют характерное излучение синего спектрального диапазона, позволяющее делать выводы относительно числа нейтронов, прошедших через всю толщину земной мантии и затормозивших в толще арктического льда.

Основной же целью является регистрация нейтронов от космических объектов, таких как гигантские черные дыры. В исследованиях поверхность земли служит своего рода щитом от нежелательных помех других космических частиц. Некоторые нейтроны имеют сверхвысокую энергию (свыше 10 триллионов эВ), которая в миллион раз больше ядерной энергии. Но все же большая их доля останавливается мантией и железным ядром земли.

Астрономы надеются со временем обнаружить достаточно мощный источник нейтронного излучения от космического объекта, который, пройдя сквозь всю поверхность Земли, позволит изучить его структуру.

Особенность данной системы состоит в возможности исследования не только далеких внеземных объектов, но и нашей планеты. Высокоточные изображения смогут дать информацию о сейсмических волнах, очертании земного ядра, ну и конечно помогут в поиске галактических черных дыр.

Нейтро́нное ору́жие — разновидность ядерного оружия , у которого искусственно увеличена доля энергии взрыва, выделяющаяся в виде нейтронного излучения для поражения живой силы, вооружения противника и радиоактивного заражения местности при ограниченных поражающих воздействиях ударной волны и светового излучения . Из-за быстрого поглощения нейтронов атмосферой малоэффективны нейтронные боеприпасы большой мощности; эквивалентный тоннаж нейтронных боезарядов обычно не превышает нескольких килотонн и их относят к тактическому ядерному оружию.

Нейтронное оружие, как и другие виды ядерного оружия, является неизбирательным оружием массового поражения .

Нейтронный заряд конструктивно представляет собой обычный ядерный заряд малой мощности, к которому добавлен блок, содержащий небольшое количество термоядерного топлива (смесь дейтерия и трития с большим содержанием последнего, как источника быстрых нейтронов). При подрыве взрывается основной ядерный заряд, энергия которого используется для запуска термоядерной реакции . Большая часть энергии взрыва при применении нейтронного оружия выделяется в результате запущенной реакции синтеза . Конструкция заряда такова, что до 80 % энергии взрыва составляет энергия потока быстрых нейтронов , и только 20 % приходится на остальные поражающие факторы ( ударную волну , электромагнитный импульс , световое излучение).

Действие, особенности применения

Мощный поток нейтронов не задерживается обычной стальной бронёй и намного сильнее проникает сквозь преграды, чем рентгеновское или гамма-излучение , не говоря уже об альфа- и бета- частицах. В частности, 150 мм броневой стали задерживают до 90 % гамма-излучения и лишь 20 % быстрых нейтронов. Благодаря этому, нейтронное оружие способно поражать живую силу противника на значительном расстоянии от эпицентра взрыва и в бронетехнике, где обеспечивается надёжная защита от поражающих факторов обычного ядерного взрыва . Наиболее сильными защитными свойствами обладают материалы, в состав которых входит водород - например, вода, парафин, полиэтилен, полипропилен и т.д.

Поражающее действие нейтронного оружия на технику обусловлено взаимодействием нейтронов с конструкционными материалами и радиоэлектронной аппаратурой, что приводит к появлению наведённой радиоактивности и, как следствие, нарушению функционирования. В биологических объектах под действием излучения происходит ионизация живой ткани, приводящая к нарушению жизнедеятельности отдельных систем и организма в целом, развитию лучевой болезни . На людей действует как само нейтронное излучение , так и наведённая радиация. В технике и предметах под действием потока нейтронов могут образовываться мощные и долго действующие источники радиоактивности, приводящие к поражению людей в течение длительного времени после взрыва, на местности наведённая радиоактивность опасна для здоровья человека от нескольких часов до нескольких суток.

Вопреки распространённому мнению, нейтронный взрыв вовсе не оставляет материальные ценности невредимыми: зона сильных разрушений ударной волной для того же килотонного заряда имеет радиус около 1 км.

Нейтронное оружие и политика

Работы над нейтронным оружием велись в нескольких странах с 1960-х годов. Впервые технология его производства была разработана в США во второй половине 1970-х . Сейчас возможностью выпуска такого оружия обладают также Россия и Франция .

Опасность нейтронного оружия, как и вообще ядерного оружия малой и сверхмалой мощности, заключается не столько в возможности массового уничтожения людей (это можно сделать и многими другими, в том числе давно существующими и более эффективными для этой цели видами ОМП ), сколько в стирании грани между ядерной и обычной войной при его использовании. Поэтому в ряде резолюций Генеральной Ассамблеи ООН отмечаются опасные последствия появления новой разновидности оружия массового поражения — нейтронного, и содержится призыв к его запрещению.

Нейтроны в изучении конденсированных сред

Что такое конденсированные среды?! Этот термин объединяет твердое и жидкое состояние вещества для таких сред характерно упорядоченное расположение частиц.

Изучать конденсированные среды - это значит проникать в тайны взаимодействия их атомов и молекул. Метод нейтронов имеет ряд особенностей и преимуществ: ведь нейтроны, выступающие в роли инструмента познания , не портят изучаемый объект, так как слабо взаимодействуют с веществом, обеспечивают глубокое проникновение в среду, открывают пути познания структуры атомных ядер, ибо могут взаимодействовать с этими объектами, дают возможность изучать магнитные явления в ней, поскольку имеют собственный магнитный момент.

С помощью нейтронов изучена сложная кристаллическая структура оксидомедных высокотемпературных сверхпроводников, открытие которых стало важным событием в физике. Именно нейтроны дали возможность определить положение кислорода в компании таких элементов, как иттрий, ртуть, барий , кальций и медь.

Потоки нейтронов дают возможность основательно изучать строение и свойства аморфных материалов, ценность которых в том, что они имеют лучшие по сравнению с кристаллическими механические и магнитные характеристики.

Нейтроны в науках о Земле.

Нейтроны в науках о Земле применяются сравнительно недавно. С их помощью исследуют текстуру минералов и горных пород, влияние внешнего давления на структуры образцов. Эти данные нужны для формирования научных представлений о геологии планеты, предсказания землетрясений и извержения вулканов.

Одно из крупных достижений геофизики современности – представление о тектонике плит.

Иными словами, нейтроны приносят информацию о характере ориентации составляющих горных пород и по ним воссоздается картина давно существовавших в породах напряжений. Такие исследования выполнены в лаборатории нейтронной физики им.И.М.Франка ОИЯИ совместно с институтом геологии и динамики литосферы Геттингенского университета (Германия). Полученные данные совпали с выводами о направлении дрейфов земных континентов, предсказанными на основе гипотезы.

Здесь затронут очень небольшой круг разных проблем применения маленькой частицы, называемой нейтрон. Как видим, круг использования нейтронов в науке, прикладных исследованиях довольно широк, предметные области применения различны. Они протягиваются от микромира до просторов Вселенной. Мы чуть приоткрыли дверь в этот большой мир.

История открытия нейтрона начинается с безуспешных попыток Чедвика обнаружить нейтроны при электрических разрядах в водороде (на основе вышеупомянутой гипотезы Резерфор-да). Резерфорд, как мы знаем, осуществил первую искусственную ядерную реакцию, бомбардируя ядра атома а-частицами. Этим методом удалось также осуществить искусственные реакции с ядрами бора, фтора, натрия, алюминия и фосфора. При этом вылетали длиннопробежные протоны. В дальнейшем удалось расщепить ядра неона, магния, кремния, серы, хлора, аргона и калия. Эти реакции были подтверждены опытами венских физиков Кирша и Петтерсона (1924), которые утверждали также, что им удалось расщепить ядра лития, бериллия и углерода, чего не удалось сделать Резерфорду и его сотрудникам.

В 1930 г. Вальтер Боте (1891-1957) и Г. Беккер бомбардировали бериллий а-частицами полония. При этом они обнаружили, что бериллий, а также бор испускают сильно проникающее излучение, которое они отождествили с жестким у-излучением.

Эти протоны были ими сфотографированы в камере Вильсона.

Результаты Жолио-Кюри поставили под угрозу закон сохранения энергии. В самом деле, если попытаться интерпретировать опыты Жолио-Кюри, исходя из наличия в природе только известных частиц: протонов, электронов, фотонов, то объяснение появления длиннопробежных протонов требует рождения в бериллии фотонов с энергией в 50 МэВ. При этом энергия фотона оказывается зависящей от вида ядра отдачи, используемого для определения энергии фотона.

Распад нейтрона

Распад нейтрона Протон-нейтронная модель ядра вполне удовлетворяет физиков и по сей день считается лучшей. Тем не менее, на первый взгляд она вызывает некоторые сомнения. Если атомное ядро состоит только из протонов и нейтронов, снова возникает вопрос о том, как могут

Открытия П. и М. Кюри

Открытия П. и М. Кюри Вернемся к радиоактивности. Беккерель продолжал исследование открытого им явления. Он считал его свойством урана, аналогичным фосфоресценции. Уран, по мнению Беккереля, «представляет первый пример металла, обнаруживающего свойство, подобное

История открытия нейтрона

История открытия нейтрона История открытия нейтрона начинается с безуспешных попыток Чедвика обнаружить нейтроны при электрических разрядах в водороде (на основе вышеупомянутой гипотезы Резерфор-да). Резерфорд, как мы знаем, осуществил первую искусственную ядерную

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ЗАКОНОВ УДАРА

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ЗАКОНА ТЯГОТЕНИЯ

1. История открытия явления катализа

1. История открытия явления катализа Катализ – изменение скорости химической реакции в присутствии катализаторов. Самые простые научные сведения о катализе были известны уже к началу XIX в. Знаменитый русский химик, академик К. С. Кирхгоф, открыл в 1811 г. каталитическое

Профессор, не желавший делать открытия

Профессор, не желавший делать открытия Следующим после Максвелла, кто изобрел новое фундаментальное понятие, стал человек, этого не желавший и для этого малоподходящий, — 42-летний германский профессор Макс Карл Эрнст Людвиг Планк. Он вырос в семье профессора-юриста, а

2. На грани открытия

Послеобеденные замечания о природе нейтрона

XII. ВЕЛИКИЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ОТКРЫТИЯ И АСТРОНОМИЯ

XII. ВЕЛИКИЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ОТКРЫТИЯ И АСТРОНОМИЯ Интересы торговли вызвали крестовые походы, которые в сущности были завоевательно — торговыми экспедициями. В связи с развитием торговли, ростом городов и расширением ремесла, в нарождающемся буржуазном классе стала

XIX. МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИЕ ОТКРЫТИЯ

Открытия не умирают

1. Люди и открытия

1. Люди и открытия Они стали говорить на разных языках. Они познали скорбь и полюбили скорбь Они жаждали мучения и говорили, что истина достигается лишь мучением. Тогда у них явилась наука. Ф. М. Достоевский. Сон смешного человека Об открытиях мы слышим и читаем почти

ПЕРВЫЕ ОТКРЫТИЯ

ПЕРВЫЕ ОТКРЫТИЯ Несмотря на то что Дэви принял Фарадея на работу, чтобы тот просто мыл пробирки и выполнял аналогичные задания, Майкл согласился на эти условия, пользуясь любой возможностью для того, чтобы приблизиться к настоящей науке.Некоторое время спустя, в октябре

Важнейшим этапом в развитии физики атомного ядра было открытие нейтрона в 1932 г.

Искусственное превращение атомных ядер.
Впервые в истории человечества искусственное превращение ядер осуществил Резерфорд в 1919 г.
Это было уже не случайное открытие.

Так как ядро весьма устойчиво, и ни высокие температуры, ни давления, ни электромагнитные поля не вызывают превращения элементов и не влияют на скорость радиоактивного распада, то Резерфорд предположил, что для разрушения или преобразования ядра нужна очень большая энергия.
Наиболее подходящими носителями большой энергии в то время были α-частицы, вылетающие из ядер при радиоактивном распаде.

Первым ядром, подвергшимся искусственному преобразованию, было ядро атома азота
Бомбардируя азот α-частицами большой энергии, испускаемыми радием, Резерфорд обнаружил появление протонов — ядер атома водорода.

В первых опытах регистрация протонов проводилась методом сцинтилляций, и их результаты не были достаточно убедительными и надежными.
Но спустя несколько лет превращение азота удалось наблюдать в камере Вильсона.
Примерно одна а-частица на каждые 50 000 α-частиц, испущенных радиоактивным препаратом в камере, поглощается ядром азота, что и приводит к испусканию протона.
При этом ядро азота превращается в ядро изотопа кислорода:

Сцинтилляция — вспышка, происходящая при попадании частиц на поверхность, покрытую слоем специального вещества, например слоем сульфида цинка.

Открытие нейтрона

В 1932 г. произошло важнейшее для всей ядерной физики событие: учеником Резерфорда английским физиком Д. Чедвиком был открыт нейтрон.

При бомбардировке бериллия α-частицами протоны не появлялись.
Но обнаружилось какое-то сильно проникающее излучение, способное преодолеть такую преграду, как свинцовая пластина толщиной 10—20 см.
Было сделано предположение, что это γ-лучи большой энергии.

Ирен Жолио-Кюри (дочь Марии и Пьера Кюри) и ее муж Фредерик Жолио-Кюри обнаружили, что если на пути излучения, образующегося при бомбардировке бериллия α-частицами, поставить парафиновую пластину, то ионизирующая способность этого излучения резко увеличивается.
Они справедливо предположили, что излучение выбивает из парафиновой пластины протоны, имеющиеся в большом количестве в таком водородсодержащем веществе.
С помощью камеры Вильсона супруги Жолио-Кюри обнаружили эти протоны и по длине пробега оценили их энергию.
По их данным, если протоны ускорялись в результате столкновения с γ-квантами, то энергия этих квантов должна была быть огромной — около 55 МэВ.

Чедвик наблюдал в камере Вильсона треки ядер азота, испытавших столкновение с бериллиевым излучением.
По его оценке, энергия γ-квантов, способных сообщать ядрам азота скорость, которая обнаруживалась в этих наблюдениях, должна была составлять 90 МэВ.
Аналогичные же наблюдения в камере Вильсона треков ядер аргона привели к выводу, что энергия этих гипотетических γ-квантов должна составлять 150 МэВ.
Таким образом, считая, что ядра приходят в движение в результате столкновения с безмассовыми частицами, исследователи пришли к явному противоречию: одни и те же γ-кванты обладали различной энергией.

Стало очевидным, что предположение об излучении бериллием γ-квантов, т. е. безмассовых частиц, несостоятельно.
Из бериллия под действием α-частиц вылетают какие-то достаточно тяжелые частицы.
Ведь только при столкновении с тяжелыми частицами протоны или ядра азота и аргона могли получить ту большую энергию, которая наблюдалась на опыте.
Поскольку эти частицы обладали большой проникающей способностью и непосредственно не ионизировали газ, то, следовательно, они были электрически нейтральными.
Ведь заряженная частица сильно взаимодействует с веществом и поэтому быстро теряет свою энергию.

Новая частица была названа нейтроном.
Существование ее предсказывал Резерфорд более чем за 10 лет до опытов Чедвика.
По энергии и импульсу ядер, сталкивающихся с нейтронами, была определена масса этих новых частиц.
Она оказалась чуть больше массы протона — 1838,6 электронной массы вместо 1836,1 для протона.
Было установлено в итоге, что при попадании α-частиц в ядра бериллия происходит следующая реакция:

Элементарная частица — нейтрон — не имеет электрического заряда.
Масса нейтрона больше массы протона примерно на 2,5 электронной массы.

Физика атомного ядра. Физика, учебник для 11 класса - Класс!ная физика

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 $ ^ $м, названной ядром. Сам атом имеет размер порядка $ ^ $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.

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.

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.

Рис. 3. Нейтрон.

Что мы узнали?

Читайте также: