8.5. Искусственное превращение ядер

Впервые искусственное превращение ядер осуществил Резерфорд в 1919 г. Полагая, что ядро нельзя расщепить температурой, давлением и т.п., он использовал для этого -частицы, образующиеся при р/а распаде и обладающие большой энергией. Регистрация первых опытов, проводимая по методу сцинтилляций (п. 8.1), не была достаточно убедительной, но с появлением камеры Вильсона удалось сфотографировать треки превращения атома азота в атом кислорода с выделением протона: .

• В опытах -частица захватывается примерно одним из 50000 ядер азота.

• Фотографии треков тщательно изучают и расшифровывают.

• Впоследствии удалось обнаружить превращения ядер фтора, натрия, алюминия и др., сопровождающиеся испусканием протонов.

• В ядрах тяжёлых элементов (в конце периодической системы) таких превращений не наблюдалось (вероятно большой заряд этих ядер не позволяет -частице вплотную приблизиться к ним).

• Такие превращения и называют искусственными ядерными реакциями.

• Испускание протонов при ядерных реакциях и кратность заряда ядра заряду протона говорили о том, что протон входит в состав ядра. Однако, масса ядра (по результатам расчётов и опытов) оказывалась больше произведения общего заряда всех протонов (в е) на массу протона (в а.е.м.), т. е. помимо протонов в ядре должны были находиться и другие элементарные частицы.

8.5.1. Открытие нейтрона

В 1930 г. Вальтер Боте (1891–1957, Германия) и Г. Беккер (???–???, Германия) обнаружили, что при бомбардировке бериллия -частицами возникает излучение, обладающее очень высокой проникающей способностью; не оставляющее следов в камере Вильсона и почти без ослабления проходящее через свинцовую плиту толщиной 10 см.

Супруги Фредерик (1900–1958, Франция) и Ирен (1897–1956, Франция) Жолио-Кюри поставили на пути излучения тонкую преграду из водородосодержащего вещества – парафина – и оказалось, что излучение сквозь неё не проходит. При этом из парафина в направлении излучения вылетали быстрые протоны.

Первоначально предполагали, что бериллиевые лучи представляют собой -излучение, причём его кванты должны были обладать огромной энергией в 55 МэВ.

В 1932 г. Джеймс Чедвик (1891–1974, Англия), работая в лаборатории Резерфорда, наблюдал в камере Вильсона треки ядер азота, испытавших столкновение с бериллиевым излучением. По его оценке, энергия -кван-тов должна была составлять 90 МэВ и более. Аналогичные опыты с ядрами аргона давали результат 150 МэВ. Чедвик заключил, что одни и те же -кванты не могут обладать разным значением энергии и излучение есть поток частиц, имеющих массу покоя. Частицы обладают большой проникающей способностью и не ионизируют газ, т.е. они электрически нейтральны (Чедвик назвал их нейтронами). Исследования показали, что масса нейтрона в 1838,6 больше массы электрона и почти равна массе протона (1836,1 масс электрона). При попадании -частиц в ядра бериллия происходит реакция: , где – нейтрон.

Нейтрон – нестабильная частица (с временем жизни   15 мин), которая распадается на протон, электрон и нейтрино (частица, лишённая массы покоя).