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"entdeckung des neutrons"

Kadett Smirnov S.V. eine Hausarbeit mit Gutachten vom ___ vom __.__ 2014 abgeschlossen und verteidigt

2014

Neutron

Was wissen wir über das Neutron?

Neutromn (vom lateinischen Neutrum - weder das eine noch das andere) ist ein schweres Elementarteilchen, das keine elektrische Ladung hat. Das Neutron ist ein Fermion und gehört zur Klasse der Baryonen. Neutronen (zusammen mit Protonen) sind einer der beiden Hauptbestandteile von Atomkernen; der gebräuchliche Name für Protonen und Neutronen ist Nukleonen.

Entdeckung des Neutrons

1930 zeigten V. A. Ambartsumyan und D. D. Ivanenko, dass der Kern nicht, wie damals angenommen, aus Protonen und Elektronen bestehen kann, dass Elektronen, die während des Beta-Zerfalls vom Kern emittiert werden, im Moment des Zerfalls geboren werden, und das zusätzlich zu Protonen , müssen einige neutrale Teilchen im Kern vorhanden sein.

1930 entdeckten Walter Bothe und G. Becker, die in Deutschland arbeiteten, dass, wenn hochenergetische Alpha-Teilchen, die von Polonium-210 emittiert werden, auf einige leichte Elemente, insbesondere Beryllium oder Lithium, treffen, Strahlung mit ungewöhnlich hoher Durchschlagskraft entsteht. Zuerst glaubte man, es handele sich um Gammastrahlung, aber es stellte sich heraus, dass sie eine viel größere Durchdringungskraft hat als alle bekannten Gammastrahlen, und die Ergebnisse des Experiments können so nicht interpretiert werden. Einen wichtigen Beitrag leisteten 1932 Irene und Frederic Joliot-Curie. Sie zeigten, dass hochenergetische Protonen entstehen, wenn diese unbekannte Strahlung auf Paraffin oder eine andere wasserstoffreiche Verbindung trifft. Das widersprach an sich nichts, aber die numerischen Ergebnisse führten zu Widersprüchen in der Theorie. Später im selben Jahr 1932 führte der englische Physiker James Chadwick eine Reihe von Experimenten durch, in denen er zeigte, dass die Gammastrahlen-Hypothese unhaltbar war. Er schlug vor, dass diese Strahlung aus ungeladenen Teilchen mit einer Masse nahe der eines Protons besteht, und führte eine Reihe von Experimenten durch, die diese Hypothese bestätigten. Diese ungeladenen Teilchen wurden Neutronen genannt, abgeleitet von der lateinischen Wurzel neutral und dem üblichen Teilchensuffix on (he). Im selben Jahr 1932 schlugen D. D. Ivanenko und dann W. Heisenberg vor, dass der Atomkern aus Protonen und Neutronen besteht.

JAMES CHADWICK

Der englische Physiker James Chadwick wurde in Bollington bei Manchester geboren. Er war das älteste von vier Kindern von John Joseph Chadwick, einem Wäschereibesitzer, und Anne Mary (Knowles) Chadwick. Nach seinem Abschluss an der örtlichen Grundschule trat er in die Manchester Municipal High School ein, wo er sich in Mathematik auszeichnete. 1908 trat Chadwick in die Universität von Manchester ein, um Mathematik zu studieren, wurde aber aufgrund eines Missverständnisses in Physik interviewt. Zu bescheiden, um auf einen Fehler hinzuweisen, hörte er sich die Fragen, die ihm gestellt wurden, genau an und beschloss, sein Fach zu wechseln. Drei Jahre später schloss er die Universität mit Auszeichnung in Physik ab.

1911 begann Chadwick eine postgraduale Arbeit bei Ernest Rutherford am Manchester Physical Laboratory. Zu dieser Zeit führten Experimente zur Streuung von Alpha-Teilchen (die als geladene Heliumatome angesehen wurden) durch eine dünne Metallfolie, Rutherford zu der Annahme, dass die gesamte Masse des Atoms in einem dichten, positiv geladenen Kern konzentriert ist, der umgeben ist durch negativ geladene Elektronen, die bekanntlich eine relativ kleine Masse haben. Chadwick erhielt seinen Master-Abschluss 1913 in Manchester und ging im selben Jahr mit einem Stipendium nach Deutschland, um Radioaktivität bei Hans Geiger (einem ehemaligen Assistenten von Rutherford) an der Staatsanstalt für Physik und Technologie in Berlin zu studieren. Als 1914 der Erste Weltkrieg ausbrach, wurde Chadwick als englischer Staatsbürger interniert und verbrachte mehr als 4 Jahre in einem Zivillager in Rouleben. Obwohl Chadwick unter harten Bedingungen litt, die seine Gesundheit untergruben, nahm er an der gelehrten Gesellschaft teil, die von seinen Leidensgenossen geschaffen wurde. Die Aktivitäten dieser Gruppe wurden von einigen deutschen Wissenschaftlern unterstützt, darunter Walter Nernst, den Chadwick während seiner Internierung kennengelernt hatte.

Chadwicks Entdeckung

Neutronenteilchen chadwick alpha

Chadwick kehrte 1919 nach Manchester zurück. Kurz zuvor hatte Rutherford entdeckt, dass ein Beschuss mit Alphateilchen (heute als Heliumkerne bezeichnet) das Stickstoffatom in leichtere Kerne anderer Elemente zerfallen lassen konnte. Ein paar Monate später wurde Rutherford zum Direktor des Cavendish Laboratory an der University of Cambridge gewählt, und er lud Chadwick ein, ihm zu folgen. Chadwick erhielt ein Walleston Fellowship am Gonville and Caius College, Cambridge, und konnte mit Rutherford zusammenarbeiten, während er seine Experimente mit Alphateilchen fortsetzte. Sie fanden heraus, dass der Beschuss von Atomkernen oft scheinbar Kerne von Wasserstoff, dem leichtesten der Elemente, erzeugt. Der Wasserstoffkern trug eine positive Ladung in der Größenordnung der negativen Ladung des entsprechenden Elektrons, hatte aber eine Masse, die ungefähr 2.000 Mal größer war als die Masse eines Elektrons. Rutherford nannte es später das Proton. Es wurde deutlich, dass das Atom als Ganzes elektrisch neutral ist, da die Anzahl der Protonen in seinem Kern gleich der Anzahl der Elektronen ist, die den Kern umgeben. Diese Anzahl von Protonen stimmte jedoch nicht mit der Masse von Atomen überein, außer im einfachsten Fall von Wasserstoff. Um diese Diskrepanz aufzulösen, schlug Rutherford 1920 vor, Kerne könnten elektrisch neutrale Teilchen enthalten, die er später Neutronen nannte und die durch die Vereinigung eines Elektrons und eines Protons gebildet wurden. Die entgegengesetzte Ansicht war, dass Atome sowohl außerhalb als auch innerhalb des Kerns Elektronen enthalten und dass die negative Ladung der Kernelektronen einfach einen Teil der Ladung der Protonen aufhebt. Dann würden die Protonen des Kerns einen Gesamtbeitrag zur Gesamtmasse des Atoms leisten, und ihre Gesamtladung wäre gerade so groß, dass sie die Ladung der den Kern umgebenden Elektronen neutralisiert. Obwohl Rutherfords Vorschlag, dass es ein neutrales Teilchen gibt, respektiert wurde, gab es immer noch keine experimentelle Bestätigung dieser Idee.

Chadwick promovierte 1921 in Physik in Cambridge und wurde zum Fellow des Gonville and Caius College gewählt. Zwei Jahre später wurde er stellvertretender Direktor des Cavendish Laboratory. Bis Ende der 20er Jahre. Er untersuchte atomare Phänomene wie den künstlichen Zerfall der Kerne leichter Elemente unter Einwirkung von Alpha-Teilchen und die spontane Emission von Beta-Teilchen (Elektronen). Im Verlauf dieser Arbeit überlegte er, wie die Existenz des Rutherford-Neutralteilchens bestätigt werden könnte, aber die entscheidenden Studien, die dies ermöglichten, wurden in Deutschland und Frankreich durchgeführt.

1930 entdeckten die deutschen Physiker Walter Bothe und Hans Becker, dass beim Beschuss bestimmter leichter Elemente mit Alphateilchen Strahlung mit besonderer Durchdringungskraft entstand, die sie mit Gammastrahlen verwechselten. Gammastrahlen wurden zuerst als Strahlung bekannt, die von radioaktiven Kernen erzeugt wird. Sie waren durchdringender als Röntgenstrahlen, weil sie eine kürzere Wellenlänge haben. Einige der Ergebnisse waren jedoch rätselhaft, insbesondere wenn Beryllium als Bombardierungsziel verwendet wurde. In diesem Fall hatte die Strahlung in Richtung des einströmenden Alpha-Teilchens eine größere Durchdringungskraft als die umgekehrte Strahlung. Chadwick schlug vor, dass Beryllium eher einen Strom neutraler Teilchen als Gammastrahlen aussendet. Während die französischen Physiker Frédéric Joliot und Irene Joliot-Curie 1932 die Durchdringungskraft der Berylliumstrahlung untersuchten, platzierten sie verschiedene absorbierende Materialien zwischen bombardiertem Beryllium und einer Ionisationskammer, die als Strahlungsrekorder fungierte. Als sie Paraffin (eine wasserstoffreiche Substanz) als Absorber nahmen, stellten sie eine Zunahme, nicht eine Abnahme der aus dem Paraffin austretenden Strahlung fest. Die Überprüfung führte sie zu dem Schluss, dass die Zunahme der Strahlung mit Protonen (Wasserstoffkernen) zusammenhängt, die durch eindringende Strahlung aus dem Paraffin herausgeschlagen werden. Sie schlugen vor, dass Protonen durch Kollisionen mit Quanten (diskrete Energieeinheiten) ungewöhnlich starker Gammastrahlung ausgeschlagen werden, ähnlich wie Elektronen ausgeschlagen werden, wenn sie mit Röntgenstrahlen kollidieren (der Compton-Effekt) in einem Experiment, das von Arthur H. Compton.

Chadwick wiederholte und erweiterte den von dem französischen Ehepaar durchgeführten Versuch schnell und stellte fest, dass eine dicke Bleiplatte keinen merklichen Einfluss auf die Strahlung von Beryllium hatte, ohne es zu schwächen oder Sekundärstrahlung zu erzeugen, was auf seine hohe Durchschlagskraft hinweist. Das Paraffin lieferte jedoch wiederum einen zusätzlichen Fluss schneller Protonen. Chadwick führte einen Test durch, der bestätigte, dass es sich tatsächlich um Protonen handelte, und bestimmte ihre Energie. Er zeigte dann, dass es absolut unwahrscheinlich ist, dass Alphateilchen, die mit Beryllium kollidieren, Gammastrahlen mit genügend Energie erzeugen können, um Protonen mit einer solchen Geschwindigkeit aus Paraffin herauszuschlagen. Also gab er die Idee der Gammastrahlen auf und konzentrierte sich auf die Neutronenhypothese. Nachdem er die Existenz des Neutrons akzeptiert hatte, zeigte er, dass durch das Einfangen eines Alpha-Teilchens durch einen Berylliumkern ein Kern des Elements Kohlenstoff gebildet werden kann und ein Neutron freigesetzt wird. Dasselbe tat er mit Bor, einem anderen Element, das durchdringende Strahlung erzeugte, wenn es mit Alphastrahlen bombardiert wurde. Ein Alphateilchen und ein Borkern verbinden sich zu einem Stickstoffkern und einem Neutron. Die hohe Durchdringungskraft des Neutronenflusses entsteht, weil das Neutron keine Ladung hat und daher bei der Bewegung in Materie nicht den Einfluss der elektrischen Felder von Atomen erfährt, sondern nur bei direkten Stößen mit Kernen wechselwirkt. Ein Neutron benötigt auch weniger Energie als ein Gammastrahl, um ein Proton auszuschalten, da es mehr Impuls hat als ein elektromagnetisches Strahlungsquant der gleichen Energie. Die Tatsache, dass die Strahlung von Beryllium in Vorwärtsrichtung durchdringender ist, kann mit der bevorzugten Strahlung von Neutronen in Richtung des Impulses des einfallenden Alpha-Teilchenflusses in Verbindung gebracht werden.

Chadwick bestätigte auch Rutherfords Hypothese, dass die Masse eines Neutrons gleich der Masse eines Protons sein muss, indem er den Energieaustausch zwischen Neutronen und aus Materie herausgeschlagenen Protonen analysierte, als wäre es eine Kollision von Billardkugeln. Der Energieaustausch ist besonders effizient, da ihre Massen nahezu gleich sind. Er analysierte auch die Spuren von Stickstoffatomen, die mit Neutronen in einer Kondensationskammer kollidieren, einem Gerät, das von C.T.R. Wilson. Der Dampf in der Kondensationskammer kondensiert entlang des elektrifizierten Pfades, den das ionisierende Teilchen verlässt, wenn es mit Dampfmolekülen interagiert. Die Spur ist sichtbar, obwohl das Partikel selbst unsichtbar ist. Da das Neutron nicht direkt ionisiert, ist seine Spur nicht sichtbar. Chadwick musste die Eigenschaften des Neutrons aus der Spur ermitteln, die nach der Kollision mit dem Stickstoffatom hinterlassen wurde. Es stellte sich heraus, dass die Masse des Neutrons um 1,1 % höher ist als die Masse des Protons.

Experimente und Berechnungen anderer Physiker bestätigten Chadwicks Ergebnisse, und die Existenz des Neutrons wurde schnell erkannt. Kurz darauf zeigte Werner Heisenberg, dass das Neutron keine Mischung aus einem Proton und einem Elektron sein kann, sondern ein ungeladenes Kernteilchen ist – das dritte subatomare oder Elementarteilchen, das entdeckt wurde. Chadwicks Beweis für die Existenz des Neutrons von 1932 veränderte das Bild des Atoms grundlegend und ebnete den Weg für weitere Entdeckungen in der Physik. Das Neutron hatte auch einen praktischen Nutzen als Zerstörer des Atoms: Anders als das positiv geladene Proton stößt es sich nicht ab, wenn es sich dem Kern nähert.

Geständnis

„Für die Entdeckung des Neutrons“ erhielt Chadwick 1935 den Nobelpreis für Physik. „Die Existenz des Neutrons ist vollständig nachgewiesen“, sagte Hans Pleyel von der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften in seiner Rede bei der Preisverleihung, „wodurch Wissenschaftler zu einem neuen Konzept der Struktur des Atoms gelangt sind, was besser mit der Energieverteilung innerhalb von Atomkernen übereinstimmt. Es wurde offensichtlich, dass das Neutron einen der Bausteine ​​bildet, aus denen Atome und Moleküle und damit das gesamte materielle Universum bestehen.“

Chadwick wechselte 1935 an die University of Liverpool, um dort ein neues Zentrum für kernphysikalische Forschung aufzubauen. In Liverpool beaufsichtigte er die Modernisierung der Universitätsausrüstung und beaufsichtigte den Bau eines Zyklotrons, einer Anlage zur Beschleunigung geladener Teilchen. Als 1939 der Zweite Weltkrieg ausbrach, fragte die britische Regierung Chadwick, ob eine nukleare Kettenreaktion möglich sei, und er begann, diese Möglichkeit mit dem Liverpooler Zyklotron zu untersuchen. Im folgenden Jahr trat er dem Modov-Komitee bei, einer kleinen ausgewählten Gruppe prominenter britischer Wissenschaftler, die optimistische Schlussfolgerungen über die Fähigkeit Großbritanniens zum Bau einer Atombombe zogen, und wurde Koordinator experimenteller Atomwaffenprogramme in Liverpool, Cambridge und Bristol. Später beschloss Großbritannien jedoch, sich dem amerikanischen Atomwaffenprogramm anzuschließen, und schickte seine Atomwissenschaftler in die Vereinigten Staaten. Von 1943 bis 1945 koordinierte Chadwick die Bemühungen britischer Wissenschaftler, die am Manhattan-Projekt (dem geheimen Atombombenprogramm) arbeiteten.

Chadwick kehrte 1946 an die University of Liverpool zurück. Zwei Jahre später zog er sich aus der aktiven akademischen Tätigkeit zurück, um Leiter des Gonville and Caius College zu werden. 1958 zog er mit seiner Frau Eileen nach Nordwales, bevor er Stuart-Brown heiratete, den er 1925 heiratete. Sie kehrten 1969 nach Cambridge zurück, um ihren Zwillingstöchtern näher zu sein. Chadwick starb 5 Jahre später in Cambridge.

Neben dem Nobelpreis erhielt Chadwick die Hughes Medal (1932) und die Copley Medal (1950) der Royal Society, die US Government Medal of Merit (1946), die Franklin Medal des Franklin Institute (1951) und die Guthrie Medaille des Physikalischen Instituts in London (1967). Nachdem er 1945 die Adelswürde erhalten hatte, war er Ehrendoktor von 9 britischen Universitäten und Mitglied vieler gelehrter Gesellschaften und Akademien in Europa und den Vereinigten Staaten.

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Das Leben von Isaac Newton - englischer Mathematiker, Physiker und Astronom. Ausbildung und Professur an der University of Cambridge. Experimente in der Optik, die Erfindung des Spiegelteleskops. Entdeckungen auf dem Gebiet der Mechanik und Mathematik.

Wenn Beryllium mit α-Teilchen beschossen wird, die von radioaktivem Polonium emittiert werden, entsteht eine starke durchdringende Strahlung, die ein Hindernis wie eine Bleischicht 10–20 überwinden kann cm. Diese Strahlung wurde fast gleichzeitig mit Chadwick von den Joliot-Curie-Ehepartnern Irene und Frederic (Irene ist die Tochter von Marie und Pierre Curie) beobachtet, aber sie schlugen vor, dass es sich um hochenergetische γ-Strahlen handelt. Sie fanden heraus, dass, wenn eine Paraffinplatte in den Strahlengang von Beryllium gebracht wird, die ionisierende Kraft dieser Strahlung stark ansteigt. Sie bewiesen, dass Berylliumstrahlung Protonen aus Paraffin herausschlägt, die in dieser wasserstoffhaltigen Substanz in großen Mengen vorhanden sind. Anhand der freien Weglänge von Protonen in Luft schätzten sie die Energie von γ-Quanten ab, die in der Lage sind, Protonen bei einer Kollision die nötige Geschwindigkeit zu verleihen. Es stellte sich heraus, dass es riesig war - ungefähr 50 MeV.

J. Chadwick beobachtete in seinen Experimenten in der Nebelkammer Spuren von Stickstoffkernen, die eine Kollision mit Berylliumstrahlung erfuhren. Auf der Grundlage dieser Experimente schätzte er die Energie des γ-Quants ab, die in der Lage ist, die Stickstoffkerne über die im Experiment beobachtete Geschwindigkeit zu informieren. Es stellte sich heraus, dass es gleich 100-150 war MeV. Beryllium könnte keine so große Energie von γ-Quanten aussenden. Auf dieser Grundlage schloss Chadwick, dass aus Beryllium unter der Einwirkung von α-Teilchen nicht masselose γ-Quanten ausfliegen, sondern schwere Teilchen. Da diese Partikel sehr penetrant waren und das Gas im Geigerzähler nicht direkt ionisierten, waren sie daher elektrisch neutral. Damit wurde die Existenz des Neutrons bewiesen, eines Teilchens, das Rutherford mehr als 10 Jahre vor Chadwicks Experimenten vorhergesagt hatte.

Wasserstoff, das Element mit der einfachsten Struktur. Es hat eine positive Ladung und eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer. Es ist das stabilste Teilchen im Universum. Die beim Urknall entstandenen Protonen sind noch nicht zerfallen. Die Protonenmasse beträgt 1,627*10-27 kg oder 938,272 eV. Häufiger wird dieser Wert in Elektronenvolt ausgedrückt.

Das Proton wurde vom „Vater“ der Kernphysik, Ernest Rutherford, entdeckt. Er stellte die Hypothese auf, dass die Atomkerne aller chemischen Elemente aus Protonen bestehen, da sie in ihrer Masse den Kern eines Wasserstoffatoms um ein ganzzahliges Vielfaches überschreiten. Rutherford stellte ein interessantes Experiment auf. Zu dieser Zeit war die natürliche Radioaktivität einiger Elemente bereits entdeckt worden. Mittels Alphastrahlung (Alphateilchen sind Heliumkerne mit hoher Energie) bestrahlte der Wissenschaftler Stickstoffatome. Als Ergebnis dieser Wechselwirkung wurde ein Teilchen emittiert. Rutherford schlug vor, dass es sich um ein Proton handelte. Weitere Experimente in der Wilson-Blasenkammer bestätigten seine Vermutung. So wurde 1913 ein neues Teilchen entdeckt, aber Rutherfords Hypothese über die Zusammensetzung des Kerns erwies sich als unhaltbar.

Entdeckung des Neutrons

Der große Wissenschaftler fand einen Fehler in seinen Berechnungen und stellte eine Hypothese über die Existenz eines anderen Teilchens auf, das Teil des Kerns ist und fast die gleiche Masse wie das Proton hat. Experimentell konnte er es nicht feststellen.

Dies wurde 1932 von dem englischen Wissenschaftler James Chadwick durchgeführt. Er baute ein Experiment auf, bei dem er Berylliumatome mit hochenergetischen Alphateilchen beschoss. Als Ergebnis einer Kernreaktion flog ein Teilchen aus dem Kern von Beryllium, später Neutron genannt. Chadwick erhielt für seine Entdeckung drei Jahre später den Nobelpreis.

Die Masse eines Neutrons unterscheidet sich wirklich wenig von der Masse eines Protons (1,622 * 10-27 kg), aber dieses Teilchen hat keine Ladung. In diesem Sinne ist es neutral und gleichzeitig in der Lage, die Spaltung schwerer Kerne zu bewirken. Aufgrund der fehlenden Ladung kann das Neutron leicht die hohe Coulomb-Potentialbarriere passieren und in die Struktur des Kerns eingebettet werden.

Das Proton und das Neutron haben Quanteneigenschaften (sie können die Eigenschaften von Teilchen und Wellen aufweisen). Neutronenstrahlung wird für medizinische Zwecke verwendet. Die hohe Durchdringungskraft ermöglicht es dieser Strahlung, tiefe Tumore und andere bösartige Formationen zu ionisieren und sie zu erkennen. In diesem Fall ist die Teilchenenergie relativ klein.

Das Neutron ist im Gegensatz zum Proton ein instabiles Teilchen. Seine Lebensdauer beträgt etwa 900 Sekunden. Es zerfällt in ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Neutrino.

1920 vermutete Rutherford die Existenz eines neutralen Elementarteilchens, das durch die Fusion eines Elektrons mit einem Proton entsteht. In den dreißiger Jahren wurde J. Chadwick ins Cavendish Laboratory eingeladen, um Experimente zum Nachweis dieses Teilchens durchzuführen. Die Experimente erstreckten sich über viele Jahre. Mit Hilfe einer elektrischen Entladung durch Wasserstoff wurden freie Protonen gewonnen, mit denen die Kerne verschiedener Elemente beschossen wurden. Die Rechnung war, dass es möglich wäre, das gewünschte Teilchen aus dem Kern herauszuschlagen und zu zerstören und die Knockout-Akte indirekt durch die Spuren des zerfallenden Protons und Elektrons aufzuzeichnen.

1930 Bothe und Becker bei der Bestrahlung a- Partikel von Beryllium fanden Strahlung von großer Durchdringungskraft. Unbekannte Strahlen gingen durch Blei, Beton, Sand usw. Zunächst wurde angenommen, dass es sich um harte Röntgenstrahlung handelt. Doch diese Annahme hielt einer Überprüfung nicht stand. Bei der Beobachtung seltener Kollisionen mit Kernen erhielten diese eine so große Rendite, für deren Erklärung eine ungewöhnlich hohe Energie von Röntgenphotonen angenommen werden musste.

Chadwick entschied, dass in den Experimenten von Bothe und Becker die neutralen Teilchen, die er nachzuweisen versuchte, von Beryllium emittiert wurden. Er wiederholte die Experimente in der Hoffnung, Lecks neutraler Teilchen zu finden, aber ohne Erfolg. Spuren wurden nicht gefunden. Er legte seine Experimente beiseite.

Ausschlaggebend für die Wiederaufnahme seiner Experimente war ein von Irene und Frédéric Joliot-Curie veröffentlichter Artikel über die Fähigkeit der Berylliumstrahlung, Protonen aus Paraffin herauszuschlagen (Januar 1932). Unter Berücksichtigung der Ergebnisse von Joliot-Curie modifizierte er die Experimente von Bothe und Becker. Das Schema seiner neuen Anlage ist in Abbildung 30 dargestellt. Berylliumstrahlung wurde durch Streuung gewonnen a- Teilchen auf einer Berylliumplatte. In den Strahlengang wurde ein Paraffinblock eingebracht. Es wurde festgestellt, dass Strahlung Protonen aus Paraffin herausschlägt.

Wir wissen jetzt, dass die Strahlung von Beryllium ein Strom von Neutronen ist. Ihre Masse entspricht fast der Masse eines Protons, daher übertragen Neutronen den größten Teil der Energie auf vorwärts fliegende Protonen.Protonen, die aus Paraffin herausgeschlagen wurden und vorwärts fliegen, hatten eine Energie von etwa 5,3 MeV. Chadwick verwarf sofort die Möglichkeit, das Knockout von Protonen durch den Compton-Effekt zu erklären, da in diesem Fall angenommen werden musste, dass die an Protonen gestreuten Photonen eine Energie von etwa hatten 50 MeV(Damals waren Quellen für solche hochenergetischen Photonen nicht bekannt). Daher kam er zu dem Schluss, dass die beobachtete Wechselwirkung gemäß dem Schema auftritt
Joliot-Curie-Reaktion (2)

Bei diesem Experiment wurden nicht nur erstmals freie Neutronen beobachtet, es war auch die erste Kernumwandlung – die Erzeugung von Kohlenstoff durch die Fusion von Helium und Beryllium.

Aufgabe 1. In Chadwicks Experiment hatten aus Paraffin herausgeschlagene Protonen eine Energie 5,3 MeV. Zeigen Sie, dass es für den Erwerb einer solchen Energie durch Protonen während der Streuung von Photonen notwendig ist, dass die Photonen die Energie haben 50 MeV.

Nachdem entdeckt wurde, dass Substanzen aus Molekülen und diese wiederum aus Atomen bestehen, stellte sich den Physikern eine neue Frage. Es war notwendig, die Struktur von Atomen zu bestimmen - woraus sie bestehen. Auch seine Schüler nahmen die Lösung dieser schwierigen Aufgabe auf. Die Entdeckung des Protons und Neutrons durch sie erfolgte zu Beginn des letzten Jahrhunderts

Schon E. Rutherford vermutete, dass ein Atom aus einem Kern und Elektronen besteht, die mit großer Geschwindigkeit um ihn herum kreisen. Aber woraus der Kern eines Atoms besteht, war nicht ganz klar. E. Rutherford stellte die Hypothese auf, dass der Atomkern jedes chemischen Elements einen Kern enthalten sollte

Später wurde es durch eine Reihe von Experimenten bewiesen, als deren Ergebnis die Entdeckung des Protons gemacht wurde. Die Essenz der experimentellen Experimente von E. Rutherford bestand darin, dass Stickstoffatome mit Alphastrahlung beschossen wurden, mit deren Hilfe einige Teilchen aus dem Stickstoffatomkern herausgeschlagen wurden.

Dieser Vorgang wurde auf einem lichtempfindlichen Film aufgezeichnet. Allerdings war das Leuchten so schwach und auch die Empfindlichkeit des Films gering, dass E. Rutherford seinen Schülern vorschlug, vor Beginn des Experiments mehrere Stunden hintereinander in einem dunklen Raum zu bleiben, damit ihre Augen kaum noch sehen konnten auffällige Lichtsignale.

In diesem Experiment wurde anhand der charakteristischen Lichtspuren festgestellt, dass die herausgeschlagenen Teilchen die Kerne von Wasserstoff- und Sauerstoffatomen waren. E. Rutherfords Hypothese, die ihn zur Entdeckung des Protons führte, hat ihre glänzende Bestätigung gefunden.

E. Rutherford schlug vor, dieses Teilchen ein Proton zu nennen (übersetzt aus dem Griechischen bedeutet „protos“ das Erste). Gleichzeitig sollte verstanden werden, dass der Atomkern von Wasserstoff eine solche Struktur hat, dass nur ein Proton darin vorhanden ist. So kam es zur Entdeckung des Protons.

Es hat eine positive elektrische Ladung. In diesem Fall ist sie quantitativ gleich der Elektronenladung, nur das Vorzeichen ist umgekehrt. Das heißt, es stellt sich heraus, dass sich Proton und Elektron gegenseitig auszugleichen scheinen. Daher sind alle Objekte, da sie aus Atomen bestehen, anfänglich nicht geladen, aber sie erhalten eine elektrische Ladung, wenn ein elektrisches Feld auf sie einzuwirken beginnt. In der Struktur von Atomkernen verschiedener chemischer Elemente können mehr Protonen vorhanden sein als im Atomkern von Wasserstoff.

Nach der Entdeckung des Protons begannen die Wissenschaftler zu verstehen, dass der Kern eines Atoms eines chemischen Elements nicht nur aus Protonen besteht, da sie bei physikalischen Experimenten mit den Kernen des Berylliumatoms feststellten, dass darin vier Einheiten vorhanden waren der Kern, während im Allgemeinen die Masse des Kerns neun Einheiten beträgt. Es war logisch anzunehmen, dass weitere fünf Masseneinheiten zu unbekannten Teilchen gehören, die keine elektrische Ladung haben, da sonst das Elektron-Proton-Gleichgewicht gestört würde.

Als Schüler von E. Rutherford führte er Experimente durch und konnte Elementarteilchen nachweisen, die aus dem Atomkern von Beryllium herausflogen, als sie mit Alphastrahlung beschossen wurden. Es stellte sich heraus, dass sie keine elektrische Ladung haben. Es wurde entdeckt, dass es keine Ladung gab, weil diese Teilchen nicht reagierten Dann wurde klar, dass ein fehlendes Element in der Struktur des Atomkerns entdeckt worden war.

Dieses von D. Chadwick entdeckte Teilchen wurde Neutron genannt. Es stellte sich heraus, dass es die gleiche Masse wie ein Proton hat, aber, wie bereits erwähnt, keine elektrische Ladung trägt.

Darüber hinaus wurde experimentell bestätigt, dass die Anzahl der Protonen und Neutronen gleich der Ordnungszahl des chemischen Elements im Periodensystem ist.

Im Universum kann man Objekte wie Neutronensterne beobachten, die oft das letzte Stadium in der Entwicklung von Sternen sind. Diese Neutronensterne sind sehr dicht.