Открытие нейтрона

Опыты по облучению легких элементов α-частицами показали, что не во всех случаях протекают ядерные реакции с испусканием протонов. Немецкие ученые В. Боте и Г. Беккер в 1930 г. обнаружили, что при бомбардировке бериллия α-частицами возникает новое излучение, обладающее очень высокой проникающей способностью, названное вначале бериллиевыми лучами. Это излучение не оставляло следов в камере Вильсона и не вызывало сцинтилляций, не испытывало отклонения в электрическом и магнитных полях, но выбивало ядра водорода (протоны) из веществ, содержащих водород, а также ядра других атомов, например азота из его соединений. Аналогичное излучение было обнаружено затем и при облучении α-частицами бора и ряда других элементов.

Первоначально предполагали, что бериллиевые лучи представляют собой γ-излучение. Однако эти лучи проникали сквозь такие толстые слои свинца, которые задерживали все другие известные γ-лучи. Кроме того, расчеты показывали, что энергия фотонов, соответствующая этому излучению, получалась неправдоподобно большой, да еще и неодинаковой в случае выбивания протона, ядра атома азота и ядер других атомов. Все это вызывало сомнение в том, что бериллиевые лучи являются γ-излучением.

В 1932 г. Чэдвик предположил, что бериллиевые лучи состоят из нейтральных частиц с массой, близкой к массе протона. Эти частицы он назвал нейтронами. Дальнейшие исследования подтвердили предположение Чэдвика. Так была открыта еще одна элементарная частица — нейтрон. Его масса покоя равна 1,6749*10^-2Z кг, т. е. чуть больше массы протона. Впоследствии на многих снимках в камере Вильсона были зафиксированы столкновения нейтронов с ядрами различных атомов. Одна из таких фотографий показана на рис. 37.9. На ней виден след протона, выбитого из парафина нейтроном (сам нейтрон следа не оставляет).

Поскольку нейтроны не имеют заряда, они не взаимодействуют с электронами атомов и не образуют ионов на своем пути (прямое попадание в электрон происходит очень редко). Этим и объясняется высокая проникающая способность потока нейтронов. Нейтрон летит прямолинейно до тех пор, пока не столкнется с атомным ядром. При упругом столкновении с тяжелыми ядрами нейтрон почти не теряет энергии, отскакивая от них, подобно тому, как мячик отскакивает от стены. При столкновении же с легкими ядрами нейтрон передает им заметную часть своей энергии, а сам после удара движется медленнее. После ряда столкновений его кинетическая энергия становится близкой к энергии теплового движения частиц окружающей среды. Такие медленно движущиеся нейтроны называются тепловыми. Наиболее эффективными замедлителями нейтронов являются вещества, содержащие водород, например парафин, вода и т. п. Хорошим замедлителем является углерод.

Вероятность столкновения нейтронов с ядрами атомов значительно больше, чем у заряженных частиц, так как нейтроны не испытывают электростатического отталкивания со стороны ядер, как, например, α-частицы. При неупругих столкновениях с ядрами нейтроны легко проникают в ядра и вызывают ядерные превращения очень многих элементов.