Structura nucleului

Modelul proton-neutron al nucleului

Descoperirea neutronului

Dificultăți ale modelului electron-proton al nucleului

După experimentele lui Rutherford, teoria lui Bohr a atomului de hidrogen și, în sfârșit, creația teoria cuantica a atomului de hidrogen de către Schrödinger și Heisenberg, a apărut o imagine clară calitativă a structurii atomilor. Un atom este format dintr-un nucleu și electroni care se mișcă în jurul lui. Metodele experimentale pentru studierea spectrelor atomice au oferit material bogat pentru studiul structurii electronice a atomului. Punctul întunecat era dispozitivul nucleului.

Primul model de nucleu s-a bazat pe cunoașterea doar a doi particule elementare- electron şi proton (până în 1932). Protonii au fost produși pentru prima dată de Rutherford în reacție
(1)
Această reacție a fost A-particula (nucleul unui atom de heliu) a zburat în nucleul unui atom de azot. Ca rezultat, s-au născut un izotop de oxigen și o altă particulă. Observarea urmelor într-o cameră cu nori plasată într-un câmp magnetic a făcut posibilă identificarea acestei particule cu nucleul atomului de hidrogen, cel mai simplu dintre toate nucleele.

În conformitate cu aceste cunoștințe, s-a presupus că nucleele atomilor constau din protoni și electroni. Conform acestui model, atomul de azot, de exemplu, a constat din 7 electroni într-un înveliș de electroni, 14 protoni în nucleu și 7 electroni nucleari. Această viziune a fost întărită de descoperire b- dezintegrarea unui număr de nuclee. Ca rezultat b- dezintegrarea din nucleu a emis un electron. Dar modelul a devenit inacceptabil după descoperirea existenței a două tipuri de particule identice - fermioni și bozoni - și descoperirea proprietăților acestora. Conform modelului electron-proton, s-a dovedit că atomul de azot trebuie să fie un boson, iar datele experimentale au spus că este un fermion. De asemenea, nu a reușit să explice valorile momentelor magnetice ale atomilor și nucleelor. În plus, au apărut o mulțime de date experimentale privind emisia de fotoni de raze X de către nuclee. S-a dovedit că, în mod similar cu spectrele de emisie ale atomilor, spectrele de emisie ale nucleelor ​​sunt liniare, adică particulele care alcătuiesc nucleul sunt în stări cu anumite valori energie. Dar aici este studiul spectrelor energetice ale electronilor rezultate din b- dezintegrarea, a arătat că aceste spectre sunt continue și nu a fost posibil să se explice originea acestor spectre electronice. Electronul nuclear, ca și alte particule ale nucleului, trebuia să fie la nivelul energiei. Plecarea ca urmare b- electronii de dezintegrare ar trebui, de asemenea, să aibă o anumită energie, ceea ce nu s-a întâmplat.

experimentele lui Chadwick. Descoperirea neutronului

În 1920, Rutherford a presupus existența unei particule elementare neutre formate ca urmare a fuziunii unui electron și a unui proton. În anii treizeci, J. Chadwick a fost invitat la Laboratorul Cavendish pentru a efectua experimente pentru a detecta această particule. Experimentele au avut loc pe parcursul multor ani. Cu ajutorul unei descărcări electrice prin hidrogen s-au obținut protoni liberi cu care s-au bombardat nucleele diferitelor elemente. Calculul a fost că ar fi posibilă eliminarea particulei dorite din nucleu și distrugerea ei și, indirect, să se înregistreze acțiunile knockout de către urmele protonului și electronului în descompunere.

În 1930, Bothe și Becker în timpul iradierii A- particulele de beriliu au găsit radiații de mare putere de penetrare. Raze necunoscute au trecut prin plumb, beton, nisip etc. La început trebuia să fie greu raze X. Dar această presupunere nu a rezistat examinării. La observarea unor acte rare de ciocnire cu nucleele, acestea din urmă au primit un randament atât de mare, pentru a cărei explicație a fost necesar să se asume o energie neobișnuit de mare a fotonilor de raze X.

Chadwick a decis că în experimentele lui Bothe și Becker, particulele neutre pe care încerca să le detecteze au fost emise din beriliu. A repetat experimentele, sperând să găsească scurgeri de particule neutre, dar fără rezultat. Urme nu au fost găsite. Și-a lăsat deoparte experimentele.

Impulsul decisiv pentru reluarea experimentelor sale a fost un articol publicat de Irene și Frédéric Joliot-Curie despre capacitatea radiațiilor de beriliu de a elimina protonii din parafină (ianuarie 1932). Luând în considerare rezultatele lui Joliot-Curie, el a modificat experimentele lui Bothe și Becker. Schema noii sale instalații este prezentată în Figura 30. Radiația de beriliu a fost obținută prin împrăștiere A- particule pe o placă de beriliu. Un bloc de parafină a fost plasat în calea radiațiilor. S-a descoperit că radiațiile elimină protonii din parafină.

Acum știm că radiația din beriliu este un flux de neutroni. Masa lor este aproape egală cu masa unui proton, așa că neutronii transferă cea mai mare parte a energiei către protonii care zboară înainte.Protonii scoși din parafină și zburând înainte aveau o energie de aproximativ 5,3 MeV. Chadwick a respins imediat posibilitatea de a explica eliminarea protonilor prin efectul Compton, deoarece în acest caz era necesar să presupunem că fotonii împrăștiați de protoni aveau o energie de aproximativ 50 MeV(la acea vreme sursele de astfel de fotoni de înaltă energie nu erau cunoscute). Prin urmare, a concluzionat că interacțiunea observată are loc conform schemei
Reacția Joliot-Curie (2)

În acest experiment, nu numai că au fost observați neutroni liberi pentru prima dată, ci a fost și prima transformare nucleară - producerea de carbon prin fuziunea heliului și beriliului.

Tema lecției de astăzi este „Descoperirea protonului. Descoperirea neutronului. Pe el vom afla cum s-a întâmplat una dintre marile descoperiri ale secolului al XX-lea. Aceste două particule cele mai importante care alcătuiesc toate nucleele, protonul și neutronul, au fost descoperite de Rutherford în 1919 și, respectiv, Chadwick în 1932. Ei au reușit să stabilească și să demonstreze experimental că aceste două particule fac parte din orice nucleu.

O poveste uimitoare s-a întâmplat chiar la începutul secolului al XX-lea. Atunci au fost descoperite cele mai importante două particule care alcătuiesc toate nucleele. elemente chimice- protoni și neutroni.

Proton

Să începem în ordine - cu protonul. După cum știți, a fost descoperit în 1919 de E. Rutherford. Știm că în 1911 experimentul lui Rutherford pentru a determina structura atomului avea deja loc. Și în 1913, adică. La 2 ani după celebrul său experiment, Rutherford a prezentat o idee foarte importantă. El a propus să se considere că compoziția oricărui nucleu, adică. dintre toate elementele chimice, în nucleul oricărui element chimic se află hidrogenul. Pe ce se baza raționamentul lui?

Caracteristicile nucleelor ​​de hidrogen au fost deja determinate. Se cunoștea masa, se cunoștea încărcătura nucleului de hidrogen. S-a dovedit că masele elementelor chimice sunt împărțite la masa hidrogenului fără rest. Astfel, Rutherford a făcut afirmația că, după toate probabilitățile, există unul sau altul număr de atomi de hidrogen în interiorul oricărui nucleu.

Dar orice teorie trebuie confirmată prin experiment. Un astfel de experiment a avut loc în 1919 și atunci a fost descoperit protonul. Rutherford a folosit particule a în experimentul său. Rutherford i-a direcționat către nucleele de azot. În urma acestui experiment, s-au obținut două dintre unele elemente chimice. Unul dintre ei a fost identificat - oxigenul, iar al doilea, după toate probabilitățile, a fost hidrogenul. Vă atrag atenția: nu era nicio certitudine aici. De ce?

Rutherford a folosit în experimentul său metoda despre care am vorbit deja în lecția anterioară - metoda scintilației, când o particulă care intră dă un fulger. Conform rezultatelor unor astfel de experimente, el a considerat că există un fel de particule care corespunde atomului nucleului de hidrogen.

Fig.1. Rezultatul bombardării nucleelor ​​de azot de către particule a: s-au format oxigen și o particulă identică cu nucleul de hidrogen.

Această particulă, nucleul hidrogenului, a numit-o proton (din grecescul „protos” - „primul”). Când acest experiment a fost repetat, dar deja într-o cameră cu nori, iar această cameră se afla într-un câmp magnetic, nu mai exista nicio îndoială: o nouă particulă, protonul, fusese descoperită. Deci, este nucleul atomului de hidrogen. Să ne uităm la această primă reacție nucleară artificială.

Se pune litera P, mai jos este marcat numărul de serie 1, ca hidrogenul. Și numărul de masă este setat la 1, adică. conform estimărilor, deja atunci când studiile au fost efectuate în camera cu nori, a devenit clar că masa protonului corespunde aproximativ cu 1 masă atomică.

Atenție la reacție. Reacția a decurs după cum urmează:

Azotul, numărul atomic 7 și numărul de masă 14, a fost bombardat cu particule a. Știm că particulele a sunt nucleele atomului de heliu cu un număr atomic de 2 și cu un număr de masă de 4. În urma acestei reacții, s-au format doi nuclei noi. Două articole noi.

Primul nucleu este nucleul corespunzător atomului de oxigen, cu numărul de serie 8 și numărul de masă 17. Și acea particulă, nucleul atomului de hidrogen, pe care acum o putem numi în siguranță proton.

Deci, nucleul atomului de hidrogen și al protonului sunt unul și același, au fost descoperite în 1919 în esență în experimentele lui Rutherford.

Neutroni

Următoarea etapă în dezvoltarea structurii nucleului atomic a fost asociată cu numele de Chadwick. Acesta este studentul lui Rutherford. El a fost cel care a reușit să descopere neutronul în 1932. Găsirea unui neutron a fost mult mai dificilă, deoarece este o particulă neutră din punct de vedere electric, așa cum știm deja.

În 1930, doi oameni de știință germani, Bothe și Becker, în urma experimentelor, au descoperit că atunci când sunt iradiați cu particule a de beriliu, se formează o radiație necunoscută.

După descoperirea protonului de către Rutherford, mulți oameni de știință și-au îndreptat gândurile și eforturile pentru a efectua reacții nucleare, reacții nucleare artificiale. Cu ajutorul razelor A, au început să iradieze multe elemente, observând reacția. Deci, oamenii de știință germani în 1930, iradiind beriliu, au primit o radiație necunoscută. Inițial, s-a decis identificarea acestei radiații cu raze G. S-au propagat de-a lungul unei linii drepte, nu s-au deviat în electric și campuri magnetice, poseda energie mare și putere mare de penetrare.

Mai târziu, când am studiat alte reacții, a devenit clar că aceleași raze se formează atunci când borul și alte elemente chimice sunt bombardate cu raze a. Comparând elementele chimice obținute în urma unor astfel de reacții, ne-am dat seama că aceste raze nu sunt orice raze (cu siguranță nu sunt raze G, deoarece au o energie de penetrare mai mare în comparație cu razele G).

Orez. 2. James Chadwick

În 1932, Chadwick a sugerat că acesta este un fel de particulă nouă care nu are încărcare electrică. Așa se explică toate proprietățile sale: pătrunde bine prin bariere, deoarece nu interacționează cu nucleele. O astfel de nouă particulă a fost numită neutron (pentru că este neutră din punct de vedere electric).

Să ne uităm la notația acestei particule și să discutăm proprietățile ei. Notația pentru neutron este următoarea:

Deoarece neutronul nu are sarcină, atunci 0 este plasat în partea de jos, unde este scris numărul de sarcină, dar numărul său de masă este 1. Masa neutronului este aproape egală, dar puțin mai mare decât masa protonului. Prin urmare, s-a decis, de asemenea, să se pună un număr egal cu 1 în denumirea de masă.

Acum putem spune cu siguranță că neutronul și protonul formează nucleul atomului. Dar despre ce este modelul nucleului atomic, despre ce este acesta, vom vorbi în lecția următoare.

Lista literaturii suplimentare

1. Borovoy A.A. Cum sunt înregistrate particulele (în urma neutrinilor). „Biblioteca „Quantum””. Problema. 15. M.: Nauka, 1981
2. Bronstein M.P. Atomi și electroni. „Biblioteca „Quantum””. Problema. 1. M.: Nauka, 1980
3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizica: manual pentru clasa a 9-a liceu. M.: „Iluminismul”
4. Kitaygorodsky A.I. Fizica pentru toată lumea. Fotoni și nuclee. Cartea 4. M.: Știință
5. Myakishev G.Ya., Sinyakova A.Z. Fizică. Optica Fizica cuantică. Clasa a 11-a: manual pentru studiul aprofundat al fizicii. M.: Dropia
6. Rutherford E. Lucrări științifice alese. Structura atomului și transformarea artificială a elementelor. Moscova: Nauka, 1965

Sarcina pentru lecție

Istoria descoperirii neutronului

Istoria descoperirii neutronului începe cu încercările nereușite ale lui Chadwick de a detecta neutroni la descărcări electriceîn hidrogen (pe baza ipotezei Rutherford menționate mai sus). Rutherford, după cum știm, a efectuat prima reacție nucleară artificială bombardând nucleele atomului cu particule alfa. Această metodă a reușit, de asemenea, să efectueze reacții artificiale cu nucleele de bor, fluor, sodiu, aluminiu și fosfor. În acest caz, au fost emiși protoni cu rază lungă. Ulterior, a fost posibilă scindarea nucleelor ​​de neon, magneziu, siliciu, sulf, clor, argon și potasiu. Aceste reacții au fost confirmate de experimentele fizicienilor vienezi Kirsch și Petterson (1924), care au susținut, de asemenea, că au reușit să despartă nucleele de litiu, beriliu și carbon, ceea ce Rutherford și colegii săi nu au reușit să le facă.

A izbucnit o discuție în care Rutherford a contestat scindarea acestor trei nuclee. Recent, O. Frisch a sugerat că rezultatele vienezilor sunt explicate prin participarea la observațiile studenților care au căutat să „mulțumească” liderilor și au văzut focare acolo unde nu existau.

În 1930, Walter Bothe (1891-1957) și H. Becker au bombardat beriliu cu particule a de poloniu. Făcând acest lucru, ei au descoperit că beriliul, precum și borul, emit radiații puternic penetrante, pe care le-au identificat cu radiații y dure.

Și în ianuarie 1932, Irene și Frederic Joliot-Curie au raportat la o reuniune a Academiei de Științe din Paris rezultatele studiilor de radiații descoperite de Bothe și Becker. Ei au arătat că această radiație „este capabilă să elibereze protoni din substanțele care conțin hidrogen, oferindu-le o viteză mare”.

Acești protoni au fost fotografiați de ei într-o cameră cu nori.

În următoarea comunicare, făcută la 7 martie 1932, Irene și Frédéric Joliot-Curie au arătat fotografii cu urme de protoni dintr-o cameră cu nori scoși din parafină de radiația beriliului.

Interpretându-și rezultatele, ei au scris: „Prezumții despre ciocniri elastice fotonii cu nucleu duc la dificultăți, constând, pe de o parte, în faptul că aceasta necesită un cuantic cu o energie semnificativă și, pe de altă parte, în faptul că acest proces are loc prea des. Chadwick propune să presupunem că radiația excitată în beriliu constă din neutroni - particule cu unitatea de masă și sarcină zero.

Rezultatele lui Joliot-Curie au amenințat legea conservării energiei. Într-adevăr, dacă încercăm să interpretăm experimentele Joliot-Curie pe baza prezenței în natură doar a particulelor cunoscute: protoni, electroni, fotoni, atunci explicația pentru apariția protonilor cu rază lungă de acțiune necesită producerea de fotoni cu o energie de 50. MeV în beriliu. În acest caz, energia fotonului se dovedește a depinde de tipul de nucleu de recul folosit pentru a determina energia fotonului.

Acest conflict a fost rezolvat de Chadwick. El a plasat o sursă de beriliu în fața unei camere de ionizare, în care au căzut protonii scoși dintr-o placă de parafină. Plasând ecrane absorbante de aluminiu între placa de parafină și cameră, Chadwick a descoperit că radiația de beriliu elimină protonii cu energii de până la 5,7 MeV din parafină. Pentru a comunica o astfel de energie protonilor, un foton trebuie să aibă în sine o energie de 55 MeV. Dar energia nucleelor ​​de recul de azot observată cu aceeași radiație de beriliu se dovedește a fi de 1,2 MeV. Pentru a transfera o astfel de energie în azot, fotonul de radiație trebuie să aibă o energie de cel puțin 90 MeV. Legea de conservare a energiei este incompatibilă cu interpretarea fotonică a radiației de beriliu.

Chadwick a arătat că toate dificultățile sunt înlăturate dacă presupunem că radiația de beriliu constă din particule cu o masă aproximativ egală cu cea a unui proton și sarcină zero. El a numit aceste particule neutroni. Chadwick a publicat un articol despre rezultatele sale în Proceedings of the Royal Society for 1932. Cu toate acestea, o notă preliminară despre neutron a fost publicată în ediția Nature din 27 februarie 1932. Ulterior, I. și f. Joliot-Curie într-o serie de lucrări din 1932-1933. a confirmat existența neutronilor și capacitatea lor de a elimina protonii din nucleele ușoare. De asemenea, au stabilit emisia de neutroni din nucleele de argon, sodiu și aluminiu atunci când sunt iradiate cu raze A.

Din cartea autorului

Dezintegrarea neutronilor Modelul proton-neutron al nucleului satisface fizicienii și este considerat cel mai bun până în prezent. Cu toate acestea, la prima vedere, ridică unele îndoieli. Dacă nucleul atomic este format numai din protoni și neutroni, se pune din nou întrebarea cum pot aceștia

Din cartea autorului

Descoperirile lui P. şi M. Curie Să revenim la radioactivitate. Becquerel a continuat să studieze fenomenul pe care îl descoperise. El a considerat-o o proprietate a uraniului analogă cu fosforescența. Uraniul, potrivit lui Becquerel, „reprezintă primul exemplu de metal care prezintă o proprietate similară cu

Din cartea autorului

Istoria descoperirii neutronului Istoria descoperirii neutronului începe cu încercările nereușite ale lui Chadwick de a detecta neutroni în descărcări electrice în hidrogen (pe baza ipotezei Rutherford menționate mai sus). Rutherford, după cum știm, a realizat primul nuclear artificial

Din cartea autorului

ISTORIA DESCOPERITĂRII LEGILE IMPACTULUI Galileo era deja interesat de chestiunile legate de teoria impactului. Lor le este dedicată „a șasea zi” a celebrelor „Convorbiri”, care au rămas neterminate complet. Galileo a considerat necesar să determine, în primul rând, „ce influență se exercită rezultatul loviturii, pe de o parte

Din cartea autorului

ISTORIA DESCOPERITĂRII LEGII GRAVITAȚIEI La 12 septembrie 1638, Descartes îi scria lui Mersenne: „Este imposibil să spui ceva bun și solid despre viteză fără a explica în practică ce este gravitația și, în același timp, întregul sistem de lumea” (111). Această afirmație este diametral opusă afirmației

Din cartea autorului

1. Istoria descoperirii fenomenului de cataliză Cataliza este o schimbare a vitezei reactie chimicaîn prezenţa catalizatorilor. Cele mai simple informații științifice despre cataliză erau deja cunoscute de începutul XIXîn. Celebrul chimist rus, academicianul K. S. Kirchhoff, a descoperit în 1811 un catalitic

Din cartea autorului

Un profesor care nu a vrut să facă descoperiri Următoarea persoană după Maxwell care a inventat un nou concept fundamental a fost un bărbat care nu și-a dorit acest lucru și nu era prea potrivit pentru asta - profesorul german Max Karl Ernst Ludwig Planck, în vârstă de 42 de ani. A crescut în familia unui profesor de drept și

Din cartea autorului

2. În pragul descoperirii Deci, toată lumea este interesată de Lună! Asaltul asupra acesteia a început în 1959, când întreaga lume a auzit un mesaj TASS care spunea că „pe 2 ianuarie, prima rachetă spațială Luna-1 (Dream) a fost lansată cu succes în URSS, îndreptată către Lună și a devenit prima planetă artificială.

Din cartea autorului

Remarci de după-amiază despre natura neutronului Discurs J. Vervier la închiderea Conferinței de la Anvers 1965 tari diferite. Trebuie, totuși,

Din cartea autorului

XII. MARI DESCOPERITĂRI GEOGRAFICE ȘI ASTRONOMIE Interesele comerțului au dat naștere cruciadelor, care, în esență, erau expediții comerciale de cucerire. În legătură cu dezvoltarea comerțului, creșterea orașelor și extinderea meșteșugului, în clasa burgheză în curs de dezvoltare,

Din cartea autorului

XIX. DEscoperiri mecanice si telescopice Mult timp dupa Copernic, sistemul ptolemaic „ortodox” era inca predat in universitati si sustinut de biserica. De exemplu, astronomul Mestlin (1550–1631), profesorul lui Kepler, a fost un susținător al învățăturilor lui Copernic (el,

Din cartea autorului

Descoperirile nu mor Trăind în epoca cosmosului și a atomului, este firesc să privim la știința acestei epoci. Dar nu ar trebui să te grăbești la extrem - să respingi cu dispreț tot ceea ce a fost găsit de predecesori. Da, „nouăzeci la sută din toți oamenii de știință sunt în viață, lucrează lângă noi”. Dar dacă

Din cartea autorului

1. Oameni și descoperiri Au început să vorbească limbi diferite. Ei cunoșteau durerea și iubeau întristarea, tânjeau după chin și spuneau că adevărul se obține numai prin chin. Apoi au primit știința. F. M. Dostoievski. Visul unui om amuzant Auzim și citim despre descoperiri aproape

Din cartea autorului

PRIME DESCOPERITĂRI Deși Davy l-a angajat pe Faraday să spele pur și simplu eprubete și să îndeplinească sarcini similare, Michael a fost de acord cu acești termeni, profitând de orice ocazie pentru a se apropia de știința reală.Ceva timp mai târziu, în octombrie

Teoria proton-neutron. După descoperirea nucleului atomic, pentru o perioadă destul de lungă (aproximativ 20 de ani) s-a crezut că nucleul este format din protoni și electroni: protoni A și electroni A - Z. Gândul la acest lucru părea firesc, deoarece emisia de electroni (particule p) a fost observată în timpul dezintegrarii radioactive. În același timp, deoarece masa protonului este mult mai mare decât masa electronului, a fost posibil să se explice nu numai sarcina, ci și masa nucleului. Dar modelul proton-electron a avut și contradicții. Cu dezvoltarea mecanica cuantică incompatibilitatea „dimensiunilor” nucleului şi electronului a devenit din ce în ce mai evidentă. În plus, a fost dezvăluită o altă inconsecvență, numită „catastrofa azotului”. S-a constatat că spinul nucleului de azot cu A = 14 este egal cu 1, adică. are o valoare întreagă, în timp ce modelul a prezis o valoare de jumătate de cuvânt, ca pentru orice sistem constând dintr-un număr impar de fermioni.1 Acest lucru a forțat introducerea unor presupuneri suplimentare că electronii din nucleu sunt într-o stare specială legată. Interesant este că în 1920 Rutherford a emis ipoteza existenței unui „neutron” - o combinație de electroni și protoni strâns înrudiți.

În anii următori, s-au făcut multe încercări de a demonstra existența neutronului postulat de Rutherford. Acest lucru a fost realizat abia în 1932. J. Chadwick a studiat proprietățile radiațiilor puternic penetrante rezultate din bombardarea beriliului sau borului cu particule alfa. La început s-a presupus că acestea erau raze Y foarte dure. Cu toate acestea, când a fost dezvăluită capacitatea radiațiilor necunoscute de a elimina protonii rapidi din substanțele care conțin hidrogen (Fig. 1.4), această presupunere a trebuit să fie abandonată, deoarece contrazicea legile conservării energiei și impulsului. Chadwick a arătat că toate faptele experimentale pot fi explicate cu ușurință dacă presupunem că radiația necunoscută este un flux de particule neîncărcate cu o masă de aproximativ egal cu masa proton. În primele calcule ale lui Chadwick, masa neutronului s-a dovedit a fi doar puțin mai mică decât suma maselor protonului și electronului, t r + t e> iar la început, în spiritul ipotezei lui Rutherford, Chadwick a considerat neutronul ca fiind o particulă compusă. Cu toate acestea, măsurătorile precise ulterioare au arătat că neutronul este de aproximativ 1,5 t e mai greu decât un atom de hidrogen. Conform conceptelor moderne, neutronul (P)- aceeași particulă elementară ca protonul. Sarcina sa electrică este zero, iar spinul, ca cel al unui proton și al unui electron, /G.

Orez. 1.4.

După descoperirea neutronului, ipoteza proton-electron a structurii nucleului a fost înlăturată și înlocuită cu cea proton-neutron (D.D. Ivanenko, V. Heisenberg, E. Majorana, 1932). nucleul atomic este alcătuită din protoni și neutroni, denumiți colectiv ca nucleonii. Numărul de protoni din nucleu este egal cu numărul atomic Z al elementului chimic corespunzător, iar suma numerelor de protoni și neutroni este egală cu numărul de masă DAR. Prin urmare, numărul de neutroni N \u003d A - Z. Se numesc o varietate de atomi ai unui element chimic cu o anumită compoziție proton-neutron a nucleului nuclid. Ca simbol al nuclidului

utilizați notația la E , unde E este simbolul elementului (^HeJ^C^N/gO etc.). Adesea numărul atomic Z este omis, deoarece dublează simbolul E. Astfel, nucleul 4He (particulă a) conține 2 protoni și 2 neutroni. Nucleul l4 N este format din 7 protoni și 7 neutroni, adică. conține 14 nucleoni, spinul fiecăruia dintre care este /G. Spinul total al unui astfel de sistem trebuie să fie întreg, ceea ce este de fapt observat.

Se numesc nuclee cu acelasi Z izotopi, cu acelasi N - izotone, cu acelasi A - izobare.

• Existența unui spin de electron, adică propriul său moment unghiular, a fost postulată pentru prima dată de S. Goudsmit și J. Uhlenbeck pe baza analizei structură fină spectre atomice.Ipoteza spinului a fost confirmată experimental în experimentele lui O. Stern şi V. Gerlach. Fermionii sunt toate particulele care au un spin semiîntreg (în unități de constantă h a lui Planck). Spinii unui electron și a unui proton sunt /g. Spinul unui sistem cu un număr impar de fermioni poate fi doar jumătate întreg, al unui număr par - doar un număr întreg. Pentru mai multe detalii despre rotația nucleului, vezi Cursurile 3-4.
• Adică, având un fund de undă foarte mic, sau energie mare. Radiația unei ținte de beriliu, constând din particule neutre, a fost descoperită pentru prima dată de W. Bothe și G. Becker în 1930.
• Conceptul de ceai elementar a fost introdus în fizică după ce a devenit evident că atomul și nucleul atomic sunt obiecte complexe, compuse. Multe particule elementare au fost descoperite în anii 30-50. Secolului 20 trăsătură caracteristică majoritatea particulelor elementare este transformarea lor una în alta ca rezultat al dezintegrarii spontane. Neutronul liber este cea mai longevivă dintre particulele elementare instabile: durata sa medie de viață este de aproximativ 15 minute.

Hidrogenul, elementul care are cea mai simplă structură. Are o sarcină pozitivă și o durată de viață aproape nelimitată. Este cea mai stabilă particulă din univers. Protonii formați ca urmare a Big Bang-ului nu s-au degradat încă. Masa protonilor este de 1,627*10-27 kg sau 938,272 eV. Mai des, această valoare este exprimată în electroni volți.

Protonul a fost descoperit de „părintele” fizicii nucleare, Ernest Rutherford. El a prezentat ipoteza că nucleele atomilor tuturor elementelor chimice constau din protoni, deoarece în masă depășesc nucleul unui atom de hidrogen de un număr întreg de ori. Rutherford a pus la cale un experiment interesant. La acel moment, radioactivitatea naturală a unor elemente fusese deja descoperită. Folosind radiația alfa (particulele alfa sunt nuclee de heliu cu energii mari), omul de știință a iradiat atomi de azot. Ca rezultat al acestei interacțiuni, a fost emisă o particulă. Rutherford a sugerat că era un proton. Experimente ulterioare în camera cu bule Wilson i-au confirmat presupunerea. Așa că în 1913 a fost descoperită o nouă particulă, dar ipoteza lui Rutherford despre compoziția nucleului s-a dovedit a fi insuportabilă.

Descoperirea neutronului

Marele om de știință a găsit o eroare în calculele sale și a formulat o ipoteză despre existența unei alte particule care face parte din nucleu și are aproape aceeași masă ca protonul. Experimental, nu a putut să-l detecteze.

Acest lucru a fost făcut în 1932 de omul de știință englez James Chadwick. El a pus bazele unui experiment în timpul căruia a bombardat atomii de beriliu cu particule alfa de înaltă energie. Ca rezultat al unei reacții nucleare, o particulă a zburat din nucleul de beriliu, numită mai târziu neutron. Chadwick a primit Premiul Nobel pentru descoperirea sa trei ani mai târziu.

Masa unui neutron diferă într-adevăr puțin de masa unui proton (1,622 * 10-27 kg), dar această particulă nu are încărcătură. In acest sens, este neutru si in acelasi timp capabil sa provoace fisiunea nucleelor ​​grele. Din cauza lipsei de sarcină, neutronul poate trece cu ușurință prin bariera de potențial Coulomb mare și poate deveni încorporat în structura nucleului.

Protonul și neutronul au proprietăți cuantice(poate prezenta proprietățile particulelor și undelor). Radiația neutronică este utilizată în scopuri medicale. Puterea mare de penetrare permite acestei radiații să ionizeze tumorile profunde și alte formațiuni maligne și să le detecteze. În acest caz, energia particulelor este relativ mică.

Neutronul, spre deosebire de proton, este o particulă instabilă. Durata sa de viață este de aproximativ 900 de secunde. Se descompune într-un proton, un electron și un electron neutrin.