ФІЗИКА
Частина 6 ФІЗИКА АТОМНОГО ЯДРА І ЕЛЕМЕНТАРНИХ ЧАСТИНОК
Розділ 17 ФІЗИКА АТОМНОГО ЯДРА
17.6. Штучне перетворення атомних ядер. Відкриття нейтрона
Перша ядерна реакція, яка поклала початок штучному перетворенню ядер, а отже, зробила реальністю мрію алхіміків про перетворення елементів, була здійснена 1919 р. Е. Резерфордом за допомогою α-частинок, що випромінювались полонієм 
У дослідах Е. Резерфорда джерело α-частинок вміщувалось у спеціальну камеру, яка наповнювалась газом. В одній із стінок камери
Наступні досліди Е. Резерфорда і Д. Чедвіка показали, що крім ядер атомів нітрогену протони випромінюються під дією швидких α-частинок і ядрами атомів інших легких елементів. Проте важчі ядра не вдалося розщепити α-частинками. Ці ядра мають великий заряд, тому а-частинки не можуть подолати сили відштовхування і наблизитись на відстань, де сили ядерного притягання переважають електростатичне відштовхування.
Для дослідження взаємодії α-частинок з ядрами азоту П. Блекетт створив установку з камерою Вільсона, в якій фотографування треків α-частинок відбувалось автоматично через малі проміжки часу. Під час цих дослідів дістали 23 000 фотографій, на яких зафіксовано близько 400 000 треків α-частинок у нітрогені. Серед них виявилося лише вісім треків, що закінчувались особливими розгалуженнями, які свідчать про руйнування ядер нітрогену, спричинене α-частинками, що влучили в них. Ці розгалуження подвійні: одна з гілок (тонка й довга) є слідом вибитого із ядра протона; друга – більш коротка й товща – слід ядра, утвореного атомом оксигену. Третьої гілки, яка була б слідом α-частинки після її зіткнення з ядром, на жодній з фотографій не виявлено. Це означає, що а-частинка, попадаючи в ядро, припиняє своє існування, а замість неї вилітає протон. Однак ймовірність проникнення α-частинки в ядра навіть відносно легкого атома (нітрогену) дуже мала. Проаналізовану ядерну реакцію (17.16) можна записати ще так: 
Після відкриття цієї ядерної реакції під дією α-частинок було досліджено дуже багато інших реакцій, і серед них особливе значення має ядерна реакція, яка привела до відкриття нової елементарної частинки – нейтрона.
До початку 30-х років було відомо тільки дві елементарні частинки – електрон і протон. Наприкінці 1930 р. В. Боте і Г. Бекер виявили дуже проникливе випромінювання, яке виникає при бомбардуванні α-частинками ядер легких елементів Ід, Ве, В та ін. Найінтенсивнішим це випромінювання виявилось у берилію. Проходження берилієвого випромінювання через шар свинцю завтовшки 2 см зменшувало його інтенсивність тільки на 13 %. Оскільки на той час уже було відоме γ-випромінювання, для якого властива також велика проникна здатність, В. Боте і Г. Бекер припустили, що берилієве випромінювання є γ-випромінюванням. Виникнення γ-випромінювання пояснювали так: α-частинка, потрапивши в ядро берилію, перетворює його в збуджене ядро 136С, яке, переходячи в нормальний стан, випромінює жорсткий γ-квант. За поглинанням цього випромінювання було оцінено енергію γ-квантів, яка виявилась близькою до 7 МеВ. Проте подальше вивчення властивостей берилієвого випромінювання змусило відмовитись від зроблених припущень щодо його природи.
Велику роль при цьому відіграли дослідження, проведені І. Жоліо-Кюрі і Ф. Жоліо-Кюрі. Так, у 1931 р. вони встановили, що берилієве випромінювання, проходячи через речовини, що містять водень (наприклад, парафін), зумовлює інтенсивне вибивання протонів із пробігом у повітрі завдовжки 26 см. Проведені розрахунки показали, що для одержання таких протонів γ-кванти повинні мати енергію не 7 МеВ, а 55 МеВ. Далі виявилось, що берилієве випромінювання спричинює появу ядер віддачі в нітрогені, аргоні і навіть криптоні. За пробігом ядер віддачі розрахували енергію γ-квантів і дістали для нітрогену значення 90 МеВ, для аргону – 150 МеВ. Отже, спроби тлумачити це випромінювання як дуже жорстке γ-випромінювання привели до суперечностей. Однак усі суперечності зникли, коли англійський фізик Д. Чедвік 1932 р. припустив, що берилієве випромінювання є потоком частинок, які мають масу, близьку до маси протона, але позбавлені електричного заряду. Ці частинки було названо нейтронами. Ефективним джерелом нейтронів є берилієва мішень, яку опромінюють α-частинками радію. Найпотужнішими джерелами нейтронів є ядерні реактори.
Реакцію утворення нейтронів при бомбардуванні берилію α-частинками можна записати так:
При вивченні властивостей нейтрона було встановлено, що його маса трохи більша за масу протона. Маса нейтрона mn = 1,0086649 а. о. м., тоді як маса протона mр =1,007276 а. о. м.
Відкриття Д. Чедвіком нейтрона сприяло подальшому розвитку фізики атомного ядра, оскільки воно надало вченим інструмент для вивчення властивостей ядра і здійснення нових ядерних реакцій. З ним пов’язане і формулювання гіпотези про протонно-нейтронний склад ядра.
(2 votes, average: 3,00 out of 5)