اكتشاف البروتون. اكتشاف النيوترون. اكتشاف البروتون والنيوترون واكتشاف البروتون الذي

إرسال عملك الجيد في قاعدة المعرفة أمر بسيط. استخدم النموذج أدناه

سيكون الطلاب وطلاب الدراسات العليا والعلماء الشباب الذين يستخدمون قاعدة المعرفة في دراساتهم وعملهم ممتنين جدًا لك.

استضافت في http://www.allbest.ru/

الوكالة الفيدرالية للنقل البحري والنهري

FSBEI HPE "GUMRF سميت باسم Admiral S.O. ماكاروف "

معهد القطب الشمالي البحري الذي سمي على اسم ف. فورونينا - فرع

ميزانية الدولة الاتحادية

مؤسسة تعليمية للتعليم المهني العالي

"جامعة ولاية البحر ونهر الأسطول

سمي على اسم الأدميرال S.O. ماكاروف "

(سمي معهد القطب الشمالي البحري على اسم VORonin - فرع

FSBEI HPE "GUMRF سميت باسم Admiral S.O. ماكاروف ")

180403.51 الملاحة

تعليم بدوام جزئي 1 دورة

مقال

"اكتشاف النيوترون"

كاديت سميرنوف S.V. أكمل ودافع عن مقال بتقييم ___ بتاريخ __.__ 2014

2014

نيوترون

ماذا نعرف عن النيوترون؟

النيوترومن (من اللاتينية المحايدة - لا أحد ولا الآخر) هو جسيم أولي ثقيل لا يحتوي على شحنة كهربائية. النيوترون هو فرميون وينتمي إلى فئة الباريونات. النيوترونات (مع البروتونات) هي أحد المكونين الرئيسيين للنواة الذرية ؛ الاسم الشائع للبروتونات والنيوترونات هو النيوكليونات.

اكتشاف النيوترون

في عام 1930 ، أظهر كل من V.A Ambartsumyan و D.D. Ivanenko أن النواة لا يمكن أن تتكون ، كما كان يعتقد في ذلك الوقت ، من البروتونات والإلكترونات ، وأن الإلكترونات المنبعثة من النواة أثناء تحلل بيتا تولد في لحظة الاضمحلال ، وذلك بالإضافة إلى البروتونات ، يجب أن تكون بعض الجسيمات المحايدة موجودة في النواة.

في عام 1930 ، اكتشف والتر بوث وج. بيكر ، العاملان في ألمانيا ، أنه إذا اصطدمت جسيمات ألفا عالية الطاقة المنبعثة من البولونيوم 210 ببعض العناصر الخفيفة ، وخاصة البريليوم أو الليثيوم ، فإن الإشعاع يتشكل بقوة اختراق عالية بشكل غير عادي. في البداية كان يعتقد أن هذا هو إشعاع غاما ، ولكن اتضح أن له قوة اختراق أكبر بكثير من جميع أشعة جاما المعروفة ، ولا يمكن تفسير نتائج التجربة بهذه الطريقة. تم تقديم مساهمة مهمة في عام 1932 من قبل إيرين وفريدريك جوليو كوري. أظهروا أنه إذا أصاب هذا الإشعاع غير المعروف البارافين أو أي مركب آخر غني بالهيدروجين ، يتم إنتاج بروتونات عالية الطاقة. في حد ذاته ، هذا لا يتعارض مع أي شيء ، لكن النتائج العددية أدت إلى تناقضات في النظرية. في وقت لاحق من نفس العام 1932 ، أجرى الفيزيائي الإنجليزي جيمس تشادويك سلسلة من التجارب أظهر فيها أن فرضية أشعة جاما لا يمكن الدفاع عنها. اقترح أن هذا الإشعاع يتكون من جسيمات غير مشحونة بكتلة قريبة من كتلة البروتون ، وأجرى سلسلة من التجارب التي أكدت هذه الفرضية. تمت تسمية هذه الجسيمات غير المشحونة بالنيوترونات من الجذر اللاتيني المحايد ولاحقة الجسيمات المعتادة على (هو). في نفس العام 1932 ، اقترح د.د.إيفانينكو ثم و. هايزنبرغ أن النواة الذرية تتكون من البروتونات والنيوترونات.

جيمس شادويك

ولد الفيزيائي الإنجليزي جيمس تشادويك في بولينجتون بالقرب من مانشستر. كان الابن الأكبر لأربعة أطفال لجون جوزيف تشادويك ، صاحب مغسلة ، وآن ماري (نولز) تشادويك. بعد تخرجه من المدرسة الابتدائية المحلية ، التحق بمدرسة مانشستر البلدية الثانوية ، حيث برع في الرياضيات. في عام 1908 ، التحق تشادويك بجامعة مانشستر ، بهدف دراسة الرياضيات ، ولكن بسبب سوء الفهم ، تمت مقابلته في الفيزياء. كان متواضعًا جدًا لدرجة أنه لا يشير إلى خطأ ، فقد استمع بعناية للأسئلة التي طُرحت عليه وقرر تغيير تخصصه. بعد ثلاث سنوات تخرج من الجامعة بمرتبة الشرف في الفيزياء.

في عام 1911 بدأ تشادويك العمل بعد التخرج تحت إشراف إرنست رذرفورد في مختبر مانشستر الفيزيائي. في هذا الوقت كانت التجارب التي أجريت على تشتت جسيمات ألفا (التي كانت تعتبر ذرات هيليوم مشحونة) مرت عبر رقاقة معدنية رفيعة قادت رذرفورد إلى افتراض أن الكتلة الكاملة للذرة تتركز في نواة كثيفة موجبة الشحنة تحيط بها. بواسطة الإلكترونات سالبة الشحنة ، والتي ، كما هو معروف ، لها كتلة صغيرة نسبيًا. حصل تشادويك على درجة الماجستير من مانشستر عام 1913 ، وفي نفس العام ، في منحة دراسية ، ذهب إلى ألمانيا لدراسة النشاط الإشعاعي تحت إشراف هانز جيجر (مساعد سابق لروذرفورد) في معهد الدولة للفيزياء والتكنولوجيا في برلين. عندما اندلعت الحرب العالمية الأولى في عام 1914 ، تم اعتقال تشادويك كمواطن إنجليزي وقضى أكثر من 4 سنوات في معسكر مدني في روليبن. على الرغم من أن تشادويك عانى من ظروف قاسية قوضت صحته ، فقد شارك في المجتمع المتعلم الذي أنشأه رفاقه الذين يعانون. تلقت أنشطة هذه المجموعة دعمًا من بعض العلماء الألمان ، بما في ذلك والتر نيرنست ، الذي التقى به تشادويك أثناء فترة تدريبه.

اكتشاف تشادويك

الجسيمات النيوترونية تشادويك ألفا

عاد تشادويك إلى مانشستر في عام 1919. قبل ذلك بوقت قصير ، اكتشف رذرفورد أن القصف بجزيئات ألفا (التي تُعتبر الآن نوى الهيليوم) يمكن أن يتسبب في تحلل ذرة النيتروجين إلى نوى أخف من عناصر أخرى. بعد بضعة أشهر ، تم اختيار رذرفورد ليكون مديرًا لمختبر كافنديش في جامعة كامبريدج ، ودعا تشادويك لمتابعته. حصل تشادويك على زمالة والستون في كلية جونفيل وكايوس بكامبريدج ، وكان قادرًا على العمل مع رذرفورد بينما كان يواصل تجاربه على جسيمات ألفا. ووجدوا أن قصف النوى غالبًا ما ينتج ما يبدو أنه نوى الهيدروجين ، أخف العناصر. حملت نواة الهيدروجين شحنة موجبة تساوي في الحجم الشحنة السالبة للإلكترون المقابل ، ولكن كانت كتلتها أكبر 2000 مرة من كتلة الإلكترون. أطلق عليها رذرفورد لاحقًا اسم البروتون. أصبح من الواضح أن الذرة ككل كانت متعادلة كهربائيًا ، لأن عدد البروتونات في نواتها كان مساويًا لعدد الإلكترونات المحيطة بالنواة. ومع ذلك ، فإن هذا العدد من البروتونات لا يتفق مع كتلة الذرات ، باستثناء أبسط حالة من الهيدروجين. لحل هذا التناقض ، اقترح رذرفورد في عام 1920 فكرة أن النوى يمكن أن تحتوي على جسيمات متعادلة كهربائيًا ، والتي أطلق عليها فيما بعد النيوترونات ، والتي تكونت من اتحاد إلكترون وبروتون. كان الرأي المعارض هو أن الذرات تحتوي على إلكترونات خارج النواة وداخلها ، وأن الشحنة السالبة للإلكترونات النووية تلغي ببساطة بعض الشحنة الموجودة على البروتونات. عندها ستقدم بروتونات النواة مساهمة كاملة في الكتلة الكلية للذرة ، وستكون شحنتها الكلية مثل معادلة شحنة الإلكترونات المحيطة بالنواة. على الرغم من احترام اقتراح رذرفورد بوجود جسيم محايد ، لم يكن هناك حتى الآن تأكيد تجريبي لهذه الفكرة.

حصل تشادويك على درجة الدكتوراه في الفيزياء من كامبريدج عام 1921 وانتخب زميلًا في كلية جونفيل وكايوس. بعد ذلك بعامين أصبح نائب مدير مختبر كافنديش. حتى نهاية العشرينات. لقد حقق في الظواهر الذرية مثل التحلل الاصطناعي لنواة العناصر الخفيفة تحت تأثير القصف بجسيمات ألفا والانبعاث التلقائي لجسيمات بيتا (الإلكترونات). في عملية هذا العمل ، فكر في كيفية تأكيد وجود جسيم رذرفورد المحايد ، لكن الدراسات الحاسمة التي جعلت من الممكن القيام بذلك تم إجراؤها في ألمانيا وفرنسا.

في عام 1930 ، اكتشف الفيزيائيان الألمانيان والتر بوث وهانس بيكر أنه عندما تم قصف عناصر ضوئية معينة بجزيئات ألفا ، ظهر إشعاع له قوة اختراق خاصة ، ظنوا خطأ أنه أشعة جاما. عرفت أشعة جاما لأول مرة بالإشعاع المتولد عن النوى المشعة. كانت أكثر اختراقًا من الأشعة السينية لأن طولها الموجي أقصر. ومع ذلك ، كانت بعض النتائج محيرة ، خاصة عند استخدام البريليوم كهدف للقصف. في هذه الحالة ، كان للإشعاع في اتجاه التدفق الساقط لجسيمات ألفا قوة اختراق أكبر من الإشعاع العكسي. اقترح تشادويك أن البريليوم ينبعث منه تيار من الجسيمات المحايدة بدلاً من أشعة جاما. في عام 1932 ، قام الفيزيائيان الفرنسيان فريديريك جوليو وإيرين جوليو كوري ، أثناء دراسة القوة المخترقة لإشعاع البريليوم ، بوضع مواد ماصة مختلفة بين البريليوم المقصف وغرفة التأين التي تعمل كمسجل إشعاع. عندما أخذوا البارافين (مادة غنية بالهيدروجين) كممتص ، وجدوا زيادة ، وليس نقصًا ، في الإشعاع الصادر من البارافين. قادهم التحقق إلى استنتاج مفاده أن الزيادة في الإشعاع مرتبطة بالبروتونات (نوى الهيدروجين) التي خرجت من البارافين باختراق الإشعاع. اقترحوا أن البروتونات تتعطل عن طريق الاصطدام بالكميات (وحدات الطاقة المنفصلة) لإشعاع غاما القوي بشكل غير عادي ، على غرار الطريقة التي يتم بها إخراج الإلكترونات عندما تصطدم بالأشعة السينية (تأثير كومبتون) في تجربة ابتكرها آرثر إتش. كومبتون.

سرعان ما كرر تشادويك التجربة التي أجراها الزوجان الفرنسيان ووسعها ، ووجد أن صفيحة الرصاص السميكة لم يكن لها أي تأثير ملحوظ على إشعاع البريليوم ، دون تخفيفه أو توليد إشعاع ثانوي ، مما يدل على قدرتها العالية على الاختراق. ومع ذلك ، أعطى البارافين مرة أخرى تدفقًا إضافيًا للبروتونات السريعة. أجرى تشادويك اختبارًا أكد أنها كانت بالفعل بروتونات وحدد طاقتها. ثم أظهر أنه بكل المقاييس ، من غير المحتمل للغاية أن تصطدم جسيمات ألفا بالبريليوم بأشعة جاما مع طاقة كافية لإخراج البروتونات من البارافين بهذه السرعة. لذلك تخلى عن فكرة أشعة جاما وركز على فرضية النيوترون. بعد قبول وجود النيوترون ، أظهر أنه نتيجة لالتقاط نواة البريليوم لجسيم ألفا ، يمكن تكوين نواة عنصر الكربون ، ويتم إطلاق نيوترون واحد. فعل الشيء نفسه مع البورون ، وهو عنصر آخر أنتج إشعاعًا مخترقًا عند قصفه بأشعة ألفا. يتحد جسيم ألفا ونواة البورون لتشكيل نواة نيتروجين ونيوترون. تنشأ قوة الاختراق العالية لتدفق النيوترون لأن النيوترون ليس لديه شحنة ، وبالتالي ، عندما يتحرك في المادة ، فإنه لا يتعرض لتأثير المجالات الكهربائية للذرات ، ولكنه يتفاعل مع النوى فقط في التصادمات المباشرة. يحتاج النيوترون أيضًا إلى طاقة أقل من أشعة جاما لإخراج البروتون ، نظرًا لأنه يتمتع بزخم أكبر من كمية الإشعاع الكهرومغناطيسي من نفس الطاقة. يمكن أن ترتبط حقيقة أن إشعاع البريليوم في الاتجاه الأمامي أكثر اختراقًا بالإشعاع التفضيلي للنيوترونات في اتجاه زخم تدفق جسيم ألفا الساقط.

أكد تشادويك أيضًا فرضية رذرفورد القائلة بأن كتلة النيوترون يجب أن تكون مساوية لكتلة البروتون من خلال تحليل تبادل الطاقة بين النيوترونات والبروتونات الخارجة من المادة ، كما لو كانت تصادمًا لكرات البلياردو. يعتبر تبادل الطاقة فعالاً بشكل خاص لأن كتلتها متماثلة تقريبًا. كما قام بتحليل مسارات ذرات النيتروجين التي تصطدم بالنيوترونات في غرفة التكثيف ، وهو جهاز اخترعه سي تي آر. ويلسون. يتكثف البخار الموجود في حجرة التكثيف على طول المسار المكهرب الذي يتركه الجسيم المؤين عندما يتفاعل مع جزيئات البخار. المسار مرئي ، على الرغم من أن الجسيم نفسه غير مرئي. بما أن النيوترون لا يتأين مباشرة ، فإن أثره غير مرئي. كان على تشادويك تحديد خصائص النيوترون من المسار المتبقي بعد الاصطدام بذرة النيتروجين. اتضح أن كتلة النيوترون أعلى بنسبة 1.1٪ من كتلة البروتون.

أكدت التجارب والحسابات التي أجراها فيزيائيون آخرون نتائج تشادويك ، وسرعان ما تم التعرف على وجود النيوترون. بعد ذلك بوقت قصير ، أظهر Werner Heisenberg أن النيوترون لا يمكن أن يكون مزيجًا من البروتون والإلكترون ، ولكنه جسيم نووي غير مشحون - الجسيم الثالث دون الذري أو الأولي الذي تم اكتشافه. أدى إثبات تشادويك عام 1932 على وجود النيوترون إلى تغيير صورة الذرة بشكل جذري ومهد الطريق لمزيد من الاكتشافات في الفيزياء. كان للنيوترون أيضًا استخدام عملي كمدمر للذرة: على عكس البروتون موجب الشحنة ، فإنه لا يتنافر عند الاقتراب من النواة.

اعتراف

"لاكتشاف النيوترون" حصل تشادويك على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1935. قال هانز بلييل من الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم في خطابه في حفل توزيع الجوائز: "لقد تم إثبات وجود النيوترون بشكل كامل ، ونتيجة لذلك توصل العلماء إلى مفهوم جديد لهيكل الذرة ، وهو ما يتفق بشكل أفضل مع توزيع الطاقة داخل النوى الذرية. أصبح من الواضح أن النيوترون يشكل إحدى اللبنات الأساسية التي تتكون منها الذرات والجزيئات ، ومن ثم الكون المادي بأكمله ".

انتقل تشادويك في عام 1935 إلى جامعة ليفربول لإنشاء مركز جديد لأبحاث الفيزياء النووية. في ليفربول ، أشرف على تحديث المعدات الجامعية وأشرف على بناء سيكلوترون ، وهي منشأة لتسريع الجسيمات المشحونة. عندما اندلعت الحرب العالمية الثانية في عام 1939 ، سألت الحكومة البريطانية تشادويك عما إذا كان من الممكن حدوث تفاعل نووي متسلسل ، وبدأ في التحقيق في هذا الاحتمال باستخدام سيكلوترون ليفربول. في العام التالي انضم إلى لجنة مودوف ، وهي مجموعة صغيرة مختارة من العلماء البريطانيين البارزين الذين توصلوا إلى استنتاجات متفائلة حول قدرة بريطانيا على صنع قنبلة ذرية ، وأصبح منسقًا لبرامج الأسلحة الذرية التجريبية في ليفربول وكامبردج وبريستول. لكن في وقت لاحق ، قررت بريطانيا الانضمام إلى برنامج الأسلحة النووية الأمريكي وأرسلت علماءها النوويين إلى الولايات المتحدة. من عام 1943 إلى عام 1945 ، نسق تشادويك جهود العلماء البريطانيين العاملين في مشروع مانهاتن (برنامج القنبلة الذرية السري).

عاد تشادويك إلى جامعة ليفربول في عام 1946. وبعد عامين تقاعد من الأوساط الأكاديمية النشطة ليصبح رئيسًا لكلية جونفيل وكايوس. في عام 1958 انتقل إلى شمال ويلز مع زوجته إيلين ، قبل أن يتزوج ستيوارت براون ، التي تزوجها عام 1925. وعادا إلى كامبريدج في عام 1969 ليكونا أقرب إلى ابنتيهما التوأمين. توفي تشادويك بعد 5 سنوات في كامبريدج.

بالإضافة إلى جائزة نوبل ، حصل تشادويك على ميدالية هيوز (1932) وميدالية كوبلي (1950) من الجمعية الملكية ، وميدالية استحقاق الحكومة الأمريكية (1946) ، وميدالية فرانكلين من معهد فرانكلين (1951) وجوثري. ميدالية معهد الفيزياء بلندن (1967). بعد حصوله على وسام نبيل عام 1945 ، حصل على درجات فخرية من 9 جامعات بريطانية وكان عضوًا في العديد من الجمعيات والأكاديميات العلمية في أوروبا والولايات المتحدة.

كتب مستخدمة

1. http://ru.wikipedia.org

2. http://hiroshima.scepsis.ru

استضافت على Allbest.ru

وثائق مماثلة

تطور فيزياء القرن العشرين. تجارب ريكي لاختبار الطبيعة غير الذرية للتيار في المعادن ، بيرين لتحديد كتل الجزيئات. تجارب E.Rutherford على تشتت جسيمات ألفا على ذرات العناصر الثقيلة. اكتشاف الموصلية الفائقة والسيولة الفائقة.

ورقة مصطلح ، تمت إضافة 01/10/2014


الجسيم الأولي هو جسيم بدون بنية داخلية ، أي لا يحتوي على جسيمات أخرى. تصنيف الجسيمات الأولية ورموزها وكتلتها. شحنة اللون ومبدأ باولي. الفرميونات هي الجسيمات الأساسية المكونة لجميع المواد وأنواعها.

عرض تقديمي ، تمت إضافة 2012/05/27


خواص كل الجسيمات الأولية. توصيل البروتونات والنيوترونات في نوى الذرة. تصنيف الجسيمات الأولية. قيمة الفرق بين كتلة النيوترون والبروتون. تفاعلات الجاذبية للنيوترونات. القيمة التجريبية لعمر الميون.

الملخص ، تمت الإضافة في 12/20/2011


رسم موجز للحياة والتطور الشخصي والإبداعي لعالم الفيزياء الإنجليزي العظيم مايكل فاراداي. بحث فاراداي في مجال الكهرومغناطيسية واكتشافه لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي ، صياغة القانون. تجارب بالكهرباء.

الملخص ، تمت الإضافة في 04/23/2009


تجربة رذرفورد. دراسة تركيب الذرة. قياس المقطع العرضي التفاضلي. تكوين النواة الذرية. طرق قياس حجم النوى وتوزيع الكتلة فيها. خصائص البروتون والنيوترون والإلكترون. الطابع الموتر لتفاعل النيوكليونات.

عرض تقديمي ، تمت الإضافة بتاريخ 06/21/2016


خصائص كاشفات تفريغ الغاز للإشعاع النووي (غرف التأين ، العدادات النسبية ، عدادات جيجر مولر). فيزياء العمليات التي تحدث في العدادات أثناء تسجيل الجسيمات النووية. تحليل عمل عداد جيجر مولر.

العمل المخبري ، تمت إضافة 11/24/2010


التفاعلات الجسدية الأساسية. الجاذبية. الكهرومغناطيسية. تفاعل ضعيف. مشكلة وحدة الفيزياء. تصنيف الجسيمات الأولية. خصائص الجسيمات دون الذرية. لبتونات. هدرونس. الجسيمات حاملة للتفاعلات.

أطروحة تمت إضافة 05.02.2003


سعة نثر النيوترونات في وسط نووي ، مؤشرات انكسارها. اعتماد الاستقطاب وزاوية الدوران على المسافة التي يقطعها شعاع النيوترون. طاقة نيوترونية في وسط نووي. الحصول على تعبير عن المجال المغناطيسي الكاذب النووي.

ورقة مصطلح ، تمت الإضافة في 07/23/2010


تكوين التيار الكهربائي ووجود وحركة وتفاعل الجسيمات المشحونة. نظرية ظهور الكهرباء عند ملامسة معدنين مختلفين ، إنشاء مصدر للتيار الكهربائي ، دراسة تأثير التيار الكهربائي.

عرض تقديمي ، تمت إضافة 01/28/2011


حياة إسحاق نيوتن - عالم رياضيات وفيزيائي وفلكي إنجليزي. التعليم والأستاذية في جامعة كامبريدج. تجارب في البصريات ، اختراع التلسكوب العاكس. الاكتشافات في مجال الميكانيكا والرياضيات.

عندما يتم قصف البريليوم بجسيمات ألفا المنبعثة من البولونيوم المشع ، ينشأ إشعاع قوي اختراق يمكنه التغلب على عقبة مثل طبقة من الرصاص 10-20 سم. لوحظ هذا الإشعاع في وقت واحد تقريبًا مع تشادويك من قبل زوجي جوليو كوري إيرين وفريدريك (إيرين ابنة ماري وبيير كوري) ، لكنهم اقترحوا أن هذه أشعة جاما عالية الطاقة. ووجدوا أنه إذا تم وضع صفيحة البارافين في مسار إشعاع البريليوم ، فإن القوة المؤينة لهذا الإشعاع تزداد بشكل حاد. لقد أثبتوا أن إشعاع البريليوم يزيل البروتونات من البارافين ، والتي توجد بكميات كبيرة في هذه المادة المحتوية على الهيدروجين. بناءً على المسار الحر للبروتونات في الهواء ، قدّروا طاقة γ-quanta القادرة على نقل السرعة اللازمة للبروتونات في حالة الاصطدام. اتضح أنه ضخم - حوالي 50 MeV.

لاحظ ج. تشادويك في تجاربه مسارات نوى النيتروجين في الغرفة السحابية التي تعرضت لتصادم مع إشعاع البريليوم. على أساس هذه التجارب ، قام بتقدير طاقة γ-quantum ، القادرة على إعلام نوى النيتروجين بالسرعة التي لوحظت في التجربة. اتضح أنها تساوي 100-150 MeV. مثل هذه الطاقة الضخمة لا يمكن أن تحتوي على كوانتا بيتا المنبعثة من البريليوم. على هذا الأساس ، خلص تشادويك إلى أنه من البريليوم ، وتحت تأثير جسيمات ألفا ، لا تتطاير عديمة الكتلة ، بل جزيئات ثقيلة. نظرًا لأن هذه الجسيمات كانت شديدة الاختراق ولم تؤين الغاز بشكل مباشر في عداد جيجر ، فقد كانت بالتالي محايدة كهربائيًا. وهكذا ، تم إثبات وجود النيوترون ، وهو جسيم تنبأ به رذرفورد قبل أكثر من 10 سنوات من تجارب تشادويك.

الهيدروجين ، العنصر الذي يحتوي على أبسط بنية. لها شحنة موجبة وعمر غير محدود تقريبًا. إنه الجسيم الأكثر استقرارًا في الكون. البروتونات التي تشكلت نتيجة الانفجار العظيم لم تتحلل بعد. كتلة البروتون 1.627 * 10-27 كجم أو 938.272 فولت. في كثير من الأحيان يتم التعبير عن هذه القيمة في الإلكترون فولت.

تم اكتشاف البروتون من قبل "أب" الفيزياء النووية إرنست رذرفورد. طرح فرضية أن نوى ذرات جميع العناصر الكيميائية تتكون من البروتونات ، لأنها في الكتلة تتجاوز نواة ذرة الهيدروجين بعدد صحيح من المرات. أعد رذرفورد تجربة مثيرة للاهتمام. في ذلك الوقت ، تم بالفعل اكتشاف النشاط الإشعاعي الطبيعي لبعض العناصر. باستخدام إشعاع ألفا (جسيمات ألفا هي نوى هيليوم ذات طاقات عالية) ، قام العالم بإشعاع ذرات النيتروجين. نتيجة لهذا التفاعل ، انبعث جسيم. اقترح رذرفورد أنه كان بروتونًا. أكدت التجارب الإضافية في غرفة ويلسون الفقاعية افتراضه. لذلك في عام 1913 تم اكتشاف جسيم جديد ، لكن فرضية رذرفورد حول تكوين النواة تبين أنها لا يمكن الدفاع عنها.

اكتشاف النيوترون

وجد العالم العظيم خطأ في حساباته وطرح فرضية حول وجود جسيم آخر هو جزء من النواة وله نفس كتلة البروتون تقريبًا. تجريبيا ، لم يستطع اكتشافه.

تم القيام بذلك في عام 1932 من قبل العالم الإنجليزي جيمس تشادويك. أجرى تجربة قصف خلالها ذرات البريليوم بجزيئات ألفا عالية الطاقة. نتيجة لتفاعل نووي ، طار جسيم من نواة البريليوم ، والذي سمي لاحقًا بالنيوترون. حصل تشادويك على جائزة نوبل لاكتشافه بعد ثلاث سنوات.

تختلف كتلة النيوترون اختلافًا طفيفًا عن كتلة البروتون (1.622 * 10-27 كجم) ، لكن هذا الجسيم ليس له شحنة. وبهذا المعنى ، فهو محايد وقادر في نفس الوقت على التسبب في انشطار النوى الثقيلة. بسبب نقص الشحنة ، يمكن للنيوترون أن يمر بسهولة عبر حاجز كولوم المحتمل المرتفع ويصبح جزءًا لا يتجزأ من بنية النواة.

للبروتون والنيوترون خصائص كمومية (يمكن أن تظهر خصائص الجسيمات والأمواج). يستخدم إشعاع النيوترون للأغراض الطبية. تسمح قوة الاختراق العالية لهذا الإشعاع بتأين الأورام العميقة والتكوينات الخبيثة الأخرى والكشف عنها. في هذه الحالة ، تكون طاقة الجسيمات صغيرة نسبيًا.

النيوترون ، على عكس البروتون ، هو جسيم غير مستقر. عمرها حوالي 900 ثانية. يتحلل إلى بروتون وإلكترون ونيوترينو إلكترون.

في عام 1920 ، تخمن رذرفورد حول وجود جسيم أولي محايد يتكون نتيجة اندماج إلكترون وبروتون. في الثلاثينيات ، تمت دعوة J. تشادويك إلى مختبر كافنديش لإجراء تجارب للكشف عن هذا الجسيم. أجريت التجارب على مدى سنوات عديدة. بمساعدة التفريغ الكهربائي من خلال الهيدروجين ، تم الحصول على البروتونات الحرة ، والتي تم قصف نوى العناصر المختلفة بها. كان الحساب هو أنه سيكون من الممكن إخراج الجسيم المطلوب من النواة وتدميرها ، وتسجيل أفعال الضربة القاضية بشكل غير مباشر من خلال مسارات البروتون والإلكترون المتحلل.

في عام 1930 ، بوث وبيكر أثناء التشعيع أ- وجدت جزيئات البريليوم إشعاعات ذات قدرة اختراق كبيرة. مرت أشعة غير معروفة عبر الرصاص والخرسانة والرمل وما إلى ذلك. في البداية ، كان من المفترض أن هذا هو إشعاع الأشعة السينية الصعب. لكن هذا الافتراض لم يصمد أمام التدقيق. عند ملاحظة أفعال الاصطدام النادرة مع النوى ، تلقت الأخيرة مثل هذا العائد الكبير ، لتفسير ذلك كان من الضروري افتراض طاقة عالية بشكل غير عادي لفوتونات الأشعة السينية.

قرر تشادويك أنه في تجارب بوث وبيكر ، كانت الجسيمات المحايدة التي كان يحاول اكتشافها تنبعث من البريليوم. كرر التجارب ، على أمل العثور على تسرب للجسيمات المحايدة ، ولكن دون جدوى. لم يتم العثور على المسارات. وضع تجاربه جانبا.

كان الدافع الحاسم لاستئناف تجاربه مقالًا نشرته إيرين وفريديريك جوليو كوري حول قدرة إشعاع البريليوم على إخراج البروتونات من البارافين (يناير 1932). مع الأخذ في الاعتبار نتائج جوليو كوري ، قام بتعديل تجارب بوث وبيكر. يظهر مخطط التثبيت الجديد في الشكل 30. تم الحصول على إشعاع البريليوم عن طريق التشتت أ- جزيئات على طبق من البريليوم. تم وضع كتلة بارافين في مسار الإشعاع. تم العثور على الإشعاع لإخراج البروتونات من البارافين.

نحن نعلم الآن أن إشعاع البريليوم هو تيار من النيوترونات. تكاد تكون كتلتها مساوية لكتلة البروتون ، لذلك تنقل النيوترونات معظم الطاقة إلى البروتونات التي تطير إلى الأمام. 5.3 ميغا إلكترون فولت. رفض تشادويك على الفور إمكانية تفسير خروج البروتونات من تأثير كومبتون ، لأنه في هذه الحالة كان من الضروري افتراض أن الفوتونات المتناثرة بواسطة البروتونات لديها طاقة تبلغ حوالي 50 ميغا إلكترون فولت(في ذلك الوقت لم تكن مصادر مثل هذه الفوتونات عالية الطاقة معروفة). لذلك ، خلص إلى أن التفاعل المرصود يحدث وفقًا للمخطط
تفاعل جوليوت كوري (2)

في هذه التجربة ، لم تُلاحظ النيوترونات الحرة فقط لأول مرة ، بل كانت أيضًا أول تحول نووي - إنتاج الكربون عن طريق اندماج الهيليوم والبريليوم.

مهمة 1.في تجربة تشادويك ، كان للبروتونات الخارجة من البارافين طاقة 5.3 ميغا إلكترون فولت. بيّن أنه من أجل اكتساب البروتونات لهذه الطاقة أثناء تشتت الفوتونات ، من الضروري أن تمتلك الفوتونات الطاقة 50 ميغا إلكترون فولت.

بعد اكتشاف أن المواد تتكون من جزيئات ، وتلك بدورها من الذرات ، ظهر سؤال جديد أمام الفيزيائيين. كان من الضروري إنشاء بنية الذرات - ما تتكون منها. كما تولى طلابه حل هذه المهمة الصعبة. تم اكتشاف البروتون والنيوترون بواسطتهم في بداية القرن الماضي

كان لدى E.Rutherford بالفعل افتراضات بأن الذرة تتكون من نواة وإلكترونات تدور حولها بسرعة كبيرة. لكن ما تتكون منه نواة الذرة لم يكن واضحًا تمامًا. اقترح E.Rutherford الفرضية القائلة بأن النواة الذرية لأي عنصر كيميائي يجب أن تحتوي على نواة

في وقت لاحق تم إثبات ذلك من خلال سلسلة من التجارب ، ونتيجة لذلك تم اكتشاف البروتون. كان جوهر تجارب E.Rutherford التجريبية هو أن ذرات النيتروجين قُصفت بإشعاع ألفا ، وبمساعدة بعض الجسيمات تم إخراجها من نواة النيتروجين الذرية.

تم تسجيل هذه العملية على فيلم حساس للضوء. ومع ذلك ، كان التوهج ضعيفًا للغاية ، وكانت حساسية الفيلم منخفضة أيضًا ، لذلك اقترح إي. رذرفورد أن يظل طلابه ، قبل بدء التجربة ، في غرفة مظلمة لعدة ساعات متتالية حتى تتمكن أعينهم من الرؤية بالكاد إشارات ضوئية ملحوظة.

في هذه التجربة ، تم تحديد من مسارات الضوء المميزة أن الجسيمات التي تم التخلص منها كانت نوى ذرات الهيدروجين والأكسجين. وجدت فرضية إي. رذرفورد ، التي قادته إلى اكتشاف البروتون ، تأكيدًا رائعًا.

اقترح E.Rutherford تسمية هذا الجسيم بالبروتون (مترجم من اليونانية ، "protos" تعني الأول). في الوقت نفسه ، يجب أن يكون مفهوماً أن النواة الذرية للهيدروجين لها بنية لا يوجد بها سوى بروتون واحد. هذه هي الطريقة التي تم بها اكتشاف البروتون.

لها شحنة كهربائية موجبة. في هذه الحالة ، من الناحية الكمية ، تساوي شحنة الإلكترون ، فقط الإشارة تكون معاكسة. وهذا يعني أنه يبدو أن البروتون والإلكترون يوازنان بعضهما البعض. لذلك ، فإن جميع الأجسام ، نظرًا لأنها تتكون من ذرات ، ليست مشحونة في البداية ، ولكنها تتلقى شحنة كهربائية عندما يبدأ المجال الكهربائي في التأثير عليها. في بنية النوى الذرية لعناصر كيميائية مختلفة ، يمكن أن يكون هناك بروتونات أكثر من النواة الذرية للهيدروجين.

بعد اكتشاف البروتون ، بدأ العلماء يفهمون أن نواة ذرة عنصر كيميائي لا تتكون فقط من البروتونات ، لأنهم ، بإجراء تجارب فيزيائية مع نوى ذرة البريليوم ، وجدوا أن هناك أربع وحدات في النواة ، بينما كتلة النواة بشكل عام تسع وحدات. كان من المنطقي أن نفترض أن خمس وحدات أخرى من الكتلة تنتمي إلى بعض الجسيمات غير المعروفة التي لا تحتوي على شحنة كهربائية ، وإلا فإن توازن الإلكترون والبروتون سينتهك.

أجرى طالبًا من إ. رذرفورد تجارب وكان قادرًا على اكتشاف الجسيمات الأولية التي طارت من النواة الذرية للبريليوم عندما تم قصفها بإشعاع ألفا. اتضح أنه ليس لديهم أي شحنة كهربائية. تم اكتشاف عدم وجود شحنة بسبب حقيقة أن هذه الجسيمات لم تتفاعل معها ، ثم تبين أنه تم اكتشاف عنصر مفقود في بنية النواة الذرية.

هذا الجسيم الذي اكتشفه د.تشادويك كان يسمى نيوترون. اتضح أن لها نفس كتلة البروتون ، ولكن ، كما ذكرنا سابقًا ، لا تحتوي على أي شحنة كهربائية.

بالإضافة إلى ذلك ، تم التأكيد تجريبيًا على أن عدد البروتونات والنيوترونات يساوي العدد الترتيبي للعنصر الكيميائي في النظام الدوري.

في الكون ، يمكن للمرء أن يلاحظ أشياء مثل النجوم النيوترونية ، والتي غالبًا ما تكون المرحلة الأخيرة في تطور النجوم. هذه النجوم النيوترونية كثيفة للغاية.