A mag felépítése
Az atommag proton-neutron modellje
A neutron felfedezése
Az atommag elektron-proton modelljének nehézségei
Rutherford kísérletei után Bohr elmélete a hidrogénatomról és végül a teremtés kvantum elmélet A hidrogénatomról Schrödinger és Heisenberg, világos minőségi kép alakult ki az atomok szerkezetéről. Az atom egy magból és a körülötte mozgó elektronokból áll. Az atomspektrumok tanulmányozására szolgáló kísérleti módszerek gazdag anyagot szolgáltattak az atom elektronszerkezetének tanulmányozásához. A sötét folt a kernel eszköz volt.
Az első kernelmodell mindössze kettő ismeretén alapult elemi részecskék- elektron és proton (1932-ig). Protonokat először Rutherford állított elő a reakció során
(1)
Ez a reakció az volt a-részecske (a hélium atom magja) egy nitrogénatom magjába repült. Ennek eredményeként egy oxigénizotóp és egy másik részecske született. A mágneses térbe helyezett felhőkamrában a nyomok megfigyelése lehetővé tette ennek a részecskének a hidrogénatom magjával való azonosítását, amely az összes atommag közül a legegyszerűbb.
Ezen ismeretek alapján feltételezték, hogy az atommagok protonokból és elektronokból állnak. E modell szerint a nitrogénatom például a következőkből állt 7 elektronok az elektronhéjban, 14 protonok az atommagban és 7 nukleáris elektronok. Ezt a nézetet megerősítette a felfedezés b- számos mag bomlása. Ennek eredményeként b- az atommag bomlása elektront bocsátott ki. Ám a modell elfogadhatatlanná vált, miután felfedezték kétféle azonos részecske – fermionok és bozonok – létezését és tulajdonságaikat. Az elektron-proton modell szerint kiderült, hogy a nitrogénatomnak bozonnak kell lennie, és a kísérleti adatok szerint ez egy fermion. Nem sikerült megmagyarázni az atomok és atommagok mágneses momentumainak értékét sem. Emellett számos kísérleti adat jelent meg a röntgenfotonok atommagok általi emissziójáról. Kiderült, hogy az atomok emissziós spektrumához hasonlóan az atommagok emissziós spektruma is lineáris, vagyis az atommagot alkotó részecskék olyan állapotban vannak, bizonyos értékeket energia. De itt van az elektronok energiaspektrumának tanulmányozása, amely abból ered b- bomlás, azt mutatta, hogy ezek a spektrumok folytonosak, és nem lehetett megmagyarázni ezen elektronikus spektrumok eredetét. A magelektronnak, akárcsak az atommag többi részecskéjének, energiaszinten kellett lennie. Ennek eredményeként távozik b- a bomlási elektronoknak is rendelkezniük kell bizonyos energiával, ami nem történt meg.
Chadwick kísérletei. A neutron felfedezése
Rutherford 1920-ban sejtette, hogy létezik egy semleges elemi részecske, amely egy elektron és egy proton fúziója eredményeként keletkezett. A harmincas években J. Chadwicket meghívták a Cavendish Laboratóriumba, hogy végezzen kísérleteket e részecske kimutatására. A kísérletek sok éven át zajlottak. Hidrogén keresztül történő elektromos kisülés segítségével szabad protonokat kaptak, amelyekkel a különböző elemek magjait bombázták. A számítás az volt, hogy a kívánt részecskét ki lehet ütni az atommagból és megsemmisíteni, illetve közvetve rögzíteni lehet a kiütési aktusokat a bomló proton és elektron nyomai által.
1930-ban Bothe és Becker besugárzás közben a- berillium részecskék nagy áthatoló erejű sugárzást találtak. Ismeretlen sugarak haladtak át ólomon, betonon, homokon stb. Eleinte nehéznek kellett lennie röntgensugarak. De ez a feltevés nem állta ki a vizsgálatot. Az atommagokkal való ritka ütközések megfigyelésekor az utóbbi olyan nagy hozamot kapott, aminek magyarázatához a röntgenfotonok szokatlanul nagy energiáját kellett feltételezni.
Chadwick úgy döntött, hogy Bothe és Becker kísérletei során a semleges részecskéket, amelyeket kimutatni próbált, a berillium bocsátotta ki. Megismételte a kísérleteket, remélve, hogy semleges részecskék szivárgását találja, de hiába. A nyomok nem találhatók. Félretette kísérleteit.
Kísérleteinek folytatásához a döntő lendületet Irene és Frédéric Joliot-Curie cikke adta a berilliumsugárzás azon képességéről, hogy képes kiütni a protonokat a paraffinból (1932. január). Joliot-Curie eredményeit figyelembe véve módosította Bothe és Becker kísérleteit. Új telepítésének sémája a 30. ábrán látható. A berilliumsugárzást szórással kaptuk a-
részecskék egy berillium lemezen. A sugárútba paraffin blokkot helyeztek. Kiderült, hogy a sugárzás protonokat üt ki a paraffinból.
Ma már tudjuk, hogy a berillium sugárzása neutronfolyam. Tömegük majdnem megegyezik a proton tömegével, így a neutronok az energia nagy részét az előrerepülő protonoknak adják át.A paraffinból kiütött és előrerepülő protonok energiája kb. 5,3 MeV. Chadwick azonnal elvetette annak lehetőségét, hogy a protonok kiütését a Compton-effektussal magyarázzák, hiszen ebben az esetben azt kellett feltételezni, hogy a protonok által szórt fotonok energiája kb. 50 MeV(akkor még nem ismertek ilyen nagy energiájú fotonok forrását). Ezért arra a következtetésre jutott, hogy a megfigyelt kölcsönhatás a séma szerint megy végbe
Joliot-Curie reakció (2)
Ebben a kísérletben nemcsak szabad neutronokat figyeltek meg először, hanem ez volt az első nukleáris átalakulás is - a hélium és berillium fúziójával szén előállítása.
A mai óra témája: „A proton felfedezése. A neutron felfedezése. Ezen megtudhatjuk, hogyan történt a huszadik század egyik nagy felfedezése. Az összes atommagot alkotó két legfontosabb részecskét, a protont és a neutront Rutherford 1919-ben, Chadwick pedig 1932-ben fedezte fel. Kísérletileg sikerült megállapítaniuk és bizonyítaniuk, hogy ez a két részecske bármely atommag része.
Elképesztő történet történt a huszadik század legelején. Ekkor fedezték fel az összes magot alkotó két legfontosabb részecskét. kémiai elemek- proton és neutron.
Proton
Kezdjük sorban – a protonnal. Mint tudják, 1919-ben E. Rutherford fedezte fel. Tudjuk, hogy 1911-ben már megtörtént Rutherford kísérlete az atom szerkezetének meghatározására. 1913-ban pedig i.e. 2 évvel híres kísérlete után Rutherford egy nagyon fontos ötletet terjesztett elő. Azt javasolta, hogy vegyék figyelembe, hogy bármely mag összetétele, i.e. az összes kémiai elem közül bármelyik kémiai elem magjában van hidrogén. Mire épült az érvelése?
A hidrogénatommagok jellemzőit már meghatározták. Ismerték a tömeget, ismerték a hidrogénmag töltését. Kiderült, hogy a kémiai elemek tömegét maradék nélkül elosztjuk a hidrogén tömegével. Így Rutherford azt a kijelentést tette, hogy nagy valószínűséggel bármely atommagban van egy vagy több hidrogénatom.
De minden elméletet kísérlettel kell megerősíteni. Egy ilyen kísérletre 1919-ben került sor, és ekkor fedezték fel a protont. Rutherford a-részecskéket használt kísérletében. Rutherford a nitrogénmagokhoz irányította őket. A kísérlet eredményeként néhány kémiai elem közül kettőt kaptunk. Az egyiket azonosították - az oxigént, a második pedig minden valószínűség szerint hidrogén volt. Felhívom a figyelmet: itt nem volt bizonyosság. Miért?
Rutherford kísérletében azt a módszert alkalmazta, amelyről az előző leckében már beszéltünk - a szcintillációs módszert, amikor egy bejövő részecske felvillan. Az ilyen kísérletek eredményei alapján úgy ítélte meg, hogy létezik valamiféle részecske, amely megfelel a hidrogénmag atomjának.
1. ábra. A nitrogén atommagok a-részecskék általi bombázásának eredménye: oxigén és a hidrogénatommaggal azonos részecske keletkezett
Ezt a részecskét, a hidrogén atommagját protonnak nevezte (a görög "protos" - "első" szóból). Amikor ezt a kísérletet megismételték, de már egy felhőkamrában, és ez a kamra mágneses térben volt, már nem volt kétség: egy új részecskét, a protont fedezték fel. Tehát ez a hidrogénatom magja. Nézzük ezt az első mesterséges nukleáris reakciót.
A P betűt, alatta az 1-es sorszámot jelöljük, mint a hidrogént. A tömegszám pedig 1-re van állítva, azaz. becslések szerint már a felhőkamrában végzett vizsgálatok során világossá vált, hogy a proton tömege megközelítőleg 1 atomtömegnek felel meg.
Ügyeljen a reakcióra. A reakció a következőképpen zajlott:
A 7-es atomszámú és 14-es tömegű nitrogént a-részecskékkel bombázták. Tudjuk, hogy az a-részecskék a hélium atom 2-es rendszámú és 4-es tömegszámú magjai. A reakció eredményeként két új atommag keletkezett. Két teljesen új elem.
Az első atommag az oxigénatomnak megfelelő mag, 8-as sorszámmal és 17-es tömegszámmal. És az a részecske, a hidrogénatom magja, amelyet ma már nyugodtan protonnak nevezhetünk.
Tehát a hidrogénatom és a proton magja egy és ugyanaz, lényegében 1919-ben fedezték fel őket Rutherford kísérletei során.
Neutron
Az atommag szerkezetének fejlődésének következő szakasza Chadwick nevéhez fűződött. Ő Rutherford tanítványa. Neki sikerült 1932-ben felfedeznie a neutront. Sokkal nehezebb volt megtalálni a neutront, mivel az elektromosan semleges részecske, mint azt már tudjuk.
1930-ban két német tudós, Bothe és Becker kísérletek eredményeként felfedezte, hogy ha berillium a-részecskékkel besugározzák, ismeretlen sugárzás keletkezik.
Miután Rutherford felfedezte a protont, sok tudós nukleáris reakciók, mesterséges nukleáris reakciók végrehajtására irányította gondolatait és erőfeszítéseit. Az a-sugarak segítségével számos elemet kezdtek besugározni, megfigyelve a reakciót. Tehát a német tudósok 1930-ban a berilliumot besugározva ismeretlen sugárzást kaptak. Kezdetben úgy döntöttek, hogy ezt a sugárzást g-sugarakkal azonosítják. Egyenes vonal mentén terjedtek, nem tértek el az elektromos ill mágneses mezők, nagy energiával és nagy áthatolóerővel rendelkezik.
Később más reakciók tanulmányozásakor világossá vált, hogy a bór és néhány más kémiai elem a-sugarakkal történő bombázásakor ugyanazok a sugarak keletkeznek. Összehasonlítva az ilyen reakciók eredményeként kapott kémiai elemeket, rájöttünk, hogy ezek a sugarak nem akármilyen sugarak (ezek biztosan nem g-sugarak, mivel a g-sugarakhoz képest nagyobb áthatolási energiával rendelkeznek).
Rizs. 2. James Chadwick
1932-ben Chadwick azt javasolta, hogy ez valamiféle új részecske, amelynek nincs elektromos töltése. Ez megmagyarázza minden tulajdonságát: jól áthatol az akadályokon, mert nem lép kölcsönhatásba az atommagokkal. Egy ilyen új részecskét neutronnak neveztek (mivel elektromosan semleges).
Nézzük meg ennek a részecske jelölését, és beszéljük meg tulajdonságait. A neutron jelölése a következő:
Mivel a neutronnak nincs töltése, ezért 0 kerül alulra, ahol a töltésszámot írjuk, de a tömegszáma 1. A neutron tömege közel azonos, de valamivel nagyobb, mint a proton tömege. Ezért úgy döntöttek, hogy a tömegmegjelölésben 1-gyel egyenlő számot helyeznek el.
Most már nyugodtan kijelenthetjük, hogy a neutron és a proton alkotja az atommagot. De arról, hogy mi az atommag modellje, mi az, a következő leckében fogunk beszélni.
Kiegészítő irodalom jegyzéke
- Borovoy A.A. A részecskék regisztrálása (neutrínók nyomán). "Kvantum könyvtár". Probléma. 15. M.: Nauka, 1981
- Bronstein M.P. Atomok és elektronok. "Kvantum könyvtár". Probléma. 1. M.: Nauka, 1980
- Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizika: Tankönyv a 9. osztály számára Gimnázium. M.: "Felvilágosodás"
- Kitajgorodszkij A.I. Fizika mindenkinek. Fotonok és atommagok. 4. könyv M.: Tudomány
- Myakishev G.Ya., Sinyakova A.Z. Fizika. Optika A kvantumfizika. 11. évfolyam: tankönyv a fizika elmélyült tanulmányozásához. M.: Túzok
- Rutherford E. Válogatott tudományos munkák. Az atom szerkezete és az elemek mesterséges átalakulása. Moszkva: Nauka, 1965
Feladat a leckéhez
A neutron felfedezésének története
A neutron felfedezésének története Chadwick sikertelen kísérleteivel kezdődik a neutronok észlelésére elektromos kisülések hidrogénben (a már említett Rutherford-hipotézis alapján). Rutherford, mint tudjuk, az első mesterséges magreakciót hajtotta végre úgy, hogy az atommagokat alfa-részecskékkel bombázta. Ezzel a módszerrel sikerült mesterséges reakciókat végrehajtani a bór, fluor, nátrium, alumínium és foszfor magjaival is. Ebben az esetben nagy hatótávolságú protonokat bocsátottak ki. Ezt követően lehetőség nyílt a neon, a magnézium, a szilícium, a kén, a klór, az argon és a kálium magjainak hasítására. Ezeket a reakciókat megerősítették Kirsch és Petterson (1924) bécsi fizikusok kísérletei, akik azt is állították, hogy képesek voltak kettéhasítani a lítium, a berillium és a szén atommagjait, ami Rutherfordnak és munkatársainak nem sikerült.
Kitört egy vita, amelyben Rutherford vitatta e három mag kettéválását. A közelmúltban O. Frisch felvetette, hogy a bécsiek eredményeit a hallgatók megfigyeléseiben való részvétele magyarázza, akik a vezetők "tetszésére" törekedtek, és járványokat láttak ott, ahol nem volt.
1930-ban Walter Bothe (1891-1957) és H. Becker polónium-a-részecskékkel bombázta a berilliumot. Ennek során azt találták, hogy a berillium, valamint a bór erősen áthatoló sugárzást bocsát ki, amit kemény y-sugárzással azonosítottak.
1932 januárjában Irene és Frederic Joliot-Curie pedig a Párizsi Tudományos Akadémia ülésén számolt be a Bothe és Becker által felfedezett sugárzási vizsgálatok eredményeiről. Kimutatták, hogy ez a sugárzás "képes protonokat felszabadítani hidrogéntartalmú anyagokban, nagy sebességet biztosítva nekik".
Ezeket a protonokat egy felhőkamrában fényképezték le.
A következő közleményben, 1932. március 7-én, Irene és Frédéric Joliot-Curie fényképeket mutatott be protonok nyomairól egy felhőkamrában, amelyet berilliumsugárzás kiütött a paraffinból.
Eredményeiket értelmezve ezt írták: „Feltételezések kb rugalmas ütközések az atommaggal rendelkező fotonok nehézségekhez vezetnek, egyrészt abból, hogy ehhez jelentős energiájú kvantumra van szükség, másrészt abból, hogy ez a folyamat túl gyakran fordul elő. Chadwick azt javasolja, hogy feltételezzük, hogy a berilliumban gerjesztett sugárzás neutronokból áll - egységnyi tömegű és nulla töltésű részecskékből.
Joliot-Curie eredményei veszélyeztették az energiamegmaradás törvényét. Valóban, ha a Joliot-Curie kísérleteket csak az ismert részecskék: protonok, elektronok, fotonok jelenléte alapján próbáljuk értelmezni, akkor a nagy hatótávolságú protonok megjelenésének magyarázatához 50-es energiájú fotonok előállítására van szükség. MeV berilliumban. Ebben az esetben a fotonenergiáról kiderül, hogy a fotonenergia meghatározásához használt visszarúgási atommag típusától függ.
Ezt a konfliktust Chadwick oldotta meg. Ionizációs kamra elé berilliumforrást helyezett, amelybe egy paraffinlemezből kiütött protonok hullottak. A paraffinlemez és a kamra közé alumíniumelnyelő szitákat helyezve Chadwick megállapította, hogy a berilliumsugárzás akár 5,7 MeV energiájú protonokat is kiüt a paraffinból. Ahhoz, hogy ezt az energiát a protonokkal közölje, magának a fotonnak 55 MeV energiával kell rendelkeznie. De az azonos berilliumsugárzás mellett megfigyelt nitrogén-visszapattanó magok energiája 1,2 MeV. Az ilyen energia nitrogénbe történő átviteléhez a sugárzási fotonnak legalább 90 MeV energiájúnak kell lennie. Az energiamegmaradás törvénye nem egyeztethető össze a berilliumsugárzás fotonértelmezésével.
Chadwick kimutatta, hogy minden nehézség megszűnik, ha feltételezzük, hogy a berilliumsugárzás olyan részecskékből áll, amelyek tömege megközelítőleg megegyezik a proton tömegével és nulla töltés. Ezeket a részecskéket neutronoknak nevezte. Chadwick a Proceedings of the Royal Society for 1932-ben publikált egy cikket eredményeiről. A Nature 1932. február 27-i számában azonban megjelent egy előzetes megjegyzés a neutronról. Ezt követően I. és f. Joliot-Curie számos 1932-1933-as művében. megerősítette a neutronok létezését és azt a képességét, hogy protonokat ütjenek ki a könnyű atommagokból. Megállapították továbbá az argon-, nátrium- és alumíniummagokból származó neutronok kibocsátását a-sugárzással.
A szerző könyvébőlNeutronbomlás Az atommag proton-neutron modellje kielégíti a fizikusokat, és a mai napig a legjobbnak tartják. Első pillantásra azonban kételyeket vet fel. Ha az atommag csak protonokból és neutronokból áll, ismét felmerül a kérdés, hogyan
A szerző könyvébőlP. és M. Curie felfedezései Térjünk vissza a radioaktivitáshoz. Becquerel folytatta az általa felfedezett jelenség tanulmányozását. Az urán foszforeszcenciával analóg tulajdonságának tartotta. Becquerel szerint az urán „az első példája annak a fémnek, amely hasonló tulajdonságokkal rendelkezik
A szerző könyvébőlA neutron felfedezésének története A neutron felfedezésének története Chadwick sikertelen kísérleteivel kezdődik a hidrogénben történő elektromos kisülések neutronjainak kimutatására (a már említett Rutherford hipotézis alapján). Rutherford, mint tudjuk, végrehajtotta az első mesterséges atommagot
A szerző könyvébőlA HATÁSTÖRVÉNYEK FELFEDEZÉSÉNEK TÖRTÉNETE Galileót már akkor is érdekelték a hatáselmélet kérdései. Nekik van szentelve a híres „Beszélgetések” „hatodik napja”, amely nem maradt el teljesen. Galilei mindenekelőtt azt tartotta szükségesnek meghatározni, hogy „milyen hatást fejt ki az ütés eredménye, egyrészt
A szerző könyvébőlA GRAVITÁCIÓS TÖRVÉNY FELFEDEZÉSÉNEK TÖRTÉNETE 1638. szeptember 12-én Descartes ezt írta Mersenne-nek: „Lehetetlen bármi jót és szilárd dolgot mondani a sebességről anélkül, hogy a gyakorlatban el ne magyaráznánk, mi a gravitáció, és egyben az egész rendszer. a világ” (111). Ez az állítás homlokegyenest ellentétes a kijelentéssel
A szerző könyvéből1. A katalízis jelenségének felfedezésének története A katalízis a sebesség változása kémiai reakció katalizátorok jelenlétében. A katalízissel kapcsolatos legegyszerűbb tudományos információkat már ismerték eleje XIX ban ben. A híres orosz kémikus, K. S. Kirchhoff akadémikus 1811-ben fedezett fel egy katalizátort.
A szerző könyvébőlEgy professzor, aki nem akart felfedezni A 42 éves német professzor, Max Karl Ernst Ludwig Planck volt a következő személy, aki egy új alapkoncepciót talált ki. Jogprofesszor családjában nőtt fel, ill
A szerző könyvéből2. A felfedezés szélén Szóval mindenkit érdekel a Hold! A támadás 1959-ben kezdődött, amikor az egész világ hallott egy TASS-üzenetet, amely szerint „január 2-án sikeresen fellőtték a Szovjetunióban az első Luna-1 (Álom) űrrakétát, amelyet a Hold felé irányítottak, és ez lett az első mesterséges bolygó.
A szerző könyvébőlDélutáni megjegyzések a neutron természetéről J. Vervier beszéde az 1965-ös Antwerpeni Konferencia zárásakor különböző országok. Nekünk azonban
A szerző könyvébőlXII. NAGY FÖLDRAJZI FELFEDEZÉSEK ÉS CSILLAGÁSZAT A kereskedelem érdekei szülték a keresztes hadjáratokat, amelyek lényegében hódító-kereskedelmi hadjáratok voltak. A kereskedelem fejlődésével, a városok növekedésével és a kézművesség térhódításával összefüggésben a feltörekvő polgári osztályban
A szerző könyvébőlXIX. MECHANIKAI ÉS TELESZKÓPOS FELFEDEZÉSEK Kopernikusz után sokáig az "ortodox" ptolemaioszi rendszert oktatták az egyetemeken, és az egyház is támogatta. Például Mestlin (1550–1631) csillagász, Kepler tanára Kopernikusz tanításának híve volt (ő,
A szerző könyvébőlA felfedezések nem halnak meg A kozmosz és az atom korában élve természetes, hogy felnézünk a kor tudományára. De nem szabad a végletekig rohanni – gúnyosan elutasítani mindent, amit az elődök találtak. Igen, "az összes tudós kilencven százaléka él, mellettünk dolgozik." De ha
A szerző könyvéből1. Emberek és felfedezések Beszélni kezdtek különböző nyelvek. Ismerték a bánatot és szerették a bánatot, kínra vágytak, és azt mondták, hogy az igazságot csak kínnal lehet elérni. Aztán megkapták a tudományt. F. M. Dosztojevszkij. Egy vicces férfi álma Szinte felfedezésekről hallunk és olvasunk
A szerző könyvébőlELSŐ FELFEDEZÉSEK Bár Davy felbérelte Faradayt, hogy egyszerűen mosson kémcsöveket és végezzen hasonló feladatokat, Michael beleegyezett ezekbe a feltételekbe, és minden lehetőséget megragadott, hogy közelebb kerüljön a valódi tudományhoz. Valamivel később, októberben
Proton-neutron elmélet. Az atommag felfedezése után meglehetősen hosszú ideig (kb. 20 évig) azt hitték, hogy az atommag protonokból és elektronokból áll: A protonokból és A-Z elektronokból. Ennek gondolata természetesnek tűnt, mert a radioaktív bomlás során elektronok (p-részecskék) kibocsátását figyelték meg. Ugyanakkor, mivel a proton tömege sokkal nagyobb, mint az elektron tömege, nemcsak a töltést, hanem az atommag tömegét is meg lehetett magyarázni. De a proton-elektron modellnek is voltak ellentmondásai. Fejlődéssel kvantummechanika az atommag és az elektron "méreteinek" összeférhetetlensége egyre nyilvánvalóbbá vált. Emellett egy másik következetlenségre is fény derült, az úgynevezett "nitrogénkatasztrófára". Megállapítást nyert, hogy a nitrogénmag spinje, ahol A = 14, egyenlő 1-gyel, azaz. egész értéke van, míg a modell félszavas értéket jósolt meg, mint minden páratlan számú fermionból álló rendszer esetében.1 Ez további feltételezések bevezetésére kényszerítette, hogy az atommag elektronjai valamilyen speciális kötött állapotban vannak. Érdekes módon Rutherford még 1920-ban feltételezte egy "neutron" létezését - ez a szorosan kapcsolódó elektron és proton kombinációja.
A következő években számos kísérlet történt a Rutherford által feltételezett neutron létezésének bizonyítására. Ezt csak 1932-ben sikerült elérni. J. Chadwick a berillium vagy bór alfa-részecskékkel történő bombázásából származó, erősen áthatoló sugárzás tulajdonságait tanulmányozta. Először azt feltételezték, hogy ezek nagyon kemény y-sugarak. Amikor azonban kiderült, hogy az ismeretlen sugárzás képes gyors protonokat kiütni a hidrogént tartalmazó anyagokból (1.4. ábra), ezt a feltevést el kellett hagyni, mivel ellentmondott az energia- és impulzusmegmaradás törvényeinek. Chadwick megmutatta, hogy minden kísérleti tény könnyen megmagyarázható, ha feltételezzük, hogy az ismeretlen sugárzás töltetlen részecskék áramlata, amelynek tömege megközelítőleg egyenlő a tömeggel proton. Chadwick első számításaiban a neutron tömege csak valamivel kisebbnek bizonyult, mint a proton és az elektron tömegének összege. t r + t e> kezdetben pedig – Rutherford hipotézisének szellemében – Chadwick a neutront összetett részecskének tekintette. A későbbi pontos mérések azonban azt mutatták, hogy a neutron körülbelül 1,5 t e nehezebb, mint egy hidrogénatom. A modern fogalmak szerint a neutron (P)- ugyanaz az elemi részecske, mint a proton. Elektromos töltése nulla, spinje pedig, mint a protonnak és az elektronnak, /G.
Rizs. 1.4.
A neutron felfedezése után az atommag szerkezetére vonatkozó proton-elektron hipotézist elvetették, és a proton-neutron hipotézissel helyettesítették (D.D. Ivanenko, V. Heisenberg, E. Majorana, 1932). atommag protonokból és neutronokból áll, összefoglaló néven nukleonok. Az atommagban lévő protonok száma megegyezik a megfelelő kémiai elem Z rendszámával, a protonok és neutronok számának összege pedig a tömegszámmal DE. Ezért a neutronok száma N \u003d A-Z. Az atommag bizonyos proton-neutron összetételű kémiai elemeinek különféle atomjait nevezzük nuklid. Nuklid szimbólumként
használja a jelölést nál nél E , ahol E az elem szimbóluma (^HeJ^C^N/gO stb.). A Z rendszámot gyakran kihagyják, mivel az az E szimbólumot duplikálja. Így a 4 He mag (a-részecske) 2 protont és 2 neutront tartalmaz. Az l4 N atommag 7 protonból és 7 neutronból áll, i.e. 14 nukleont tartalmaz, amelyek mindegyikének spinje az /G. Egy ilyen rendszer teljes spinjének egész számnak kell lennie, ami ténylegesen megfigyelhető.
Az azonos Z-vel rendelkező magokat nevezzük izotópok, ugyanazzal N - izotóniák, ugyanazzal A - izobárok.
- Az elektronspin létezését, azaz saját szögimpulzusát először S. Goudsmit és J. Uhlenbeck tételezte fel az elemzés alapján finom szerkezet A spin hipotézist O. Stern és V. Gerlach kísérletei igazolták. A fermionok mind olyan részecskék, amelyeknek egy félegész (Planck-konstans h egységeiben) spinje van. Egy elektron és egy proton spinje /g. A páratlan számú fermionból álló rendszer spinje csak fél-egész, páros szám esetén csak egész szám lehet. Az atommag forgásával kapcsolatos további részletekért lásd a 3-4. előadásokat.
- Vagyis nagyon kicsi a hullámfenék, vagy nagy az energia. A semleges részecskékből álló berillium céltárgy sugárzását először W. Bothe és G. Becker fedezte fel 1930-ban.
- Az elemi tea fogalmát azután vezették be a fizikába, hogy nyilvánvalóvá vált, hogy az atom és az atommag összetett, összetett objektumok. Sok elemi részecskét fedeztek fel a 30-50-es években. 20. század jellemző tulajdonság a legtöbb elemi részecske spontán bomlás eredményeként egymásba való átalakulása. A szabad neutron a leghosszabb életű az instabil elemi részecskék közül: átlagos élettartama körülbelül 15 perc.
A hidrogén, a legegyszerűbb szerkezetű elem. Pozitív töltésű és szinte korlátlan élettartammal rendelkezik. Ez a legstabilabb részecske az univerzumban. Az Ősrobbanás eredményeként keletkezett protonok még nem bomlottak le. A proton tömege 1,627*10-27 kg vagy 938,272 eV. Ezt az értéket gyakrabban elektronvoltban fejezik ki.
A protont a magfizika "atyja", Ernest Rutherford fedezte fel. Azt a hipotézist állította fel, hogy minden kémiai elem atommagja protonokból áll, mivel tömegükben egész számmal meghaladják a hidrogénatom magját. Rutherford egy érdekes kísérletet állított fel. Ekkor már felfedezték egyes elemek természetes radioaktivitását. Alfa-sugárzással (az alfa-részecskék nagy energiájú héliummagok) a tudós nitrogénatomokat sugárzott be. A kölcsönhatás eredményeként egy részecske bocsátott ki. Rutherford azt javasolta, hogy ez egy proton. A Wilson-buborékkamrában végzett további kísérletek megerősítették feltételezését. 1913-ban tehát egy új részecskét fedeztek fel, de Rutherford hipotézise az atommag összetételéről tarthatatlannak bizonyult.
A neutron felfedezése
A nagy tudós hibát talált a számításaiban, és hipotézist állított fel egy másik részecske létezésére vonatkozóan, amely az atommag része, és amelynek tömege csaknem azonos a proton tömegével. Kísérletileg nem tudta észlelni.
Ezt James Chadwick angol tudós tette meg 1932-ben. Beállított egy kísérletet, melynek során berillium atomokat bombázott nagy energiájú alfa-részecskékkel. Egy magreakció eredményeként a berillium magjából kirepült egy részecske, amelyet később neutronnak neveztek. Chadwick három évvel később Nobel-díjat kapott felfedezéséért.
A neutron tömege valóban alig különbözik a proton tömegétől (1,622 * 10-27 kg), de ennek a részecskének nincs töltése. Ebben az értelemben semleges, ugyanakkor képes nehéz atommagok hasadását előidézni. A töltés hiánya miatt a neutron könnyen átjuthat a magas Coulomb-potenciálú gáton, és beágyazódhat az atommag szerkezetébe.
A protonnak és a neutronnak van kvantumtulajdonságok(a részecskék és a hullámok tulajdonságait tudja felmutatni). A neutronsugárzást használják gyógyászati célokra. A nagy áthatolóképesség lehetővé teszi, hogy ez a sugárzás ionizálja a mély daganatokat és más rosszindulatú képződményeket, és felismerje azokat. Ebben az esetben a részecske energiája viszonylag kicsi.
A neutron a protontól eltérően instabil részecske. Élettartama körülbelül 900 másodperc. Protonra, elektronra és elektronneutrínóra bomlik.