И

Открытие нейтрона

стория открытия нейтрона началась с безуспешных попыток Джеймса Чедвика, исходившего из гипотезы Резерфорда о существовании нейтральных частиц, являющихся объединением электрона с ядром водорода, обнаружить их при электрических разрядах в водороде.

Продолжая опыты Резерфорда, В. Боте и Г. Беккер в 1930 году обнаружили, что при бомбардировке бериллиевой мишени частицами полония возникает неизвестное излучение, очень слабо поглощаемое свинцом. Высокая проникающая способность этого излучения позволяла отождествить его с жестким излучением. Исследуя открытое Боте и Беккером излучение, Ирен и Фредерик Жолио-Кюри в 1932 году обнаружили, что при прохождении через легкие водородсодержащие вещества оно способно выбивать протоны, сообщая им большую энергию. Оценка энергии гипотетических квантов, способных выбивать из ядер наблюдающиеся длиннопробежные протоны, привела супругов Жолио-Кюри к чрезвычайно высокому значению около 50 МэВ. Примерно к такому же значению энергии Жолио-Кюри пришли, экстраполируя имевшуюся на то время зависимость от энергии линейного коэффициента ослабления излучения в свинце E_ до экспериментально полученного значения _эксп. Полученное значение энергии на порядок превосходило обычную энергию квантов, возникающих при облучении легких ядер частицами.

В том же 1932 году исследованием бериллиевого излучения занялся Чедвик. В опытах Чедвика неизвестные частицы, получаемые от полоний-бериллиевого источника, направлялись в ионизационную камеру, которая поочередно наполнялась водородом и азотом. В результате соударений этих частиц с атомами газа возникали быстро движущиеся ядра отдачи. Ионизация газа ядрами отдачи приводила к возникновению в цепи ионизационной камеры импульса тока, по амплитуде которого можно было судить об энергии ядра отдачи. Оценочные значения максимальной энергии ядер отдачи водорода и азота составили, соответственно, 5,7 и 1,2 МэВ. Для сообщения протонам (ядрам отдачи водорода) энергии в 5,7 МэВ квант должен был обладать энергией в 55 МэВ. Для сообщения же ядру отдачи азота энергии в 1,2 МэВ такой же квант должен был иметь энергию около 90 МэВ.

Чедвик показал, что все эти противоречия устраняются, если предположить, что излучение, возбуждаемое в бериллии частицами полония, состоит из нейтральных частиц с отличной от нуля массой покоя – нейтронов.

Законы сохранения импульса и энергии для случая лобового соударения нейтрона с ядром (когда энергия ядра отдачи максимальна), имеют вид:

(19.4)

где m_n – масса нейтрона, v и v – скорости нейтрона до и после соударения, M – масса ядра отдачи, V – скорость ядра отдачи. Из системы уравнений (19.4) следует:

.

А так как скорость нейтронов v одинакова при столкновениях и с ядрами азота и с ядрами водорода, то

.

Вычисляя скорости ядер отдачи водорода V_H и азота V_N с помощью соотношения , где в качестве энергий ядер отдачи E фигурировали экспериментально найденные значения E_H = 5,7 МэВ и E_N = 1,2 МэВ, Чедвик получил для массы нейтрона m_n значение около 1 а.е.м. Низкая точность эксперимента позволяла сделать вывод лишь о приближенном равенстве масс нейтрона и протона.

В ряде работ 1932 – 33 гг. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри подтвердили существование нейтронов и их свойство выбивать протоны из легких ядер.