Struktura jezgra
Proton-neutronski model jezgra
Otkriće neutrona
Poteškoće elektronsko-protonskog modela jezgra
Nakon Rutherfordovih eksperimenata, Bohrova teorija atoma vodika i, konačno, stvaranje kvantna teorija atoma vodika od Schrödingera i Heisenberga, nastala je jasna kvalitativna slika strukture atoma. Atom se sastoji od jezgra i elektrona koji se kreću oko njega. Eksperimentalne metode za proučavanje atomskih spektra dale su bogat materijal za proučavanje elektronske strukture atoma. Tamna tačka je bio kernel uređaj.
Prvi model kernela bio je zasnovan na poznavanju samo dva elementarne čestice- elektron i proton (do 1932). Protone je prvi proizveo Rutherford u reakciji
(1)
Ova reakcija je bila a-čestica (jezgro atoma helijuma) uletela je u jezgro atoma azota. Kao rezultat toga, rođen je izotop kisika i još jedna čestica. Promatranje tragova u komori oblaka smještenoj u magnetskom polju omogućilo je identifikaciju ove čestice s jezgrom atoma vodika, najjednostavnijeg od svih jezgara.
U skladu sa ovim saznanjima, pretpostavljalo se da se jezgra atoma sastoje od protona i elektrona. Prema ovom modelu, atom dušika se, na primjer, sastojao od 7 elektroni u elektronskoj ljusci, 14 protona u jezgru i 7 nuklearnih elektrona. Ovo gledište je potkrepljeno otkrićem b- raspad jednog broja jezgara. Kao rezultat b- raspad iz jezgra emituje elektron. Ali model je postao neprihvatljiv nakon otkrića postojanja dvije vrste identičnih čestica - fermiona i bozona - i otkrića njihovih svojstava. Prema elektron-protonskom modelu, pokazalo se da atom dušika mora biti bozon, a eksperimentalni podaci govore da je to fermion. Također nije uspio objasniti vrijednosti magnetnih momenata atoma i jezgara. Osim toga, pojavilo se mnogo eksperimentalnih podataka o emisiji rendgenskih fotona od strane jezgara. Pokazalo se da su, slično emisionim spektrima atoma, emisioni spektri jezgara linearni, odnosno da su čestice koje čine jezgro u stanjima sa određene vrijednosti energije. Ali evo proučavanja energetskih spektra elektrona koji proizlaze iz b- raspada, pokazao je da su ovi spektri kontinuirani i nije bilo moguće objasniti porijeklo ovih elektronskih spektra. Nuklearni elektron, kao i druge čestice jezgra, morao je biti na energetskom nivou. Odlazak kao rezultat b- raspadni elektroni bi takođe morali imati određenu energiju, što se nije dogodilo.
Chadwickovi eksperimenti. Otkriće neutrona
Godine 1920. Rutherford je pretpostavio postojanje neutralne elementarne čestice nastale kao rezultat fuzije elektrona i protona. Tridesetih godina, J. Chadwick je pozvan u Cavendish laboratoriju da sprovede eksperimente za detekciju ove čestice. Eksperimenti su se odvijali dugi niz godina. Uz pomoć električnog pražnjenja kroz vodonik dobijani su slobodni protoni kojima su bombardovana jezgra raznih elemenata. Računica je bila da je moguće izbaciti željenu česticu iz jezgra i uništiti je, te indirektno snimiti nokaut akte tragovima raspadajućeg protona i elektrona.
1930. Bothe i Becker za vrijeme zračenja a- čestice berilija pronašlo zračenje velike prodorne moći. Nepoznate zrake prolaze kroz olovo, beton, pijesak itd. U početku je trebalo biti teško x-zrake. Ali ova pretpostavka nije izdržala ispitivanje. Prilikom promatranja rijetkih činova sudara s jezgrama, potonje su dobile tako veliki povrat, za čije objašnjenje je bilo potrebno pretpostaviti neobično visoku energiju rendgenskih fotona.
Chadwick je odlučio da su u eksperimentima Bothea i Beckera neutralne čestice koje je pokušavao otkriti emitirane iz berilija. Ponovio je eksperimente, nadajući se da će otkriti curenje neutralnih čestica, ali bezuspješno. Tragovi nisu pronađeni. Svoje eksperimente ostavio je po strani.
Odlučujući poticaj za nastavak njegovih eksperimenata bio je članak koji su objavili Irene i Frédéric Joliot-Curie o sposobnosti berilijumskog zračenja da izbaci protone iz parafina (januar 1932.). Uzimajući u obzir rezultate Joliot-Curiea, modificirao je eksperimente Bothea i Beckera. Šema njegove nove instalacije prikazana je na slici 30. Berilijumsko zračenje je dobijeno rasipanjem a-
čestice na berilijumskoj ploči. Parafinski blok postavljen je na putu zračenja. Utvrđeno je da radijacija izbija protone iz parafina.
Sada znamo da je zračenje berilijuma tok neutrona. Njihova masa je skoro jednaka masi protona, tako da neutroni prenose većinu energije na protone koji lete naprijed.Protoni izbijeni iz parafina i leteći naprijed imali su energiju od oko 5,3 MeV. Chadwick je odmah odbacio mogućnost objašnjenja izbacivanja protona Comptonovim efektom, budući da je u ovom slučaju bilo potrebno pretpostaviti da su fotoni raspršeni protonima imali energiju od oko 50 MeV(u to vrijeme izvori takvih visokoenergetskih fotona nisu bili poznati). Stoga je zaključio da se uočena interakcija odvija prema šemi
Joliot-Curie reakcija (2)
U ovom eksperimentu prvi put su uočeni ne samo slobodni neutroni, već je to bila i prva nuklearna transformacija – proizvodnja ugljika fuzijom helija i berilija.
Tema današnje lekcije je „Otkriće protona. Otkriće neutrona. Na njemu ćemo saznati kako se dogodilo jedno od velikih otkrića dvadesetog veka. Ove dvije najvažnije čestice koje čine sve jezgre, proton i neutron, otkrili su Rutherford 1919. i Chadwick 1932. Oni su bili u stanju da utvrde i eksperimentalno dokažu da su ove dvije čestice dio bilo kojeg jezgra.
Neverovatna priča dogodila se na samom početku dvadesetog veka. Tada su otkrivene dvije najvažnije čestice koje čine sva jezgra. hemijski elementi- proton i neutron.
Proton
Počnimo redom - sa protonom. Kao što znate, otkrio ga je 1919. E. Rutherford. Znamo da se 1911. već dogodio Rutherfordov eksperiment za određivanje strukture atoma. I 1913. godine, tj. 2 godine nakon svog čuvenog eksperimenta, Rutherford je iznio vrlo važnu ideju. Predložio je da se smatra da sastav bilo kojeg jezgra, tj. od svih hemijskih elemenata, u jezgru svakog hemijskog elementa je vodonik. Na čemu se zasnivalo njegovo rezonovanje?
Karakteristike vodonikovih jezgara su već određene. Masa je bila poznata, bio je poznat naboj jezgra vodonika. Ispostavilo se da se mase hemijskih elemenata dijele s masom vodonika bez ostatka. Stoga je Rutherford izjavio da, po svoj prilici, unutar bilo kojeg jezgra postoji jedan ili drugi broj atoma vodika.
Ali svaka teorija mora biti potvrđena eksperimentom. Takav eksperiment se dogodio 1919. godine i tada je otkriven proton. Rutherford je koristio a-čestice u svom eksperimentu. Rutherford ih je uputio na jezgra dušika. Kao rezultat ovog eksperimenta, dobijena su dva od nekih hemijskih elemenata. Jedan od njih je identificiran - kisik, a drugi je, po svoj prilici, bio vodonik. Skrećem vam pažnju: tu nije bilo sigurnosti. Zašto?
Rutherford je u svom eksperimentu koristio metodu o kojoj smo već govorili u prethodnoj lekciji - metodu scintilacije, kada nadolazeća čestica daje bljesak. Prema rezultatima takvih eksperimenata, on je procijenio da postoji neka vrsta čestice koja odgovara atomu jezgre vodika.
Fig.1. Rezultat bombardiranja jezgri dušika a-česticama: nastali su kisik i čestica identična jezgri vodika
Ovu česticu, jezgro vodonika, nazvao je proton (od grčkog "protos" - "prvi"). Kada je ovaj eksperiment ponovljen, ali već u komori oblaka, a ova komora je bila u magnetnom polju, više nije bilo sumnje: otkrivena je nova čestica, proton. Dakle, to je jezgro atoma vodika. Pogledajmo ovu prvu umjetnu nuklearnu reakciju.
Stavljeno je slovo P, dole je označen serijski broj 1, kao vodonik. I maseni broj je postavljen na 1, tj. prema procjeni, već kada su istraživanja provedena u komori oblaka, postalo je jasno da masa protona približno odgovara 1 atomskoj masi.
Obratite pažnju na reakciju. Reakcija se odvijala na sljedeći način:
Azot, atomski broj 7 i maseni broj 14, bombardiran je a-česticama. Znamo da su a-čestice jezgra atoma helijuma sa atomskim brojem 2 i masenim brojem 4. Kao rezultat ove reakcije nastala su dva nova jezgra. Dva potpuno nova artikla.
Prvo jezgro je jezgro koje odgovara atomu kiseonika, sa serijskim brojem 8 i masenim brojem 17. I ta čestica, jezgro atoma vodika, koju sada možemo sa sigurnošću nazvati proton.
Dakle, jezgra atoma vodika i protona su jedno te isto, otkriveni su 1919. godine u suštini u eksperimentima Rutherforda.
Neutron
Sljedeća faza u razvoju strukture atomskog jezgra bila je povezana s imenom Chadwick. Ovo je Rutherfordov učenik. Upravo je on uspio otkriti neutron 1932. godine. Pronalaženje neutrona bilo je mnogo teže, jer je to električki neutralna čestica, kao što već znamo.
Godine 1930. dva njemačka naučnika, Bothe i Becker, kao rezultat eksperimenata, otkrili su da kada se ozrači a-česticama berilijuma, nastaje neko nepoznato zračenje.
Nakon otkrića protona od strane Rutherforda, mnogi znanstvenici su svoje misli i napore usmjerili na izvođenje nuklearnih reakcija, umjetnih nuklearnih reakcija. Uz pomoć a-zraka, počeli su zračiti mnoge elemente, promatrajući reakciju. Tako su njemački naučnici 1930. godine, zračeći berilijum, primili nepoznato zračenje. U početku je odlučeno da se ovo zračenje identificira sa g-zracima. Proširili su se duž prave linije, nisu odstupali u električnom i magnetna polja, posjedovao je visoku energiju i veliku prodornu moć.
Kasnije, proučavanjem drugih reakcija, postalo je jasno da se isti zraci formiraju kada se bor i neki drugi hemijski elementi bombarduju a-zracima. Upoređujući hemijske elemente dobijene kao rezultat ovakvih reakcija, shvatili smo da ti zraci nisu nikakve (zasigurno nisu g-zraci, jer imaju veću prodornu energiju u odnosu na g-zrake).
Rice. 2. James Chadwick
Godine 1932. Chadwick je sugerirao da je ovo neka vrsta nove čestice koja nema električni naboj. Ovo objašnjava sva njegova svojstva: dobro prodire kroz barijere, jer ne stupa u interakciju s jezgrima. Takva nova čestica nazvana je neutron (jer je električno neutralna).
Pogledajmo notaciju ove čestice i razmotrimo njena svojstva. Oznaka za neutron je sljedeća:
Pošto neutron nema naboj, onda se 0 stavlja na dno, gde je napisan broj naelektrisanja, ali njegov maseni broj je 1. Masa neutrona je skoro jednaka, ali nešto veća od mase protona. Stoga je također odlučeno da se u oznaku mase stavi broj jednak 1.
Sada možemo sa sigurnošću reći da neutron i proton čine jezgro atoma. Ali o tome kakav je model atomskog jezgra, šta je to, govorićemo u sledećoj lekciji.
Spisak dodatne literature
- Borovoy A.A. Kako se registruju čestice (na tragu neutrina). "Biblioteka "Kvant"". Problem. 15. M.: Nauka, 1981
- Bronstein M.P. Atomi i elektroni. "Biblioteka "Kvant"". Problem. 1. M.: Nauka, 1980
- Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizika: Udžbenik za 9. razred srednja škola. M.: "Prosvjetljenje"
- Kitaygorodsky A.I. Fizika za svakoga. Fotoni i jezgra. Knjiga 4. M.: Nauka
- Myakishev G.Ya., Sinyakova A.Z. fizika. Optika Kvantna fizika. 11. razred: udžbenik za dubinsko proučavanje fizike. M.: Drofa
- Rutherford E. Selected Scientific Works. Struktura atoma i umjetna transformacija elemenata. Moskva: Nauka, 1965
Zadatak za lekciju
Istorija otkrića neutrona
Istorija otkrića neutrona počinje Chadwickovim neuspješnim pokušajima da otkrije neutrone u električna pražnjenja u vodoniku (zasnovano na prethodno spomenutoj Rutherfordovoj hipotezi). Rutherford je, kao što znamo, izveo prvu umjetnu nuklearnu reakciju bombardirajući jezgra atoma alfa česticama. Ova metoda je uspjela i u izvođenju umjetnih reakcija sa jezgrima bora, fluora, natrijuma, aluminija i fosfora. U ovom slučaju, emitirani su protoni velikog dometa. Nakon toga, bilo je moguće razdvojiti jezgra neona, magnezija, silicijuma, sumpora, hlora, argona i kalijuma. Ove reakcije potvrdili su eksperimenti bečkih fizičara Kirsha i Pettersona (1924.), koji su također tvrdili da su mogli razdvojiti jezgre litijuma, berilijuma i ugljika, što Rutherford i njegovi saradnici nisu uspjeli.
Izbila je rasprava u kojoj je Rutherford osporio cijepanje ova tri jezgra. Nedavno je O. Frisch sugerirao da se rezultati Beča objašnjavaju učešćem u zapažanjima studenata koji su nastojali da "ugode" vođama i vidjeli epidemije tamo gdje ih nije bilo.
Godine 1930. Walter Bothe (1891-1957) i H. Becker bombardirali su berilijum polonijumskim a-česticama. Pritom su otkrili da berilij, kao i bor, emituju jako prodorno zračenje, koje su identificirali sa tvrdim y-zračenjem.
I u januaru 1932. Irene i Frederic Joliot-Curie su na sastanku Pariške akademije nauka izvijestili o rezultatima studija radijacije koje su otkrili Bothe i Becker. Oni su pokazali da je ovo zračenje "sposobno osloboditi protone u supstancama koje sadrže vodonik, dajući im veliku brzinu".
Ove protone su fotografisali u komori oblaka.
U sledećoj komunikaciji, napravljenoj 7. marta 1932. godine, Irene i Frédéric Joliot-Curie su pokazali fotografije tragova protona u komori oblaka izbačenih iz parafina berilijumskim zračenjem.
Tumačeći svoje rezultate, napisali su: „Pretpostavke o elastičnih sudara fotoni sa jezgrom dovode do poteškoća, koje se sastoje, s jedne strane, u činjenici da je za to potreban kvant sa značajnom energijom, a s druge strane u činjenici da se ovaj proces dešava prečesto. Chadwick predlaže pretpostaviti da se zračenje pobuđeno u beriliju sastoji od neutrona - čestica jedinične mase i nultog naboja.
Rezultati Joliot-Curiea ugrozili su zakon održanja energije. Zaista, ako pokušamo protumačiti eksperimente Joliot-Curie na osnovu prisustva u prirodi samo poznatih čestica: protona, elektrona, fotona, onda objašnjenje za pojavu protona velikog dometa zahtijeva proizvodnju fotona s energijom od 50 MeV u berilijumu. U ovom slučaju ispada da energija fotona ovisi o vrsti jezgra trzanja koji se koristi za određivanje energije fotona.
Ovaj sukob je razriješio Chadwick. Postavio je izvor berilijuma ispred jonizacione komore, u koju su padali protoni izbijeni iz parafinske ploče. Postavljajući aluminijumske upijajuće ekrane između parafinske ploče i komore, Chadwick je otkrio da berilijumsko zračenje izbija iz parafina protone s energijama do 5,7 MeV. Da bi takvu energiju prenio protonima, foton mora imati energiju od 55 MeV. Ali ispostavilo se da je energija povratnih jezgara dušika uočena istim berilijumskim zračenjem 1,2 MeV. Za prijenos takve energije na dušik, foton zračenja mora imati energiju od najmanje 90 MeV. Zakon očuvanja energije je nekompatibilan sa fotonskom interpretacijom berilijumskog zračenja.
Chadwick je pokazao da se sve poteškoće otklanjaju ako pretpostavimo da se berilijumsko zračenje sastoji od čestica čija je masa približno jednaka masi protona i nultog naboja. On je te čestice nazvao neutronima. Chadwick je objavio članak o svojim rezultatima u Proceedings of the Royal Society za 1932. Međutim, preliminarna napomena o neutronu je objavljena u izdanju Nature 27. februara 1932. Nakon toga, I. i f. Joliot-Curie u nizu radova 1932-1933. potvrdili postojanje neutrona i njihovu sposobnost da izbace protone iz lakih jezgara. Takođe su ustanovili emisiju neutrona iz jezgara argona, natrijuma i aluminijuma kada su ozračeni a-zracima.
Iz autorove knjigeNeutronski raspad Proton-neutronski model jezgra zadovoljava fizičare i do danas se smatra najboljim. Međutim, na prvi pogled to izaziva određene sumnje. Ako se atomsko jezgro sastoji samo od protona i neutrona, opet se postavlja pitanje kako mogu
Iz autorove knjigeOtkrića P. i M. Curieja Vratimo se radioaktivnosti. Becquerel je nastavio proučavati fenomen koji je otkrio. Smatrao je to svojstvom uranijuma analognim fosforescenciji. Uranijum, prema Becquerelu, "predstavlja prvi primjer metala koji pokazuje svojstva slična
Iz autorove knjigePovijest otkrića neutrona Povijest otkrića neutrona počinje Chadwickovim neuspješnim pokušajima da otkrije neutrone u električnim pražnjenjima u vodiku (zasnovano na prethodno spomenutoj Rutherfordovoj hipotezi). Rutherford je, kao što znamo, izveo prvu umjetnu nuklearnu energiju
Iz autorove knjigeISTORIJA OTKRIĆA ZAKONA UDARA Galileo je već bio zainteresovan za pitanja teorije udara. Njima je posvećen „šesti dan“ čuvenih „Razgovora“, koji je ostao nedovršen. Galileo je smatrao da je neophodno da se, pre svega, utvrdi „koji uticaj ima rezultat udarca, s jedne strane
Iz autorove knjigeISTORIJA OTKRIĆA ZAKONA GRAvitacije Descartes je 12. septembra 1638. pisao Mersenneu: „Nemoguće je reći bilo šta dobro i čvrsto o brzini, a da se u praksi ne objasni šta je gravitacija i, u isto vrijeme, cijeli sistem svijet” (111). Ova izjava je dijametralno suprotna izjavi
Iz autorove knjige1. Povijest otkrića fenomena katalize Kataliza je promjena brzine hemijska reakcija u prisustvu katalizatora. Najjednostavnije naučne informacije o katalizi su već bile poznate početkom XIX in. Čuveni ruski hemičar, akademik K. S. Kirchhoff, otkrio je 1811. katalizator
Iz autorove knjigeProfesor koji nije želio otkriti Sljedeća osoba nakon Maxwella koja je izmislila novi fundamentalni koncept bio je čovjek koji to nije želio i nije bio baš pogodan za to - 42-godišnji njemački profesor Max Karl Ernst Ludwig Planck. Odrastao je u porodici profesora prava, i
Iz autorove knjige2. Na rubu otkrića Dakle, svi su zainteresirani za Mjesec! Napad na nju počeo je 1959. godine, kada je cijeli svijet čuo poruku TASS-a u kojoj se navodi da je „2. januara u SSSR-u uspješno lansirana prva svemirska raketa Luna-1 (Dream), usmjerena prema Mjesecu i postala prva umjetna planeta
Iz autorove knjigePopodnevne napomene o prirodi neutrona Govor J. Verviera na zatvaranju Konferencije u Antwerpenu 1965. različite zemlje. moramo, međutim,
Iz autorove knjigeXII. VELIKA GEOGRAFSKA OTKRIĆA I ASTRONOMIJA Interesi trgovine doveli su do krstaških ratova, koji su u suštini bili osvajačko-trgovačke ekspedicije. U vezi sa razvojem trgovine, rastom gradova i širenjem zanatstva, u novonastaloj buržoaskoj klasi,
Iz autorove knjigeXIX. MEHANIČKA I TELESKOPSKA OTKRIĆA Dugo nakon Kopernika, "ortodoksni" Ptolomejev sistem se još uvijek predavao na univerzitetima i podržavao ga crkva. Na primjer, astronom Mestlin (1550–1631), Keplerov učitelj, bio je pristalica učenja Kopernika (on,
Iz autorove knjigeOtkrića ne umiru Živeći u doba kosmosa i atoma, prirodno je ugledati se na nauku ovog doba. Ali ne treba ići u krajnost - prezrivo odbaciti sve što su prethodnici otkrili. Da, "devedeset posto svih naučnika je živo, rade pored nas." Ali ako
Iz autorove knjige1. Ljudi i otkrića Počeli su govoriti različitim jezicima. Oni su poznavali tugu i voljeli tugu, čeznuli su za mukom i govorili da se istina postiže samo mukom. Onda su dobili nauku. F. M. Dostojevski. San smiješnog čovjeka Gotovo da slušamo i čitamo o otkrićima
Iz autorove knjigePRVA OTKRIĆA Iako je Davy unajmio Faradaya da jednostavno pere epruvete i obavlja slične zadatke, Michael je pristao na ove uslove, koristeći svaku priliku da se približi pravoj nauci. Nešto kasnije, u oktobru
Proton-neutronska teorija. Nakon otkrića atomskog jezgra, dosta dugo (oko 20 godina) vjerovalo se da se jezgro sastoji od protona i elektrona: A protona i A - Z elektrona. Pomisao na ovo se činila prirodnom, jer je tokom radioaktivnog raspada uočena emisija elektrona (p-čestica). Istovremeno, pošto je masa protona mnogo veća od mase elektrona, bilo je moguće objasniti ne samo naboj, već i masu jezgra. Ali model proton-elektrona također je imao kontradiktornosti. Sa razvojem kvantna mehanika nekompatibilnost "veličina" jezgra i elektrona postajala je sve očiglednija. Osim toga, otkrivena je još jedna nedosljednost, nazvana "azotna katastrofa". Utvrđeno je da je spin jezgra azota sa A = 14 jednak 1, tj. ima cjelobrojnu vrijednost, dok je model predviđao vrijednost od pola riječi, kao i za svaki sistem koji se sastoji od neparnog broja fermiona.1 Ovo je nametnulo uvođenje dodatnih pretpostavki da su elektroni u jezgru u nekom posebnom vezanom stanju. Zanimljivo je da je Rutherford još 1920. godine postavio hipotezu o postojanju "neutrona" - kombinacije blisko povezanih elektrona i protona.
U narednim godinama učinjeno je mnogo pokušaja da se dokaže postojanje neutrona koji je postulirao Rutherford. To je postignuto tek 1932. J. Chadwick je proučavao svojstva jako prodornog zračenja koje nastaje bombardiranjem berilijuma ili bora alfa česticama. U početku se pretpostavljalo da su to vrlo čvrsti y-zraci. Međutim, kada je otkrivena sposobnost nepoznatog zračenja da izbaci brze protone iz supstanci koje sadrže vodonik (slika 1.4), ova pretpostavka je morala biti napuštena, jer je bila u suprotnosti sa zakonima održanja energije i impulsa. Chadwick je pokazao da se sve eksperimentalne činjenice mogu lako objasniti ako pretpostavimo da je nepoznato zračenje mlaz nenabijenih čestica mase približno jednaka masi proton. U Chadwickovim prvim proračunima pokazalo se da je masa neutrona tek nešto manja od zbira masa protona i elektrona, t r + t e> a na početku, u duhu Rutherfordove hipoteze, Chadwick je smatrao da je neutron složena čestica. Međutim, kasnija tačna mjerenja su pokazala da je neutron oko 1,5 t e teži od atoma vodonika. Prema modernim konceptima, neutron (P)- ista elementarna čestica kao i proton. Njegov električni naboj je nula, a spin, kao kod protona i elektrona, /G.
Rice. 1.4.
Nakon otkrića neutrona, protonsko-elektronska hipoteza o strukturi jezgra je odbačena i zamijenjena proton-neutronskom (D.D. Ivanenko, V. Heisenberg, E. Majorana, 1932). atomsko jezgro sastoji se od protona i neutrona, koji se zajednički nazivaju nukleoni. Broj protona u jezgru jednak je atomskom broju Z odgovarajućeg hemijskog elementa, a zbir broja protona i neutrona jednak je masenom broju ALI. Dakle, broj neutrona N \u003d A - Z. Raznovrsnost atoma hemijskog elementa sa određenim protonsko-neutronskim sastavom jezgra naziva se nuklid. Kao nuklidni simbol
koristite notaciju at E , gdje je E simbol elementa (^HeJ^C^N/gO, itd.). Često se izostavlja atomski broj Z, jer duplira simbol E. Dakle, 4He jezgro (a-čestica) sadrži 2 protona i 2 neutrona. Jezgro l4 N sastoji se od 7 protona i 7 neutrona, tj. sadrži 14 nukleona, od kojih je spin svaki /G. Ukupan spin takvog sistema mora biti ceo broj, što se zapravo i posmatra.
Zovu se jezgra sa istim Z izotopi, sa istim N - izotoni, sa istim A - izobare.
- Postojanje spina elektrona, odnosno njegovog sopstvenog ugaonog momenta, prvi su postulirali S. Goudsmit i J. Uhlenbeck na osnovu analize fine strukture atomski spektri Hipoteza spina je eksperimentalno potvrđena u eksperimentima O. Sterna i V. Gerlacha. Fermioni su sve čestice koje imaju polucijeli broj (u jedinicama Planckove konstante h) spin. Spinovi elektrona i protona su /g. Spin sistema neparnog broja fermiona može biti samo poluceo, a parnog broja samo ceo broj. Za više detalja o spinu jezgra pogledati predavanja 3-4.
- To jest, ima vrlo malo dno valova ili visoku energiju. Zračenje berilijumske mete, koja se sastoji od neutralnih čestica, prvi su otkrili W. Bothe i G. Becker 1930. godine.
- Koncept elementarnog čaja uveden je u fiziku nakon što je postalo očigledno da su atom i atomsko jezgro složeni, kompozitni objekti. Mnoge elementarne čestice otkrivene su 30-50-ih godina. 20ti vijek karakteristična karakteristika većina elementarnih čestica je njihova transformacija jedna u drugu kao rezultat spontanog raspadanja. Slobodni neutron je najdugovječniji od nestabilnih elementarnih čestica: njegov prosječni životni vijek je oko 15 minuta.
Vodik, element koji ima najjednostavniju strukturu. Ima pozitivan naboj i gotovo neograničen vijek trajanja. To je najstabilnija čestica u svemiru. Protoni nastali kao rezultat Velikog praska još se nisu raspali. Masa protona je 1,627*10-27 kg ili 938,272 eV. Češće se ova vrijednost izražava u elektron voltima.
Proton je otkrio "otac" nuklearne fizike, Ernest Rutherford. On je iznio hipotezu da se jezgra atoma svih kemijskih elemenata sastoje od protona, jer po masi premašuju jezgro atoma vodika cijeli broj puta. Rutherford je postavio zanimljiv eksperiment. Tada je već bila otkrivena prirodna radioaktivnost nekih elemenata. Koristeći alfa zračenje (alfa čestice su jezgra helijuma visoke energije), naučnik je ozračio atome azota. Kao rezultat ove interakcije, čestica je emitovana. Rutherford je sugerirao da je to bio proton. Dalji eksperimenti u Wilsonovoj mjehurastoj komori potvrdili su njegovu pretpostavku. Tako je 1913. otkrivena nova čestica, ali se Rutherfordova hipoteza o sastavu jezgra pokazala neodrživom.
Otkriće neutrona
Veliki naučnik pronašao je grešku u svojim proračunima i iznio hipotezu o postojanju još jedne čestice koja je dio jezgra i ima gotovo istu masu kao proton. Eksperimentalno to nije mogao otkriti.
To je 1932. godine uradio engleski naučnik Džejms Čedvik. Postavio je eksperiment tokom kojeg je bombardovao atome berilijuma visokoenergetskim alfa česticama. Kao rezultat nuklearne reakcije, iz jezgre berilija izletjela je čestica, kasnije nazvana neutron. Chadwick je tri godine kasnije dobio Nobelovu nagradu za svoje otkriće.
Masa neutrona se zaista malo razlikuje od mase protona (1,622 * 10-27 kg), ali ova čestica nema naboj. U tom smislu je neutralan i istovremeno sposoban da izazove fisiju teških jezgara. Zbog nedostatka naboja, neutron može lako proći kroz visoku Kulonovu potencijalnu barijeru i postati ugrađen u strukturu jezgra.
Proton i neutron imaju kvantna svojstva(može pokazati svojstva čestica i valova). Neutronsko zračenje se koristi u medicinske svrhe. Velika prodorna moć omogućava ovom zračenju da ionizira duboke tumore i druge maligne formacije i otkrije ih. U ovom slučaju, energija čestica je relativno mala.
Neutron je, za razliku od protona, nestabilna čestica. Njegov životni vijek je oko 900 sekundi. Raspada se na proton, elektron i elektronski neutrino.