Таинственные нейтральные частицы, скрытые внутри атома, долгие годы оставались загадкой для ученых. Кто же все-таки сумел раскрыть их секрет и доказать существование загадочных нейтронов? Эта история полна драматизма, случайностей и великих открытий.
Предсказание нейтрона Резерфордом
В начале XX века английский физик Эрнест Резерфорд активно занимался изучением строения атома с помощью экспериментов по рассеянию альфа-частиц. Он обнаружил, что в центре атома находится маленькое положительно заряженное ядро. Вокруг него двигаются электроны со своими отрицательными зарядами.
Однако Резерфорд столкнулся со следующей загадкой: суммарный заряд ядра атома не совпадал с количеством находящихся в нем протонов. Ядра были значительно тяжелее. Ученый выдвинул смелую гипотезу о существовании в ядре особой нейтральной частицы, состоящей из протона и электрона. Такая частица будто бы имела массу, близкую к массе протона, но не имела заряда.
Это было фактически предсказание открытия нейтрона, хотя сам этот термин еще не использовался
Опыты по бомбардировке бериллия
В 1930 году немецкие ученые Вальтер Боте и Герберт Беккер проводили интересный эксперимент. Они бомбардировали бериллий потоком альфа-частиц, испускаемых полонием. И обнаружили необычный эффект.
Из бериллия начало вырываться какое-то сильнопроникающее излучение. Ученые решили, что это гамма-лучи, т.е. электромагнитное излучение высоких энергий. Однако дальнейшие исследования показали, что это излучение обладало аномально высокой проникающей способностью, значительно превосходящей все известные гамма-лучи.
- 1930 г. - эксперименты Боте и Беккера по бомбардировке бериллия альфа-частицами;
- Обнаружено сильнопроникающее излучение неясной природы;
- Ошибочно принято за гамма-излучение.
Требовались дальнейшие исследования, чтобы разгадать тайну этого излучения.
Участие Жолио-Кюри
В 1932 году в эксперименты с бомбардировкой бериллия альфа-частицами включились французские ученые Ирен и Фредерик Жолио-Кюри. Они решили повторить опыты Боте и Беккера.
Но в отличие от своих предшественников, Жолио-Кюри поставили на пути загадочного излучения специальный поглотитель - пластинку из парафина. К удивлению ученых, интенсивность прошедшего излучения при этом увеличилась, хотя должна была, казалось бы, ослабеть.
Эти данные еще больше запутали ситуацию - стало непонятно, что же за странное излучение выходит из бомбардируемого бериллия.
| 1932 г. | Опыты Жолио-Кюри по бомбардировке бериллия с использованием парафинового поглотителя |
| ➕ | Необъяснимый рост интенсивности излучения после парафина |
Требовался новый подход для решения этой загадки.
Решающий эксперимент Чедвика
Английский физик Джеймс Чедвик, ученик Резерфорда, в 1932 году поставил эксперимент, который позволил разгадать тайну таинственного излучения из бериллия.
кто открыл нейтрон - такой вопрос задавали себе многие. И Чедвик на него ответил. Он опроверг гипотезу Боте и Беккера о том, что это обычные гамма-лучи. Ученый выдвинул революционную идею о некой новой нейтральной частице, отличающейся от всех известных в то время.
Дальнейшие тщательно спланированные эксперименты Чедвика это полностью подтвердили. Родилось открытие новой элементарной частицы, которую назвали "нейтроном". Ее свойства идеально соответствовали предсказаниям Резерфорда о гипотетической нейтральной частице в ядре.
- 1932 г. - Эксперимент Чедвика по бомбардировке бериллия.
- кто открыл нейтрон - Гипотеза Чедвика о новой нейтральной частице.
- Подтверждение гипотезы в ходе опытов.
- Рождение термина "нейтрон".
Но это было лишь начало. Впереди предстояло изучить удивительные свойства новой частицы и понять ее роль в строении атома.
Последствия открытия нейтрона
Кто открыл нейтроны - этот вопрос был у всех на устах после опытов Чедвика. Его открытие потрясло научный мир и запустило лавину новых исследований в области ядерной физики.
В частности, благодаря существованию нейтрона удалось объяснить аномально большой вес ядер по сравнению с суммарным весом находящихся в них протонов. Эта загадка долго мучила ученых.
Так появилась протонно-нейтронная модель атомного ядра. Согласно ей, ядра состоят именно из протонов и нейтронов. При этом нейтроны, не имея заряда, не испытывают отталкивания друг от друга. Поэтому в тяжелых ядрах их может быть очень много.
Нобелевская премия Чедвика
За свое выдающееся открытие нейтрона Джеймс Чедвик в 1935 году был удостоен Нобелевской премии по физике. Это стало всеобщим признанием его гениальной догадки и решающего вклада в создание новой науки о атомном ядре.
Кем открыт нейтрон - теперь уже не было никаких сомнений по этому поводу. Благодаря трудам Чедвика тайна загадочного излучения из бериллия была наконец разгадана, и мир узнал о существовании новой удивительной элементарной частицы.
Изучение свойств и структуры нейтрона
После открытия нейтронов физики активно взялись за изучение их различных свойств и внутреннего строения. Было установлено, что масса нейтрона немного больше, чем у протона.
Кроме того, хотя нейтрон и является нейтральной частицей без электрического заряда, его нельзя считать полностью невзаимодействующей. Нейтрон, как выяснилось, может распадаться с образованием протона, электрона и антинейтрино.
Для изучения внутренней структуры нейтрона применялись опыты по рассеянию на них пучков электронов. Так было обнаружено, что нейтрон имеет плотное положительно заряженное ядро, окруженное отрицательно заряженной мезонной оболочкой.
Роль нейтронов в атомных ядрах
Кто открыл нейтроны - благодаря этому ключевому открытию стало ясно, что нейтроны играют важнейшую роль во внутреннем строении атомных ядер.
Особенно много нейтронов содержится в ядрах тяжелых химических элементов. Например, в природном уране на 238 протонов приходится целых 146 нейтронов!
Нейтроны как бы "склеивают" протоны в тяжелых ядрах, не давая им разлететься из-за электрического отталкивания. Поэтому нейтроны можно назвать одним из "кирпичиков", на которых строится наш мир.
Применение нейтронов в технике
Помимо фундаментальных исследований, открытые нейтроны нашли и важнейшие практические применения.
Например, при замедлении до низких энергий нейтроны могут использоваться для управления ядерными реакциями в атомных реакторах. Их преимущество в том, что они с высокой вероятностью вызывают деление ядер урана, поддерживая таким образом цепную реакцию.
Кроме того, интенсивные пучки быстрых нейтронов применяются в некоторых видах облучения опухолей. Такие нейтроны эффективно поражают раковые клетки, оставляя здоровые ткани в неприкосновенности.
