Відкриття нейтрону

У першій половині XXв бурхливо розвивалася фізика атома. Одним із найважливіших відкриттів в історії ядерної фізики стало відкриття, про яке ми зараз коротко розповімо, – відкриття нейтрона.

Пророцтво Еге. Резерфорда

Як відомо у 11 класі, електрон входить до складу атома. Відкритий він був на початку XX ст. Решта атома має позитивний заряд. Для встановлення розподілу цього заряду е. Резерфорд запропонував зондувати атом альфа-частинками.

Мал. 1. Досвід Резерфорда щодо розсіяння альфа-частинок.

Досвід дав несподівані результати. Виявилося, що позитивний заряд зосереджений у дуже невеликій частині атома розміром близько $^$м, названої ядром. Сам атом має розмір близько $^$м, цей розмір мають електронні орбіти. Виходило, що позитивний та негативний заряд в атомі знаходяться на порівняно великих відстанях.

Проте, за оцінками Еге. Резерфорда, було можливе існування пов'язаної системи протона та електрона, що знаходяться в безпосередній близькості один від одного. Така система мала практично таку ж вагу, як у протона, але при цьому була б нейтральною. Фактично Резерфорд передбачив відкриття нейтрона.

Повідомлення про можливість такої пов'язаної нейтральної системи було зроблено на Бейкеріанській лекції 3 червня 1920 року. Терміну «нейтрон» на той час не було, однак у цій самій лекції Еге. Резерфорд представив не тільки всі характеристики такої «системи-частинки», а й зазначив, що можливе існування атома водню, в який, крім протона, входить така «система-частка» (прообраз дейтерію).

Відкриття Дж. Чедвіка

Наприкінці першої третини XX ст. Досліди з альфа-частинками проводилися багатьма фізиками, серед яких був і Дж.Чедвік, учень Еге. Резерфорд. Йому належить честь відкриття нейтрона.

Ще 1912 р. Вчені зазначили, що при опроміненні легких елементів альфа-частинками виникає дуже жорстке проникне випромінювання. Це випромінювання не реагувало на магнітне поле, тому його вважали гамма-променями високої потужності. Найбільш сильним це випромінювання було при опроміненні альфа-частинками бериллієвих мішеней, тому його назвали «бериллієвим».

Якщо за звичайному радіоактивному розпаді гамма-кванты мали енергію порядку одиниць МеВ, то потужність квантів берилієвого випромінювання була у десятки разів вище.

Для того щоб оцінити потужність бериллієвого випромінювання, на його шляху ставилася парафінова пластина, з якої випромінювання вибивало протони, які залишали треки в камері Вільсона, і їх потужності можна було оцінити.

Мал. 2. Експеримент Чедвіка: відкриття нейтрону.

Експеримент ставився різними фізиками та давав суперечливі результати. Виходило, що одні й самі кванти берилієвого випромінювання мали різну енергію, залежно від застосовуваної мішені.

Дж. Чедвік показав, що суперечність усувалося, якщо припустити, що бериллієве випромінювання є не безмасовими гамма-квантами, а дуже масивними нейтральними частинками, іонізуюча здатність яких залежить від застосовуваної мішені.

Нову частку назвали «нейтрон». Розрахунки показували, що маса нейтрона трохи більше маси протона, він має нульовий заряд і за всіма характеристиками відповідає Е. Резерфордом "системі-частинці".

Що ми дізналися?

Проводячи досвід із зондування атомів альфа-частинками, Еге. Резерфорд припустив існування особливої ​​нейтральної системи з протона і електрона, яка поводилася б як нейтральна важка частка. Така частка була виявлена ​​у дослідах Дж. Чедвіка 1932 р. і було названо «нейтроном».