Ноябрь 29th, 2008 by admin Posted in Нейтрон
В начале 1930 года появились данные о том, что под действием
альфа-лучей бериллий начинает испускать какой-то неизвестный
тип излучения. Это излучение обладало высокой
проникающей способностью и не меняло своего направления
под действием магнитного поля. Сначала решили, что это гамма-
лучи. Однако новое излучение не являлось гамма-лучами,
так как не обладало ионизирующим свойством и его невозможно
было обнаружить с помощью электроскопа.
Это излучение действительно невозможно было обнаружить
напрямую. Однако оно выбивало протоны из парафина, что и
дало возможность обнаружить его косвенно.
В 1932 году английский физик Джеймс Чедвик (1891 — 1974)
дал этому феномену удовлетворительное объяснение. Электромагнитное
излучение может сдвинуть разве что легкие электроны,
а не тяжелые протоны. Выбивать же протоны с такой легкостью
может лишь какая-то другая частица, масса которой
соизмерима с массой протона. Раз эта частица не ионизирует воздух,
значит, она не несет электрического заряда. Т. е. это и есть
та самая частица, которую ученые ищут вот уже более 10 лет. Так
как заряд частицы нейтрален, она получила название нейтрон.
Итак, ученым удалось обнаружить нейтрон, и Гейзенберг тут
же предложил протонно-нейтронную модель атома. Согласно этой
модели, ядро состоит только из протонов и нейтронов. Масса
нейтрона равна массе протона, а сумма протонов (р) и нейтронов
(л) равняется атомному весу (А). С другой стороны, заряд ядра
зависит только от положительно заряженных протонов, поэтому
заряд ядра равняется атомному числу (Z). Таким образом:
р + п = А, (Уравнение 7.1)
р = Z. (Уравнение 7.2)
Количество нейтронов можно определить путем вычитания
уравнения 7.1 из уравнения 7.2:
п = А — Z. (Уравнение 7.3)
Новая модель давала полное представление о структуре ядра
атомов тех элементов, чьи атомные веса приблизительно равнялись
целым числам.
Ноябрь 9th, 2008 by admin Posted in Нейтрон
Ядро атома водорода (А = 1, Z = 1) состоит только из одного
протона; ядро атома гелия (А = 3, Z= 2) — из двух протонов и двух
нейтронов; ядро атома мышьяка (А = 75, Z = 33) — из 33 протонов
и 42 нейтронов; ядро атома урана (А = 238, Z = 92) — из
92 протонов и 146 нейтронов.
Протонно-нейтронная модель смогла дать ответы на те вопросы,
на которые не могла дать протонно-электронная модель. Например,
ядро атома азота (А = 14, Z= 7) состоит из 7 протонов и
7 нейтронов, итого из 14 частиц. Спин нейтрона такой же, как и
протона, + ‘/2 или -’/2, и значение общего спина 14 (и любого
другого количества) частиц будет целым числом.
Сегодня протонно-нейтронная модель является общепризнанной,
а протоны и нейтроны вместе называют нуклонами,
то есть «частицами атомного ядра».
Конечно же и эта модель не дает ответа на все вопросы. Например,
если ядро состоит только лишь из протонов и электро-
нов, то откуда же берутся электроны бета-лучей, испускаемых
радиоактивными веществами? Ведь именно существование бета-
лучей и дало повод считать, что в ядре есть электроны.
Ответ на этот вопрос дают свойства нейтронов, не имеющие
ничего общего со свойствами протонов и электронов. И электроны
и протоны являются устойчивыми частицами. Это значит, что
если Вселенная состояла бы из одних лишь электронов и протонов,
то оставалась бы неизменной. Вселенная обязана своим современным
обликом именно нейтрону, неустойчивой частице.
В изоляции нейтрон через какое-то время распадается на
протон и электрон. (Пока я даю неполное описание процесса
распада, более подробно см. в гл. 14.)
Мы можем записать этот процесс символами (надстрочный
индекс обозначает заряд):
л° -> р+ + е”. (Уравнение 7.4)
Эта формула иллюстрирует одну очень важную вещь: электрический
заряд не создается. Весь опыт изучения субатомных
частиц показывает, что нейтрон не может просто так вот стать
протоном, так как заряд, как положительный, так и отрицательный,
у незаряженной частицы не может появиться ниоткуда.
Поэтому нейтрон образует положительно заряженный протон и
отрицательно заряженный электрон, таким образом, общий заряд
двух образовавшихся частиц равен нулю.
Закон сохранения электрического заряда гласит, что в закрытой
системе общий заряд частиц в результате изменений внутри
системы не меняется. Ученые выявили это еще во времена
изучения электричества (см. ч. II), когда о существовании субатомных
частиц даже и не подозревали.
Однако внутри ядра нейтрон, как правило, стабилен (причины
см. в гл. 14). Поэтому атом азота стабилен, даже несмотря
на то, что в его ядре есть нейтроны и их количество, как и
количество протонов, остается равным 71.
С другой стороны, нейтроны некоторых атомов все же обладают
некоей долей неустойчивости, и в некоторых случаях
такой нейтрон распадается на протон и электрон. При этом
протон остается в ядре, а электрон становится бета-частицей и
покидает ядро. Несмотря на то что бета-частицы излучаются
ядром, это не значит, что они являются его составной частью.
Бета-частицы образуются в момент выхода из ядра.
Август 17th, 2008 by iw Posted in Нейтрон
Единственным косвенным аргументом против этого предположения мог бы служить тот факт, что при ядерныx реакциях, вызванных столкновениями альфа-частиц с легкими ядрами, никогда не удавалось наблюдать вылетающий из ядра электрон, хотя камера Вильсона вполне позволяет зарегистрировать и треки быстрых электронов. С другой стороны, еще до опытов Резерфорда было известно, что так называемое бета-излучение, которое испускают некоторые радиоактивных адамситы. Она также не укладывалась и в рамки созданной впоследствии квантовой физики . Частица, которая действительно наряду с протоном входит в состав ядра, была открыта только в 1932 г. Дж. Чедвиком; эта электрически нейтральная частица получила название нейтрон. Нейтрон по своим свойствам и поведению принципиально отличается от тех частиц, с которыми мы уже знакомы. Поскольку нейтрон не имеет электрического заряда, он без труда при столкновении проникает вплотную к атомным ядрам, теряя при этом тем меньше энергии, чем тяжелее ядро, с которым произошла столкновение. Поэтому нейтрон легче проходит, например, через тяжелый свинец, чем через богатый водородом парафин; в последнем случае он при столкновениях с протонами (имеющими ту же массу) очень быстро теряет энергию.
Август 14th, 2008 by iw Posted in Нейтрон
Кроме того, как выяснилось позднее, электроны не вступают в сильное взаимодействие с кротонами, а появление в ядре электронов привело бы к реакции, превращением протона в нейтрон ядром. Примером реакции, при которой поглощение нейтрона дает начало радиоактивному ядру, может служить ядерная реакция с золотом
Электрон, согласно принятым правилам, мы отметили порядковым номером —так как он имеет единичный отрицательный заряд и массовым Числом хотя, как мы знаем, он имеет массу, равную 1/1836 массы протона. Такая реакция представляет собой как бы обратное воплощение мечты алхимиков, которые считали ртуть одним из тех металлов, которые можно превратить в золото. Кстати, именно этот обратный процесс нашел в наши дни практическое применение: его используют для получения ртути состоящей из одного изотопа представляет собой смесь семи изотопов, что вызывает неудобства при ее применениях (например, в ртутных лампах).
Но у нас есть и другое, гораздо более общее и существенное основание считать, что пространство Не кишит невидимыми свободными нейтронами. Нейтрон, стабильный в атомном ядре, в свободном состоянии нестабилен (его время жизни равно приблизительно 16 мин) подобно ядрам радиоактивных элементов, он распадается, превращаясь в протон и электрон.