В современной экспериментальной и прикладной физике большую роль играют нейтроны. При их помощи удалось освободить энергию атомного ядра в процессе деления ядер и создать мощные источники энергии. Так как нейтрон - частица незаряженная, то кулоновский барьер не препятствует ее проникновению в ядро. Это обусловливает особые возможности использования нейтрона для изучения ядерных структур и реакций.

История открытия нейтрона весьма характерна для путей развития ядерной физики вообще. Резерфорд еще в 1920 г. на основании общих соображений предсказал существования частицы с и массой, примерно равной массе протона, и даже обрисовал некоторые ее свойства.

В 1930 г. Боте и Беккер, облучая пластинку -частицами, наблюдали какое-то излучение, которое действовало на счетчик. Это «что-то» не могло быть -частицами, так как пробеги -частиц были меньше толщины использовавшейся пластинки Поскольку это излучение слабо поглощалось свинцом, естественно было считать его у-лучами.

В 1932 г. Жолио и Кюри повторили опыт с На пути неизвестного излучения они помещали парафин и наблюдали протоны, выбитые из парафина. Энергия протонов оказалась равной Было высказано предположение, что происходит ядерный фотоэффект. Из общих законов кинематики можно показать, что протоны такой энергии могли быть выбиты из ядра за счет ядерного фотоэффекта, только если энергия первичных превышала Но к этому времени уже было выяснено, что ядру свойственны энергетические уровни порядка лишь нескольких единиц и поэтому ядра, испускавшие не могли иметь возбужденного уровня с энергией, равной Таким образом, вопрос об источнике такого жесткого был не решен.

Чэдвик, руководствуясь идеей Резерфорда, анализировал результаты опытов Боте и Беккера, Жолио и Кюри и предположил, что новое проникающее излучение состоит не из фотонов, а из тяжелых нейтральных частиц. Наблюдая в камере Вильсона ядра отдачи азота, возникшие в результате взаимодействия нового излучения с азотом, и протоны отдачи, образованные в парафине, Чэдвик первый определил массу нейтрона, которая оказалась приблизительно равной массе протона.

Рассмотрим законы сохранения энергии и импульса, из которых было впервые получено значение массы нейтрона. Если предположить, что нейтроны выбивают из парафина протоны отдачи и рассматривать столкновение нейтрона с протоном как упругое рассеяние, то можно написать для лобового столкновения, когда скорость, приобретаемая протоном, максимальна:

где масса нейтрона; скорость нейтрона до столкновения; скорость нейтрона после столкновения; масса и скорость протона.

Здесь в двух уравнениях содержатся три неизвестные величины: (скорость протона определяется по его пробегу). Поэтому необходим дополнительный опыт. Чтобы получить третье уравнение, с теми же нейтронами повторяют опыт на азоте (масса ядра азота и определяют максимальную энергию отдачи ядра азота, с которым столкнулся нейтрон Она равна Энергия отдачи протона равна Следовательно, можно определить скорости протонов и ядер азота Решая уравнения совместно для скоростей ядер отдачи, получим

Водорода, элемента, который имеет наиболее простое строение. Оно имеет положительный заряд и практически неограниченное время жизни. Это самая стабильная частица во Вселенной. Протоны, образовавшиеся в результате Большого Взрыва, до сих пор не распались. Масса протона составляет 1,627*10-27 кг или 938,272 эВ. Чаще эту величину выражают в электронвольтах.

Протон был открыт «отцом» ядерной физики Эрнестом Резерфордом. Он выдвинул гипотезу о том, что ядра атомов всех химических элементов состоят из протонов, так как по массе они превышают ядро атома водорода в целое число раз. Резерфорд поставил интересный опыт. В те времена уже была открыта естественная радиоактивность некоторых элементов. С помощью альфа-излучения (альфа-частицы представляют собой ядра гелия с высокими энергиями) ученый облучал атомы азота. В результате такого взаимодействия вылетала частица. Резерфорд предположил, что это протон. Дальнейшие опыты в пузырьковой камере Вильсона подтвердили его предположение. Так в 1913 году была открыта новая частица, но гипотеза Резерфорда о составе ядра оказалась несостоятельной.

Открытие нейтрона

Великий ученый нашел ошибку в своих расчетах и выдвинул гипотезу о существовании еще одной частицы, входящей в состав ядра и обладающей практически той же массой, что и протон. Экспериментально он не смог ее обнаружить.

Это сделал в 1932 году сделал английский ученый Джеймс Чедвик. Он поставил опыт, в ходе которого бомбардировал атомы бериллия высокоэнергетическими альфа-частицами. В результате ядерной реакции из ядра бериллия вылетала частица, впоследствии названная нейтроном. За свое открытие Чедвик уже через три года получил Нобелевскую премию.

Масса нейтрона действительно мало отличается от массы протона (1,622*10-27 кг), но эта частица не обладает зарядом. В этом смысле она нейтральна и в то же время способна вызывать деление тяжелых ядер. Из-за отсутствия заряда нейтрон может легко пройти через высокий кулоновский потенциальный барьер и внедриться в структуру ядра.

Протон и нейтрон обладают квантовыми свойствами (могут проявлять свойства частиц и волн). Нейтронное излучение используют в медицинских целях. Высокая проникающая способность позволяет этому излучению ионизировать глубинные опухоли и другие злокачественные образования и обнаруживать их. При этом энергия частиц относительно маленькая.

Нейтрон, в отличие от протона, нестабильная частица. Ее время жизни составляет около 900 секунд. Она распадается на протон, электрон и электронное нейтрино.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство морского и речного транспорта

ФГБОУ ВПО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова»

Арктический морской институт имени В.И. Воронина - филиал

Федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Государственный университет морского и речного флота

имени адмирала С.О. Макарова»

(Арктический морской институт имени В.И. Воронина - филиал

ФГБОУ ВПО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова»)

180403.51 Судовождение

заочная форма обучения 1 курс

РЕФЕРАТ

«открытие нейтрона»

Курсант Смирнов С.В. выполнил и защитил реферат с оценкой___от__.__2014

2014

Нейтрон

Что мы знаем о нейтроне?

Нейтромн (от лат. neuter -- ни тот, ни другой) -- тяжёлая элементарная частица, не имеющая электрического заряда. Нейтрон является фермионом и принадлежит к классу барионов. Нейтроны (вместе с протонами) являются одной из двух главных компонент атомных ядер; общее название для протонов и нейтронов -- нуклоны.

ОТКРЫТИЕ НЕЙТРОНА

В 1930 г. В. А. Амбарцумян и Д. Д. Иваненко показали, что ядро не может, как считалось в то время, состоять из протонов и электронов, что электроны, вылетающие из ядра при бета-распаде, рождаются в момент распада, и что кроме протонов, в ядре должны присутствовать некие нейтральные частицы.

В 1930 Вальтер Боте и Г. Бекер, работавшие в Германии, обнаружили, что если высокоэнергетичные альфа-частицы, испускаемые полонием-210, попадают на некоторые лёгкие элементы, в особенности на бериллий или литий, образуется излучение с необычно большой проникающей способностью. Сначала считалось, что это -- гамма-излучение, но выяснилось, что оно обладает гораздо большей проникающей способностью, чем все известные гамма-лучи, и результаты эксперимента не могут быть таким образом интерпретированы. Важный вклад сделали в 1932 Ирен и Фредерик Жолио-Кюри. Они показали, что если это неизвестное излучение попадает на парафин или любое другое соединение, богатое водородом, образуются протоны высоких энергий. Само по себе это ничему не противоречило, но численные результаты приводили к нестыковкам в теории. Позднее в том же 1932 году английский физик Джеймс Чедвикпровёл серию экспериментов, в которых он показал, что гамма-лучевая гипотеза несостоятельна. Он предположил, что это излучение состоит из незаряженных частиц с массой, близкой к массе протона, и провёл серию экспериментов, подтвердивших эту гипотезу. Эти незаряженные частицы были названы нейтронами от латинскогокорня neutral и обычного для частиц суффикса on (он). В том же 1932 г. Д. Д. Иваненко и затем В. Гейзенберг предположили, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов.

ДЖЕЙМС ЧЕДВИК

Английский физик Джеймс Чедвик родился в г. Боллингтоне, вблизи Манчестера. Он был старшим из четырех детей Джона Джозефа Чедвика, владельца прачечной, и Энн Мэри (Ноулс) Чедвик. Окончив местную начальную школу, он поступил в манчестерскую муниципальную среднюю школу, где выделялся успехами в математике. В 1908 г. Чедвик поступил в Манчестерский университет, собираясь изучать математику, однако по недоразумению с ним провели собеседование по физике. Слишком скромный, чтобы указать на ошибку, он внимательно выслушал вопросы, которые ему задавали, и решил сменить специализацию. Через три года он окончил университет с отличием по физике.

В 1911 г. Чедвик начал аспирантскую работу под руководством Эрнеста Резерфорда в физической лаборатории в Манчестере. Именно в это время эксперименты по рассеянию альфа-частиц (которые рассматривались как заряженные атомы гелия), пропущенных через тонкую металлическую фольгу, привели Резерфорда к предположению, что вся масса атома сконцентрирована в плотном положительно заряженном ядре, окруженном отрицательно заряженными электронами, которые, как известно, обладают относительно малой массой. Чедвик получил степень магистра в Манчестере в 1913 г., и в этом же году, став обладателем стипендии, он уехал в Германию, чтобы изучать радиоактивность под руководством Ганса Гейгера (бывшего ассистента Резерфорда) в Государственном физико-техническом институте в Берлине. Когда в 1914 г. началась первая мировая война, Чедвик был интернирован как английский гражданин и более 4 лет провел в лагере для гражданских лиц в Рулебене. Хотя Чедвик страдал от суровых условий, подтачивавших его здоровье, он принял участие в научном обществе, созданном его товарищами по несчастью. Деятельность этой группы получила поддержку со стороны некоторых немецких ученых, включая Вальтера Нернста, с которым Чедвик познакомился, будучи интернирован.

Открытие Чедвика

нейтрон частица чедвик альфа

Чедвик вернулся в Манчестер в 1919 г. Незадолго перед этим Резерфорд обнаружил, что бомбардировка альфа-частицами (которые теперь рассматривались как ядра гелия) может вызвать распад атома азота на более легкие ядра других элементов. Несколько месяцев спустя Резерфорда выбрали на должность директора Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, и он пригласил Чедвика последовать за ним. Чедвик получил стипендию Уоллестона в Гонвилл-энд-Кайус-колледже, Кембридж, и смог работать с Резерфордом, продолжая эксперименты с альфа-частицами. Они выяснили, что при бомбардировке ядер часто образуется то, что, по-видимому, является ядрами водорода, легчайшего из элементов. Ядро водорода несло положительный заряд, равный по величине отрицательному заряду соответствующего электрона, но обладало массой, примерно в 2 тыс. раз превышающей массу электрона. Резерфорд позднее назвал его протоном. Становилось ясно, что атом как целое был электрически нейтральным, поскольку число протонов в его ядре равнялось числу окружающих ядро электронов. Однако такое число протонов не согласовалось с массой атомов, за исключением простейшего случая водорода. Чтобы устранить такое расхождение, Резерфорд предложил в 1920 г. идею, что ядра могут содержать электрически нейтральные частицы, которые позднее он назвал нейтронами, образованные соединением электрона и протона. Противоположная точка зрения состояла в том, что атомы содержат электроны как вне, так и внутри ядра и что отрицательный заряд ядерных электронов просто нейтрализует часть заряда протонов. Тогда протоны ядра давали бы полный вклад в общую массу атома, а их суммарный заряд был бы как раз такой, чтобы нейтрализовать заряд окружающих ядро электронов. Хотя к предположению Резерфорда о том, что существует нейтральная частица, отнеслись с уважением, но все же не было экспериментального подтверждения этой идеи.

Чедвик получил докторскую степень по физике в Кембридже в 1921 г. и был избран членом ученого совета Гонвилл-энд-Кайус-колледжа. Два года спустя он стал заместителем директора Кавендишской лаборатории. Вплоть до конца 20-х гг. он исследовал такие атомные явления, как искусственный распад ядер легких элементов под действием бомбардировки альфа-частицами и спонтанное испускание бета-частиц (электронов). В процессе этой работы он размышлял над тем, как можно было бы подтвердить существование резерфордовской нейтральной частицы, однако решающие исследования, позволившие это сделать, были проведены в Германии и Франции.

В 1930 г. немецкие физики Вальтер Боте и Ханс Беккер обнаружили, что при бомбардировке некоторых легких элементов альфа-частицами возникает излучение, обладающее особой проникающей силой, которое они приняли за гамма-лучи. Гамма-лучи впервые стали известны как излучение, порождаемое радиоактивными ядрами. Они обладали большей, чем у рентгеновских лучей, проникающей способностью, поскольку у них более короткая длина волны. Однако некоторые результаты озадачивали, особенно когда в качестве мишени для бомбардировки использовался бериллий. При этом излучение в направлении движения падающего потока альфа-частиц обладало большей проникающей способностью, чем обратное излучение. Чедвик предположил, что бериллий испускает поток нейтральных частиц, а не гамма-лучи. В 1932 г. французские физики Фредерик Жолио и Ирен Жолио-Кюри, исследуя проникающую способность излучения бериллия, помещали различные поглощающие материалы между бомбардируемым бериллием и ионизационной камерой, выполнявшей роль регистратора излучения. Когда в качестве поглотителя они взяли парафин (вещество, богатое водородом), то обнаружили увеличение, а не уменьшение излучения, выходящего из парафина. Проверка привела их к выводу, что усиление излучения связано с протонами (ядрами водорода), выбиваемыми из парафина проникающей радиацией. Они предположили, что протоны выбиваются в результате столкновений с квантами (дискретными единицами энергии) необычайно мощного гамма-излучения, подобно тому как электроны выбиваются при столкновении с рентгеновскими лучами (эффект Комптона) в эксперименте, впервые проведенном Артуром Х. Комптоном.

Чедвик быстро повторил и расширил эксперимент, проведенный французской парой, и обнаружил, что толстая свинцовая пластина не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на излучение бериллия, не ослабляя его и не порождая вторичного излучения, что свидетельствовало о его высокой проникающей способности. Однако парафин вновь дал добавочный поток быстрых протонов. Чедвик произвел проверку, которая подтвердила, что это действительно протоны, и определил их энергию. Затем он показал, что по всем признакам крайне мало вероятно, чтобы при столкновениях альфа-частиц с бериллием могли возникать гамма-лучи с энергией, достаточной для того, чтобы выбивать протоны из парафина с такой скоростью. Поэтому он оставил идею о гамма-лучах и сосредоточился на нейтронной гипотезе. Приняв существование нейтрона, он показал, что в результате захвата альфа-частицы ядром бериллия может образоваться ядро элемента углерода, причем освобождается один нейтрон. То же самое он проделал и с бором - еще одним элементом, порождавшим проникающую радиацию при бомбардировке альфа-лучами. Альфа-частица и ядро бора соединяются, образуя ядро азота и нейтрон. Высокая проникающая способность потока нейтронов возникает потому, что нейтрон не обладает зарядом и, следовательно, при движении в веществе не испытывает влияния электрических полей атомов, а взаимодействует с ядрами лишь при прямых столкновениях. Нейтрону требуется также меньшая энергия, чем гамма-лучу, чтобы выбить протон, поскольку он обладает большим импульсом, чем квант электромагнитного излучения той же энергии. То, что излучение бериллия в прямом направлении оказывается более проникающим, можно связать с предпочтительным излучением нейтронов в направлении импульса падающего потока альфа-частиц.

Чедвик также подтвердил гипотезу Резерфорда, что масса нейтрона должна быть равна массе протона, анализируя обмен энергией между нейтронами и протонами, выбитыми из вещества, как если бы речь шла о соударении бильярдных шаров. Энергообмен особенно эффективен, поскольку их массы почти одинаковы. Он также проанализировал треки атомов азота, подвергшихся соударению с нейтронами, в конденсационной камере - приборе, изобретенном Ч.Т.Р. Вильсоном. Пар в конденсационной камере конденсируется вдоль наэлектризованной дорожки, которую оставляет ионизирующая частица при взаимодействии с молекулами пара. Дорожка видна, хотя сама частица и невидима. Поскольку нейтрон не оказывает непосредственно ионизирующего воздействия, его след не виден. Чедвику пришлось устанавливать свойства нейтрона по треку, оставляемому после соударения с атомом азота. Оказалось, что масса нейтрона на 1,1% превышает массу протона.

Эксперименты и расчеты, проделанные другими физиками, подтвердили выводы Чедвика, и существование нейтрона было быстро признано. Вскоре после этого Вернер Гейзенберг показал, что нейтрон не может быть смесью протона и электрона, а представляет собой незаряженную ядерную частицу - третью субатомную, или элементарную, частицу из тех, что были открыты. Предложенное Чедвиком доказательство существования нейтрона в 1932 г. в корне изменило картину атома и проложило путь для дальнейших открытий в физике. У нейтрона было и практическое применение как у разрушителя атома: в отличие от положительно заряженного протона он не отталкивается при подходе к ядру.

Признание

«За открытие нейтрона» Чедвик был награжден в 1935 г. Нобелевской премией по физике. «Существование нейтрона полностью установлено, - сказал Ханс Плейель из Шведской королевской академии наук в своей речи на церемонии вручения, - в результате чего ученые пришли к новой концепции строения атома, которая лучше согласуется с распределением энергии внутри атомных ядер. Стало очевидным, что нейтрон образует один из строительных кирпичей, из которых состоят атомы и молекулы, а значит, и вся материальная Вселенная».

Чедвик перешел в 1935 г. в Ливерпульский университет, чтобы создать новый центр физических ядерных исследований. В Ливерпуле он следил за модернизацией университетского оборудования и руководил строительством циклотрона - установки для ускорения заряженных частиц. Когда в 1939 г. началась Вторая Мировая война, британское правительство обратилось к Чедвику с запросом, возможна ли цепная ядерная реакция, и он начал с помощью ливерпульского циклотрона исследовать эту возможность. В следующем году он вошел в состав Модовского комитета, небольшой избранной группы видных британских ученых, которая сделала оптимистические выводы о возможности Британии создать атомную бомбу, и стал координатором экспериментальных программ по разработке атомного оружия в Ливерпуле, Кембридже и Бристоле. В дальнейшем, однако, Британия решила присоединиться к американской программе создания ядерного оружия и направила своих ученых, занимавшихся ядерными исследованиями, в Соединенные Штаты. С 1943 по 1945 г. Чедвик координировал усилия британских ученых, работавших над Манхэттенским проектом (секретная программа создания атомной бомбы).

Чедвик вернулся в Ливерпульский университет в 1946 г. Два года спустя он отошел от активной научной деятельности и возглавил Гонвилл-энд-Кайус-колледж. В 1958 г. он переехал в Северный Уэльс с женой Эйлин, до замужества Стюарт-Браун, на которой женился в 1925 г. Они вернулись в Кембридж в 1969 г., чтобы быть поближе к своим дочерям-близнецам. Чедвик умер 5 лет спустя в Кембридже.

Кроме Нобелевской премии, Чедвик получил медаль Хьюгса (1932 г.) и медаль Копли (1950 г.) Королевского общества, медаль «За заслуги» правительства США (1946 г.), медаль Франклина Франклиновского института (1951 г.) и медаль Гутри Физического института в Лондоне (1967 г.). Получив дворянское звание в 1945 г., он являлся обладателем почетных степеней 9 британских университетов и был членом многих научных обществ и академий в Европе и Соединенных Штатах

Используемая литература

1.http://ru.wikipedia.org

2. http://hirosima.scepsis.ru

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Развитие физики ХХ столетия. Опыты Рикке по проверке неатомного характера тока в металлах, Перрена по определению масс молекул. Эксперименты Э. Резерфорда по рассеянию альфа-частиц на атомах тяжелых элементов. Открытие сверхпроводимости и сверхтекучести.

курсовая работа , добавлен 10.01.2014


Элементарная частица - частица без внутренней структуры, то есть не содержащая других частиц. Классификация элементарных частиц, их символы и масса. Цветовой заряд и принцип Паули. Фермионы как базовые составляющие частицы всей материи, их виды.

презентация , добавлен 27.05.2012


Свойства всех элементарных частиц. Связь протонов и нейтронов в атомных ядрах. Классификация элементарных частиц. Величина разности масс нейтрона и протона. Гравитационные взаимодействия нейтронов. Экспериментальное значение времени жизни мюона.

реферат , добавлен 20.12.2011


Краткий очерк жизни, личностного и творческого становления великого английского физика Майкла Фарадея. Исследования Фарадея в области электромагнетизма и открытие им явления электромагнитной индукции, формулировка закона. Эксперименты с электричеством.

реферат , добавлен 23.04.2009


Опыт Резерфорда. Исследование строения атома. Измерение дифференциального сечения. Состав атомного ядра. Методы измерения размеров ядер и распределения в них массы. Характеристики протона, нейтрона, электрона. Тензорный характер взаимодействия нуклонов.

презентация , добавлен 21.06.2016


Характеристика газоразрядных детекторов ядерных излучений (ионизационных камер, пропорциональных счетчиков, счетчиков Гейгера-Мюллера). Физика процессов, происходящих в счетчиках при регистрации ядерных частиц. Анализ работы счетчика Гейгера-Мюллера.

лабораторная работа , добавлен 24.11.2010


Фундаментальные физические взаимодействия. Гравитация. Электромагнетизм. Слабое взаимодействие. Проблема единства физики. Классификация элементарных частиц. Характеристики субатомных частиц. Лептоны. Адроны. Частицы - переносчики взаимодействий.

дипломная работа , добавлен 05.02.2003


Амплитуда рассеяния нейтрона в ядерной среде, показатели ее преломления. Зависимость поляризации и угла поворота от пройденного нейтронным пучком расстояния. Энергия нейтрона в ядерной среде. Получение выражения для ядерного псевдомагнитного поля.

курсовая работа , добавлен 23.07.2010


Образование электрического тока, существование, движение и взаимодействие заряженных частиц. Теория появления электричества при соприкосновении двух разнородных металлов, создание источника электрического тока, изучение действия электрического тока.

презентация , добавлен 28.01.2011


Жизненный путь Исаака Ньютона - английского математика, физика и астронома. Получение образования и профессорская деятельность в Кембриджском университете. Эксперименты по оптике, изобретение телескопа-рефлектора. Открытия в области механики и математики.

В начале XXвека, когда уже было установлено, что молекулы состоят из атомов, встал новый вопрос. Из чего же состоят атомы? Английский ученый Резерфорд и группа его учеников взялись решить эту непростую задачу.

Ядро атома водорода в ядре любого вещества

Уже было известно, что сам атом состоит из ядра и вращающегося вокруг него на большой скорости электрона. Но вот из чего состоит ядро? Резерфорд предполагал, что в состав ядра атома любого химического элемента обязательно входит ядро атома водорода.

Позже это удалось доказать серией экспериментов. Суть экспериментов заключалась в следующем: атомы азота бомбардировались альфа-излучениями. Это приводило к тому, что периодически альфа-излучения выбивали из ядра атома азота некоторые частицы.

Весь этот процесс запечатлевался на светочувствительной пленке. Однако, все равно свечение было так слабо, что Резерфорд и его ученики, прежде чем приниматься за опыт, около 8 часов сидели в абсолютно темной комнате, чтобы глаз мог разглядеть мельчайшие световые сигналы.

По характеру световых следов было установлено, что выбитые частицы это ядра атомов кислорода и водорода. Таким образом, подтвердилось предположение Резерфорда о том, что ядро атома водорода входит в состав ядра атома любого химического элемента.

Открытие протона

Данную частицу Резерфорд назвал протоном. От греческого «протос» - первый. Следует понимать, что не протон является ядром атома водорода, а наоборот, ядро атома водорода имеет такое строение, что в него входит всего один протон.

В состав ядер атомов других химических элементов может входить гораздо большее число протонов. Протон имеет положительный электрический заряд. При этом заряд протона равен заряду электрона, вот только имеет другой знак.

Таким образом, протон и электрон как бы уравновешивают друг друга. Поэтому все предметы изначально никак не заряжены, и приобретают заряд только при попадании в электрическое поле.

Открытие нейтрона

После открытия протона ученые понимали, что ядро состоит не только из протонов, поскольку на примере ядра атома бериллия выяснилось, то суммарная масса протонов в ядре 4 единицы массы, тогда как масса ядра в целом 9 единиц массы.

То есть еще 5 единиц массы принадлежат каким-то другим частицам, которые к тому же не имеют электрического заряда, поскольку иначе протонно-электронный баланс был бы нарушен.

Ученик Резерфорда Чедвик провел серию опытов и обнаружил частицы, вылетающие из ядра атома бериллия при бомбардировке альфа-излучениями, но не имеющими никакого заряда.

Отсутствие заряда было констатировано по тому факту, что частицы никак не реагировали на электромагнитное поле. Стало очевидно, что обнаружен недостающий элемент конструкции ядра атома.

Данные частицы были названы нейтронами. Нейтрон имеет массу примерно равную массе протона, но при этом, как уже говорилось, не имеет никакого заряда.

>> Открытие нейтрона

§ 103 ОТКРЫТИЕ НЕЙТРОНА

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 а-частицы, вылетающие из ядер при радиоактивном распаде.

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

В первых опытах регистрация протонов проводилась методом сцинтилляций 1 , и их результаты не были достаточно убедительными и надежными. Но спустя несколько лет превращение азота удалось наблюдать в камере Вильсона. Примерно одна -частица на каждые 50 000 -частиц, испущенных радиоактивным препаратом в камере, захватывается ядром азота, что и приводит к испусканию протона. При этом ядро азота превращается в ядро изотопа кислорода :

На рисунке 13.9 показана одна из фотографий этого процесса. Слева видна характерная «вилка» - разветвление трека. Жирный след принадлежит ядру кислорода, а тонкий - протону. Остальные -частицы не претерпевают столкновений с ядрами, и их треки прямолинейны. Другими исследователями были обнаружены превращения под влиянием -частиц ядер фтора, натрия, алюминия и др., сопровождающиеся испусканием протонов. Ядра тяжелых элементов, находящихся в конце периодической системы, не испытывали превращений. Очевидно, из-за большого электрического (положительного) заряда -частица не могла приблизиться к ядру вплотную.

1 Сцинтилляция - вспышка происходящая при попадании частиц на поверхность, покрытую слоем специального веществаа, например слоем сульфида цинка.

Жолио-Кюри Фредерик (1900-1958) - французский ученый и прогрессивный общественный деятель. Совместно с женой Ирен открыл в 1934 г. искусственную радиоактивность. Большое значение для открытия нейтронов имели работы супругов Кюри по исследованию излучения бериллия под действием -частиц. С сотрудниками в 1939 г. впервые определил среднее число нейтронов, вылетающих при делении ядра атома урана, и показал принципиальную возможность цепной ядерной реакции с освобождением энергии .

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

При бомбардировке бериллия -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 -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 -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 (схема опыта приведена на рисунке 13.10) супруги Жолио-Кюри обнаружили эти протоны и по длине пробега оценили их энергию. По их данным, если протоны ускорялись в результате столкновения с -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 -квантов, способных сообщать ядрам азота скорость , которая обнаруживалась в этих наблюдениях, должна была составлять 90 МэВ. Аналогичные лее наблюдения в камере Вильсона треков ядер аргона привезли к выводу, что энергия этих гипотетических -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 -кванты обладали различной энергией.

Стало очевидным, что предположение об излучении бериллием -квантов, т. е. безмассовых частиц, несостоятельно. Из бериллия под действием -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 -частиц в ядра бериллия происходит следующая реакция:

Здесь - символ нейтрона; его заряд равен нулю, а относительная масса - примерно единице».

Нейтрон - нестабильная частица: свбодный нейтрон за время около 15 мин распадается на протон, электрон и нейтрино - безмассовую нейтральную частицу.

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

Объясните, почему при центральном столкновении с протоном нейтрон передает ему всю энергию, а при столкновении с ядром азота - только ее часть.

Мякишев Г. Я., Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. В. Буховцев, В. М. Чаругин; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. - 17-е изд., перераб. и доп. - М. : Просвещение, 2008. - 399 с: ил.

Календарно-тематическое планирование по физике, видео по физике онлайн , Физика и астрономия в школе скачать

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки