Экспериментальные факты, заложившие основы ядерной физики

§30. Основные экспериментальные факты, заложившие основы
ядерной физики
В 1908 году Резерфорд
высказал предположение, что
радиоактивность сопровождает превращение атомов (точнее,
превращение ядер; это уточнение появилось после построения
ядерной модели атома).
В 1910 году английский физик и химик Фредерик Содди открыл
изотопию химических элементов - т.е. наличие различных атомных
масс у данного элемента.
В 1911 году была предложена модель атома Резерфорда.
Ф. Содди
В 1913−1925 годах был предсказан и обнаружен протон. В 1919−20 (1877−1956)
годах Резерфорд при бомбардировке азота α-частицами обнаружил
частицы, атомные веса которых близки к 1. Он сделал предположение,
что все ядра содержат ядра водорода (у водорода атомная масса 1,008 а.е.м.). Эту частицу
он назвал протоном (от гр. protos – первый):
2Не
4
+ 7N14 → 1Н1 + 8О17.
Исследования Резерфорда показали в 1925 году, что масса протона приблизительно равна
1836 масс электрона, заряд протона равен заряду электрона с точностью, большей чем 20
знаков. Протон стабилен: его время жизни превышает 1030 лет.
В 1920 году Резерфорд предсказал существование нейтрона.
§37
В 1928 году Поль Дирак предсказал существование позитрона
(положительно заряженного электрона), позднее он предсказал
существование и других античастиц. Позитрон был открыт в 1932
году при изучении космических излучений в камере Вильсона.
В 1930 году Ботэ и Беккер обнаружили, что при бомбардировке
ядер бериллия α-частицами возникает излучение высокой
проникающей способности.
Дж. Чэдвик
(1891 − 1974)
В 1932 году Джеймс Чэдвик по поручению Резерфорда повторил
опыты Ботэ и Беккера и доказал, что открытое ими излучение
состоит из незаряженных частиц с массой, близкой к массе протона, предсказанных
Резерфордом нейтронов (от лат. neuter – ни тот ни другой):
4Ве
9
+ 2Не4 → 6С12 + 0n1.
Сразу же было высказано предположение
(Дмитрием Дмитриевичем Иваненко в
СССР и Вернером Гейзенбергом в
Германии), что нейтроны наряду с
протонами входят в состав ядра. Так была
преодолена трудность, что атомные номера
меньше атомных масс.
Масса нейтрона в 1838,6 раз больше массы
электрона и очень близка к массе протона.
Это позволило сформулировать положение о
том, что протон и нейтрон − это одна и та же
Слева направо: Д.Д. Иваненко (1904−1994),
В. Гейзенберг (1901−1976), П. Дирак (1902−1984)
ядерная частица (нуклон – от лат. nucleas - ядро) в разных зарядовых состояниях.
Нейтрон оказался β-радиоактивен и было записано следующее уравнение: 0n1 → 1p1 + −1е0.
Измерения показали, что энергия нейтрона в этой реакции больше суммы энергии протона
и электрона!
Начинается чуть ли не паника в рядах
физиков: Бор предполагает нарушение
закона сохранения энергии!
Паули предположил существование
нейтральной частицы, которая уносит
избыток энергии. Ферми назвал эти
частицы «нейтрино» (нейтрончик).
Масса покоя нейтрино равна нулю. Их
никак не удавалось обнаружить,
поэтому было сделано предположение,
что они очень слабо взаимодействуют с
веществом.
Слева направо: В. Паули (1900 −1958), Э. Ферми
(1901 −1954), В. Гейзенберг (1901 −1976)