Prootoni avastamine. Neutroni avastamine. Prootoni ja neutroni avastamine Prootoni avastamine, kes

Saada oma head tööd teadmistebaasi on lihtne. Kasutage allolevat vormi

Üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös, on teile väga tänulikud.

Postitatud aadressil http://www.allbest.ru/

Föderaalne mere- ja jõetranspordiagentuur

FSBEI HPE “GUMRF nimega Admiral S.O. Makarov"

Arktika mereinstituut, mis sai nime V.I. Voronina - filiaal

Föderaalne riigieelarve

erialase kõrghariduse õppeasutus

"Riigi mere- ja jõelaevastiku ülikool

nime saanud admiral S.O. Makarov"

(V. I. Voronini nimeline Arktika mereinstituut - filiaal

FSBEI HPE “GUMRF nimega Admiral S.O. Makarov")

180403.51 Navigeerimine

kirjavahetuskursus 1 aasta

ABSTRAKTNE

"neutroni avastamine"

Kadett Smirnov S.V. lõpetas ja kaitses essee hindega___alates__.__2014

2014

Neutron

Mida me teame neutroni kohta?

Neutromn (ladina keelest neuter - ei üks ega teine) on raske elementaarosake, millel puudub elektrilaeng. Neutron on fermion ja kuulub barüonide klassi. Neutronid (koos prootonitega) on üks kahest aatomituuma põhikomponendist; Prootonite ja neutronite üldnimetus on nukleonid.

NEUTRONI AVASTAMINE

1930. aastal näitasid V. A. Ambartsumyan ja D. D. Ivanenko, et tuum ei saa, nagu tol ajal arvati, koosneda prootonitest ja elektronidest, et beetalagunemise käigus tuumast eralduvad elektronid sünnivad lagunemise hetkel ja et lisaks prootonitele , peavad tuumas olema mõned neutraalsed osakesed.

1930. aastal avastasid Saksamaal töötavad Walter Bothe ja G. Becker, et kui poloonium-210 kiiratavad suure energiaga alfaosakesed tabavad teatud valguselemente, eriti berülliumi või liitiumi, tekkis ebatavaliselt suure läbitungimisvõimega kiirgus. Algul arvati, et tegu on gammakiirgusega, kuid selgus, et sellel on palju suurem läbitungimisvõime kui kõigil teadaolevatel gammakiirtel ja eksperimendi tulemusi ei saa niimoodi tõlgendada. Olulise panuse andsid 1932. aastal Irene ja Frédéric Joliot-Curie. Nad näitasid, et kui see tundmatu kiirgus tabab parafiini või mõnda muud vesinikurikka ühendit, tekivad kõrge energiaga prootonid. See iseenesest ei olnud millegagi vastuolus, kuid numbrilised tulemused tõid teoorias kaasa ebakõlasid. Hiljem samal aastal, 1932. aastal, viis inglise füüsik James Chadwick läbi rea katseid, mille käigus ta näitas, et gammakiirguse hüpotees ei olnud paikapidav. Ta tegi ettepaneku, et see kiirgus koosnes laenguta osakestest, mille mass on prootoni massile lähedane, ja viis läbi rea katseid, mis seda hüpoteesi kinnitasid. Neid laenguta osakesi nimetati neutroniteks, alates ladina tüvest neutraalne ja osakeste tavalisest järelliitest. Samal 1932. aastal pakkusid D. D. Ivanenko ja seejärel W. Heisenberg välja, et aatomituum koosneb prootonitest ja neutronitest.

JAMES CHADWICK

Inglise füüsik James Chadwick sündis Manchesteri lähedal Bollingtonis. Ta oli pesumajaomaniku John Joseph Chadwicki ja Ann Mary (Knowles) Chadwicki neljast lapsest vanim. Pärast kohaliku algkooli lõpetamist astus ta Manchesteri munitsipaalgümnaasiumisse, kus paistis silma matemaatika. 1908. aastal astus Chadwick Manchesteri ülikooli, kavatsedes õppida matemaatikat, kuid arusaamatuse tõttu küsitleti teda füüsika alal. Liiga tagasihoidlik, et veale tähelepanu juhtida, kuulas ta tähelepanelikult talle esitatud küsimused ja otsustas eriala vahetada. Kolm aastat hiljem lõpetas ta ülikooli füüsika erialal kiitusega.

1911. aastal alustas Chadwick aspirantuuri Ernest Rutherfordi juhendamisel Manchesteri füüsikalaboris. Just sel ajal läbi õhukese metallfooliumi läbinud alfaosakeste (mida peeti laetud heeliumi aatomiteks) hajutamise katsed panid Rutherfordi ettepaneku, et kogu aatomi mass on koondunud tihedasse positiivselt laetud tuuma, mida ümbritseb negatiivselt laetud elektronid, mis, nagu teada, on suhteliselt väikese massiga. Chadwick omandas magistrikraadi Manchesteris 1913. aastal ning samal aastal suundus ta stipendiumi võitnuna Saksamaale Berliini Riiklikku Füüsika- ja Tehnoloogiainstituuti Hans Geigeri (Rutherfordi endine assistent) käe all radioaktiivsust õppima. Kui 1914. aastal algas Esimene maailmasõda, interneeriti Chadwick Inglise kodanikuna ja veetis üle 4 aasta Ruhlebeni tsiviillaagris. Kuigi Chadwick kannatas karmide tingimuste all, mis kahjustasid tema tervist, osales ta kaaskannatajate loodud teadusühingus. Rühma tegevust toetasid mõned Saksa teadlased, sealhulgas Walter Nernst, kellega Chadwick interneerimise ajal kohtus.

Chadwicki avastus

neutronosake chadwick alfa

Chadwick naasis Manchesteri 1919. aastal. Varsti enne seda oli Rutherford avastanud, et alfaosakestega pommitamine (mida nüüd peeti heeliumi tuumadeks) võib põhjustada lämmastikuaatomi lagunemise teiste elementide kergemateks tuumadeks. Mõni kuu hiljem valiti Rutherford Cambridge'i ülikooli Cavendishi labori direktoriks ja ta kutsus Chadwicki endale järgnema. Chadwick sai Wollestoni stipendiumi Gonville'i ja Caiuse kolledžis Cambridge'is ning suutis teha koostööd Rutherfordiga, et jätkata alfaosakestega katseid. Nad leidsid, et pommitavad tuumad tekitasid sageli vesiniku tuumasid, mis on elementidest kõige kergemad. Vesinikutuum kandis positiivset laengut, mis on võrdne vastava elektroni negatiivse laenguga, kuid selle mass oli ligikaudu 2 tuhat korda suurem kui elektroni mass. Hiljem nimetas Rutherford seda prootoniks. Sai selgeks, et aatom tervikuna oli elektriliselt neutraalne, kuna selle tuumas olevate prootonite arv oli võrdne tuuma ümbritsevate elektronide arvuga. See prootonite arv aga ei ühtinud aatomite massiga, välja arvatud lihtsaim vesiniku juhtum. Selle lahknevuse lahendamiseks pakkus Rutherford 1920. aastal välja idee, et tuumad võivad sisaldada elektriliselt neutraalseid osakesi, mida ta hiljem nimetas neutroniteks, mis tekivad elektroni ja prootoni koosmõjul. Vastupidine seisukoht oli, et aatomid sisaldavad elektrone nii tuumast väljaspool kui ka sees ja et tuumaelektronide negatiivne laeng lihtsalt tühistab osa prootonite laengust. Siis annaksid tuuma prootonid täieliku panuse aatomi kogumassi ja nende kogulaeng oleks täpselt piisav tuuma ümbritsevate elektronide laengu neutraliseerimiseks. Kuigi Rutherfordi ettepanekut neutraalse osakese olemasolu kohta austati, ei leitud sellele ideele ikkagi eksperimentaalset kinnitust.

Chadwick sai 1921. aastal Cambridge'is füüsikadoktori kraadi ning valiti Gonville'i ja Caiuse kolledži akadeemilisse nõukogusse. Kaks aastat hiljem sai temast Cavendishi labori asedirektor. Kuni 20ndate lõpuni. ta uuris selliseid aatominähtusi nagu kergete elementide tuumade kunstlik lagunemine alfaosakeste pommitamisel ja beetaosakeste (elektronide) spontaanne emissioon. Selle töö käigus mõtiskles ta selle üle, kuidas saaks Rutherfordi neutraalosakese olemasolu kinnitust saada, kuid otsustavad uuringud, mis selle võimalikuks tegid, viidi läbi Saksamaal ja Prantsusmaal.

1930. aastal avastasid Saksa füüsikud Walter Bothe ja Hans Becker, et teatud valguselementide pommitamine alfaosakestega tekitab erilise läbitungimisvõimega kiirgust, mida nad pidasid gammakiirguseks. Gammakiirgust hakati esmakordselt nimetama radioaktiivsete tuumade tekitatud kiirguseks. Neil oli suurem läbitungimisjõud kui röntgenikiirtel, kuna neil oli lühem lainepikkus. Mõned tulemused olid aga mõistatuslikud, eriti kui berülliumi kasutati pommitamise sihtmärgina. Sel juhul oli alfaosakeste langeva voo liikumissuunas kiirgusel suurem läbitungimisjõud kui tagurpidisel kiirgusel. Chadwick väitis, et berüllium kiirgab pigem neutraalsete osakeste voogu kui gammakiirgust. 1932. aastal paigutasid prantsuse füüsikud Frederic Joliot ja Irene Joliot-Curie berülliumi kiirguse läbitungimisvõimet uurides pommitatud berülliumi ja kiirguse salvestajana toiminud ionisatsioonikambri vahele erinevaid neelavaid materjale. Kui nad kasutasid parafiini (vesinikurikas aine) absorbeerijana, avastasid nad parafiinist väljuva kiirguse suurenemise, mitte vähenemise. Katse viis nad järeldusele, et kiirguse suurenemine oli tingitud prootonitest (vesiniku tuumad), mis lõid parafiinist läbi tungiva kiirguse. Nad tegid ettepaneku, et prootonid löödi välja kokkupõrkes ebatavaliselt võimsate gammakiirte kvantidega (diskreetsed energiaühikud), samamoodi nagu elektronid lõid välja röntgenikiirgus (Comptoni efekt) Arthur H. Comptoni algatatud katses.

Chadwick kordas ja laiendas kiiresti prantsuse paari läbiviidud katset ning leidis, et paks pliiplaat ei avalda berülliumi kiirgusele märgatavat mõju, ilma seda nõrgendamata või sekundaarset kiirgust tekitamata, mis viitas selle suurele läbitungimisvõimele. Parafiin andis aga taas kiirete prootonite lisavoo. Chadwick tegi testi, mis kinnitas, et tegemist on tõepoolest prootonitega, ja määras nende energia. Seejärel näitas ta, et kõigi märkide järgi on äärmiselt ebatõenäoline, et alfaosakeste kokkupõrge berülliumiga võib tekitada piisava energiaga gammakiirgust, et sellisel kiirusel prootonid parafiinist välja lüüa. Seetõttu loobus ta gammakiirguse ideest ja keskendus neutronite hüpoteesile. Olles leppinud neutroni olemasoluga, näitas ta, et alfaosakese kinnipüüdmise tulemusena berülliumi tuumaga saab moodustuda elemendi süsiniku tuum ja vabaneb üks neutron. Ta tegi sama booriga, teise elemendiga, mis tekitas alfakiirtega pommitades läbitungivat kiirgust. Alfaosake ja boori tuum ühinevad lämmastiku tuumaks ja neutroniks. Neutronivoo kõrge läbitungimisvõime tuleneb sellest, et neutronil puudub laeng ja seetõttu ei mõjuta see aines liikudes aatomite elektriväljasid, vaid interakteerub tuumadega ainult otsestes kokkupõrgetes. Neutron vajab ka prootoni väljatõrjumiseks vähem energiat kui gammakiir, kuna sellel on suurem impulss kui sama energiaga elektromagnetilise kiirguse kvant. Seda, et ettepoole suunatud berülliumi kiirgus osutub läbitungivamaks, võib seostada neutronite eelistatud kiirgusega alfaosakeste langeva voo impulsi suunas.

Chadwick kinnitas ka Rutherfordi hüpoteesi, et neutroni mass peab olema võrdne prootoni massiga, analüüsides energiavahetust neutronite ja mateeriast välja löödud prootonite vahel, justkui räägiksime piljardipallide kokkupõrkest. Energiavahetus on eriti tõhus, kuna nende massid on peaaegu samad. Samuti analüüsis ta neutronite poolt tabatud lämmastikuaatomite jälgi kondensatsioonikambris, mille leiutas C.T.R. Wilson. Kondensatsioonikambris olev aur kondenseerub mööda elektrifitseeritud rada, mille ioniseeriv osake jätab aurumolekulidega suhtlemisel. Tee on nähtav, kuigi osake ise on nähtamatu. Kuna neutron otseselt ei ioniseeri, pole selle jälge näha. Chadwick pidi kindlaks tegema neutroni omadused rajalt, mis jäi pärast kokkupõrget lämmastikuaatomiga. Selgus, et neutroni mass on 1,1% suurem kui prootoni mass.

Teiste füüsikute tehtud katsed ja arvutused kinnitasid Chadwicki leide ning neutroni olemasolu võeti kiiresti omaks. Vahetult pärast seda näitas Werner Heisenberg, et neutron ei saa olla prootoni ja elektroni segu, vaid on laenguta tuumaosake – kolmas avastatav subatomiline ehk elementaarosake. Chadwicki tõestus neutroni olemasolu kohta 1932. aastal muutis põhjalikult aatomipilti ja sillutas teed edasistele avastustele füüsikas. Neutronil oli praktilist kasutust ka aatomi hävitajana: erinevalt positiivselt laetud prootonist ei tõrju seda tuumale lähenedes.

Ülestunnistus

"Neutroni avastamise eest," pälvis Chadwick 1935. aastal Nobeli füüsikaauhinna. "Neutroni olemasolu on täielikult kindlaks tehtud," ütles Hans Pleyel Rootsi Kuninglikust Teaduste Akadeemiast oma vastuvõtukõnes, "mis viib uue aatomistruktuuri kontseptsioonini, mis sobib paremini energia jaotusega aatomituumades. Selgus, et neutron moodustab ühe ehitusploki, millest koosnevad aatomid ja molekulid ning seega kogu materiaalne universum.

Chadwick kolis 1935. aastal Liverpooli ülikooli, et rajada uus tuumafüüsika uurimiskeskus. Liverpoolis jälgis ta ülikooli seadmete moderniseerimist ja tsüklotroni – laetud osakeste kiirendamise rajatise – ehitamist. Kui 1939. aastal algas Teine maailmasõda, küsis Briti valitsus Chadwickilt, kas tuumaahelreaktsioon on võimalik, ja ta hakkas selle võimaluse uurimiseks kasutama Liverpooli tsüklotroni. Järgmisel aastal liitus ta Mod-komiteega, väikese väljapaistvate Briti teadlaste valitud rühmaga, kes tegi optimistlikke järeldusi Suurbritannia võimest ehitada aatomipomm, ning temast sai Liverpooli, Cambridge'i ja Bristolis eksperimentaalsete aatomirelvade programmide koordinaator. Seejärel otsustas Suurbritannia aga ühineda Ameerika tuumarelvaprogrammiga ja saatis oma tuumateadlased USA-sse. Aastatel 1943–1945 koordineeris Chadwick Manhattani projektiga (aatomipommi loomise salaprogramm) tegelevate Briti teadlaste jõupingutusi.

Chadwick naasis Liverpooli ülikooli 1946. aastal. Kaks aastat hiljem loobus ta aktiivsest teadustööst ning sai Gonville'i ja Caiuse kolledži juhiks. 1958. aastal kolis ta koos oma naise Eileeniga Põhja-Walesi, enne kui abiellus Stewart-Browniga, kellega ta abiellus 1925. aastal. Nad naasid Cambridge'i 1969. aastal, et olla oma kaksikutest tütardega lähemal. Chadwick suri 5 aastat hiljem Cambridge'is.

Lisaks Nobeli preemiale sai Chadwick Kuningliku Seltsi Hughesi medali (1932) ja Copley medali (1950), USA valitsuse teenetemedali (1946), Franklini Instituudi Franklini medali (1951) ja Guthrie medali. Londoni füüsikainstituudis (1967). 1945. aastal õilistati, tal oli üheksa Briti ülikooli aukiri ning ta oli paljude Euroopa ja Ameerika Ühendriikide teadusühingute ja akadeemiate liige.

Kasutatud Raamatud

1.http://ru.wikipedia.org

2. http://hirosima.scepsis.ru

Postitatud saidile Allbest.ru

Sarnased dokumendid

Kahekümnenda sajandi füüsika areng. Rikke katsed metallide voolu mitteaatomilisuse testimiseks, Perrin molekulide masside määramiseks. E. Rutherfordi katsed alfaosakeste hajumise kohta raskete elementide aatomitel. Ülijuhtivuse ja ülivoolavuse avastamine.

kursusetöö, lisatud 10.01.2014


Elementaarosake on osake, millel puudub sisemine struktuur, see tähendab, et see ei sisalda teisi osakesi. Elementaarosakeste klassifikatsioon, nende sümbolid ja mass. Värvilaeng ja Pauli põhimõte. Fermioonid kui kogu aine põhiosakesed, nende tüübid.

esitlus, lisatud 27.05.2012


Kõigi elementaarosakeste omadused. Prootonite ja neutronite seos aatomituumades. Elementaarosakeste klassifikatsioon. Neutroni ja prootoni masside erinevuse suurus. Neutronite gravitatsiooniline vastastikmõju. Muuoni eluea eksperimentaalne väärtus.

abstraktne, lisatud 20.12.2011


Lühiülevaade suure inglise füüsiku Michael Faraday elust, isiklikust ja loomingulisest arengust. Faraday uuringud elektromagnetismi vallas ja elektromagnetilise induktsiooni fenomeni avastamine, seaduse sõnastus. Katsed elektriga.

abstraktne, lisatud 23.04.2009


Rutherfordi kogemus. Aatomi ehituse uurimine. Diferentsiaalristlõike mõõtmine. Aatomituuma koostis. Tuumade suuruse ja nendes massijaotuse mõõtmise meetodid. Prootoni, neutroni, elektroni omadused. Nukleonide interaktsiooni tensor olemus.

esitlus, lisatud 21.06.2016


Tuumakiirguse gaaslahendusdetektorite (ionisatsioonikambrid, proportsionaalsed loendurid, Geigeri-Mülleri loendurid) omadused. Tuumaosakeste registreerimisel loendurites toimuvate protsesside füüsika. Geiger-Mülleri loenduri töö analüüs.

laboritööd, lisatud 24.11.2010


Põhilised füüsilised vastasmõjud. Gravitatsioon. Elektromagnetism. Nõrk interaktsioon. Füüsika ühtsuse probleem. Elementaarosakeste klassifikatsioon. Subatomaarsete osakeste omadused. Leptonid. Hadronid. Osakesed on vastastikmõjude kandjad.

lõputöö, lisatud 02.05.2003


Neutronite hajumise amplituud tuumakeskkonnas, selle murdumisnäitajad. Polarisatsiooni ja pöördenurga sõltuvus neutronkiire läbitud vahemaast. Neutronite energia tuumakeskkonnas. Tuuma pseudomagnetvälja avaldise saamine.

kursusetöö, lisatud 23.07.2010


Elektrivoolu teke, laetud osakeste olemasolu, liikumine ja vastastikmõju. Elektri tekkimise teooria kahe erineva metalli kokkupuutel, elektrivoolu allika loomine, elektrivoolu toime uurimine.

esitlus, lisatud 28.01.2011


Isaac Newtoni – inglise matemaatiku, füüsiku ja astronoomi elutee. Haridus ja õppejõud Cambridge'i ülikoolis. Optika katsed, peegeldava teleskoobi leiutamine. Avastused mehaanika ja matemaatika vallas.

Kui berülliumi pommitatakse radioaktiivse polooniumi poolt eralduvate α-osakestega, tekib tugev läbitungiv kiirgus, mis suudab ületada sellise takistuse nagu 10–20 paksune pliikiht. cm. Seda kiirgust jälgisid peaaegu samaaegselt Chadwickiga Joliot-Curie abikaasad Irene ja Frederic (Irene on Marie ja Pierre Curie tütar), kuid nad eeldasid, et tegemist on suure energiaga γ-kiirtega. Nad avastasid, et kui berülliumkiirguse teele asetada parafiinplaat, suureneb selle kiirguse ioniseerimisvõime järsult. Nad tõestasid, et berülliumi kiirgus lööb parafiinist välja prootonid, mida selles vesinikku sisaldavas aines leidub suurtes kogustes. Tuginedes prootonite vabale teele õhus, hindasid nad γ-kvantide energiat, mis on võimelised prootonitele kokkupõrke ajal vajaliku kiiruse andma. See osutus tohutuks - umbes 50 MeV.

J. Chadwick jälgis oma katsetes pilvekambris berülliumkiirgusega kokku põrganud lämmastiku tuumade jälgi. Nende katsete põhjal hindas ta γ-kvanti energiat, mis on võimeline andma katses täheldatud kiirust lämmastiku tuumadele. Selgus, et 100-150 MeV. Berülliumi kiirgavatel γ-kvantidel ei saanud olla nii tohutut energiat. Selle põhjal järeldas Chadwick, et α-osakeste mõjul ei eraldu berülliumist massita γ-kvante, vaid pigem raskeid osakesi. Kuna need osakesed olid tugevalt läbitungivad ega ioniseerinud otseselt Geigeri loenduris olevat gaasi, olid nad seetõttu elektriliselt neutraalsed. See tõestas neutroni olemasolu – osakest, mille Rutherford ennustas rohkem kui 10 aastat enne Chadwicki katseid.

Vesinik, element, millel on kõige lihtsam struktuur. Sellel on positiivne laeng ja peaaegu piiramatu eluiga. See on universumi kõige stabiilsem osake. Suure Paugu tekitatud prootonid pole veel lagunenud. Prootoni mass on 1,627*10-27 kg ehk 938,272 eV. Sagedamini väljendatakse seda väärtust elektronvoltides.

Prootoni avastas tuumafüüsika "isa" Ernest Rutherford. Ta esitas hüpoteesi, et kõigi keemiliste elementide aatomite tuumad koosnevad prootonitest, kuna nende mass ületab vesinikuaatomi tuuma täisarv korda. Rutherford viis läbi huvitava katse. Sel ajal oli mõne elemendi looduslik radioaktiivsus juba avastatud. Alfakiirgust kasutades (alfaosakesed on suure energiaga heeliumi tuumad) kiiritas teadlane lämmastikuaatomeid. Selle interaktsiooni tulemusena lendas osake välja. Rutherford arvas, et see oli prooton. Edasised katsed Wilsoni mullikambris kinnitasid tema oletust. Nii avastati 1913. aastal uus osake, kuid Rutherfordi hüpotees tuuma koostise kohta osutus vastuvõetamatuks.

Neutroni avastamine

Suur teadlane leidis oma arvutustes vea ja esitas hüpoteesi teise osakese olemasolu kohta, mis on tuuma osa ja mille mass on peaaegu sama kui prootonil. Eksperimentaalselt ei suutnud ta seda tuvastada.

Seda tegi 1932. aastal inglise teadlane James Chadwick. Ta viis läbi katse, mille käigus pommitas berülliumi aatomeid suure energiaga alfaosakestega. Tuumareaktsiooni tulemusena eraldus berülliumi tuumast osake, mida hiljem nimetati neutroniks. Oma avastuse eest sai Chadwick kolm aastat hiljem Nobeli preemia.

Neutroni mass erineb tõesti vähe prootoni massist (1,622 * 10-27 kg), kuid sellel osakesel pole laengut. Selles mõttes on see neutraalne ja samal ajal võimeline põhjustama raskete tuumade lõhustumist. Laengu puudumise tõttu võib neutron kergesti läbida kõrge Coulombi potentsiaaliga barjääri ja tungida tuuma struktuuri.

Prootonil ja neutronil on kvantomadused (neil võivad olla osakeste ja lainete omadused). Neutronkiirgust kasutatakse meditsiinilistel eesmärkidel. Kõrge läbitungimisvõime võimaldab sellel kiirgusel ioniseerida sügaval paiknevaid kasvajaid ja muid pahaloomulisi moodustisi ning neid avastada. Sel juhul on osakeste energia suhteliselt madal.

Erinevalt prootonist on neutron ebastabiilne osake. Selle eluiga on umbes 900 sekundit. See laguneb prootoniks, elektroniks ja elektronneutriinoks.

1920. aastal oletas Rutherford elektroni ja prootoni ühinemise tulemusena tekkinud neutraalse elementaarosakese olemasolu kohta. Katsete läbiviimiseks selle osakese tuvastamiseks kolmekümnendatel kutsuti J. Chadwick Cavendishi laboratooriumisse. Katsed toimusid paljude aastate jooksul. Kasutades elektrilahendust läbi vesiniku, tekkisid vabad prootonid, mis pommitasid erinevate elementide tuumasid. Arvestus oli, et soovitud osakest oleks võimalik tuumast välja lüüa ja hävitada ning prootonite ja elektronide lagunemise radadelt kaudselt fikseerida väljalöögid.

1930. aastal kiiritasid Bothe ja Becker a- berülliumi osakesed avastasid tohutu läbitungimisvõimega kiirguse. Tundmatud kiired läbisid plii, betooni, liiva jne. Alguses eeldati, et tegemist on kõva röntgenikiirgusega. Kuid see oletus ei talunud kriitikat. Haruldaste tuumadega kokkupõrketegude jälgimisel said viimased nii suure tulu, et selle selgitamiseks oli vaja eeldada röntgenfootonite ebatavaliselt suurt energiat.

Chadwick otsustas, et Bothe ja Beckeri katsetes lendasid neutraalsed osakesed, mida ta püüdis tuvastada, berülliumist välja. Ta kordas katseid, lootes tuvastada neutraalsete osakeste lekkeid, kuid tulutult. Jälgi ei leitud. Ta jättis oma katsed kõrvale.

Otsustavaks tõukejõuks tema katsete jätkamisel oli Irène'i ja Frédéric Joliot-Curie avaldatud artikkel berülliumi kiirguse võimest prootoneid parafiinist välja lüüa (jaanuar 1932). Võttes arvesse Joliot-Curie tulemusi, muutis ta Bothe ja Beckeri katseid. Tema uue installatsiooni skeem on näidatud joonisel 30. Berülliumi kiirgus tekkis hajumise teel a- osakesed berülliumplaadil. Kiirgusteele asetati parafiiniplokk. Avastati, et kiirgus lööb prootonid parafiinist välja.

Nüüd teame, et berülliumi kiirgus on neutronite voog. Nende mass on peaaegu võrdne prootoni massiga, seega annavad neutronid suurema osa oma energiast edasi lendavatele prootonitele Parafiinist välja löödud ja edasi lendavate prootonite energia oli umbes 5,3 MeV. Chadwick lükkas kohe tagasi võimaluse seletada prootonite väljalöömist Comptoni efektiga, kuna sel juhul tuli eeldada, et prootonitele hajutatud footonitel on tohutu energia umbes 50 MeV(sel ajal polnud selliste suure energiaga footonite allikaid teada). Seetõttu järeldas ta, et vaadeldav interaktsioon toimub vastavalt skeemile
Joliot-Curie reaktsioon (2)

Selles katses ei täheldatud mitte ainult esimest korda vabu neutroneid, vaid see oli ka esimene tuumamuundumine – süsiniku tootmine heeliumi ja berülliumi liitmisel.

Ülesanne 1. Chadwicki katses oli parafiinist välja löödud prootonitel energiat 5,3 MeV. Näidake, et selleks, et prootonid saaksid footoni hajumise ajal sellist energiat omandada, on vajalik, et footonitel oleks energia 50 MeV.

Pärast avastamist, et ained koosnevad molekulidest ja need omakorda aatomitest, seisid füüsikud uue küsimuse ees. Oli vaja paika panna aatomite struktuur – millest need koosnevad. Tema õpilased võtsid ka selle raske probleemi lahenduse. Nad avastasid prootoni ja neutroni eelmise sajandi alguses

Juba E. Rutherfordil olid eeldused, et aatom koosneb tuumast ja selle ümber tohutu kiirusega tiirlevatest elektronidest. Kuid sellest, millest aatomi tuum koosneb, polnud päris selge. E. Rutherford esitas hüpoteesi, et iga keemilise elemendi aatomituum peab sisaldama tuuma

Hiljem tõestati seda mitmete katsetega, mille tulemusel avastati prooton. E. Rutherfordi eksperimentaalsete katsete olemus seisnes selles, et lämmastikuaatomeid pommitati alfakiirgusega, mille abil löödi lämmastikuaatomi tuumast välja mõned osakesed.

See protsess salvestati valgustundlikule filmile. Kuid kuma oli nii nõrk ja filmi tundlikkus oli samuti madal, nii et E. Rutherford soovitas tema õpilastel enne katse alustamist veeta mitu tundi järjest pimedas ruumis, et nende silmad näeksid vaevumärgatavat. valgussignaalid.

Selles katses tehti iseloomulike valgusjälgede põhjal kindlaks, et välja löödud osakesed olid vesiniku ja hapniku aatomite tuumad. E. Rutherfordi hüpotees, mis viis ta prootoni avastamiseni, leidis hiilgavalt kinnitust.

E. Rutherford tegi ettepaneku nimetada seda osakest prootoniks (tõlkes kreeka keelest "protos" tähendab esimest). Sel juhul peame seda mõistma nii, et vesiniku aatomituum on sellise struktuuriga, et selles on ainult üks prooton. Nii avastati prooton.

Sellel on positiivne elektrilaeng. Sel juhul on see kvantitatiivselt võrdne elektroni laenguga, ainult märk on vastupidine. See tähendab, et selgub, et prooton ja elektron näivad üksteist tasakaalustavat. Seetõttu on kõik objektid, kuna need koosnevad aatomitest, algselt laenguta ja saavad elektrilaengu, kui neile hakkab mõjuma elektriväli. Erinevate keemiliste elementide aatomituumade struktuur võib sisaldada rohkem prootoneid kui vesiniku aatomituumas.

Pärast prootoni avastamist hakkasid teadlased mõistma, et keemilise elemendi aatomi tuum ei koosne ainult prootonitest, kuna berülliumi aatomi tuumadega füüsikalisi katseid tehes avastasid nad, et aatomis on neli ühikut. tuum, samas kui tuuma üldiselt on üheksa ühikut. Loogiline oli eeldada, et veel viis massiühikut kuuluvad mingitele tundmatutele osakestele, millel pole elektrilaengut, sest vastasel juhul oleks elektron-prootoni tasakaal häiritud.

E. Rutherfordi õpilane viis läbi katseid ja suutis avastada elementaarosakesi, mis lendasid alfakiirgusega pommitades berülliumi aatomituumast välja. Selgus, et neil pole elektrilaengut. Laengu puudumine avastati tänu sellele, et need osakesed ei reageerinud Siis selgus, et avastati aatomituuma struktuuri puuduv element.

Seda D. Chadwicki avastatud osakest nimetati neutroniks. Selgus, et sellel on sama mass kui prootonil, kuid nagu juba mainitud, sellel puudub elektrilaeng.

Lisaks kinnitati katseliselt, et prootonite ja neutronite arv on võrdne keemilise elemendi seerianumbriga perioodilisustabelis.

Universumis saate jälgida selliseid objekte nagu neutrontähed, mis on sageli tähtede evolutsiooni viimane etapp. Sellised neutrontähed on väga tihedad.