Atom yadrosi va elementlar zarrasi

Neytronning kashf qilinishi.
Zarralari bilan nurlantirish bo'yicha tajribalar shuni ko'rsatdiki, yadro reaktsiyalari har doim ham proton emissiyasi bilan boshlanmaydi. Germaniyalik olimlar V.Bothe va G. Bekker 1930 yilda berilliyani α zarralari bilan bo’lbardimon qilganda, juda yuqori darajada kirib boradigan yangi nurlanish paydo bo'lishini birinchi bo'lib berilyum nurlari deb atashdi. Bu nurlanish Uilson kamerasida iz qoldirmadi va sintilyatsiyaga olib kelmadi, elektr va magnit maydonlariammo vodorod va boshqa atomlarning yadrolarini o'z ichiga olgan moddalardan vodorod yadrolarini (protonlarni) chiqarib yubordi, masalan azot uning birikmalaridan. Bor zarralar va boshqa bir qator elementlar bilan nurlanish natijasida shunga o'xshash nurlanish aniqlandi.Dastlab, berilliy nurlar γ nurlanish deb taxmin qilingan. Biroq, bu nurlar shu qadar qalin qo'rg'oshin qatlamlariga kirib borganki, boshqa barcha ma'lum nurlarni kechiktirgan. Bundan tashqari, hisob-kitoblar shuni ko'rsatdiki, ushbu radiatsiyaga to'g'ri keladigan foton energiyasi juda katta va hatto proton, azot atomining yadrosi va boshqa atomlarning yadrolari siqib chiqarilgan bo'lsa ham farq qiladi. Bularning barchasi berilyum nurlari γ nurlanishiga shubha tug'diradi.1932 yilda Chadwick berilliy nurlari neytral zarrachalardan iborat bo'lib, ular proton massasiga yaqinlashdi. U bu zarralarni neytronlar deb atadi. Keyingi tadqiqotlar Chadvikning taklifini tasdiqladi. Shunday qilib, yana bir elementar zarracha - neytron kashf qilindi. Uning qolgan massasi 1,6749 * 10 -27 kg ni tashkil qiladi, ya'ni proton massasidan bir oz ko'proq. Keyinchalik, Uilson kamerasidagi ko'plab rasmlar turli atomlarning yadrolari bilan neytron to'qnashuvlarini qayd etdi. Ushbu fotosuratlardan biri sek. 37.9. Unda neytron parafindan parchalangan protonning izi ko'rsatilgan (neytron o'zi iz qoldirmaydi).

Neytronlar zaryadlanmaganligi sababli ular atomlarning elektronlari bilan o'zaro ta'sir o'tkazmaydilar va ularning yo'lida ion hosil qilmaydi (elektron bilan to'g'ridan-to'g'ri aloqa juda kam). Bu neytron oqimining yuqori kirish qobiliyatini ochib beradi. Neytron atom yadrosi bilan to'qnashguncha to'g'ri uchadi. Kuchli yadrolar bilan elastik to'qnashuvda neytron deyarli energiyani yo'qotmaydi, xuddi to'p devordan sakraganday. Yengil yadrolar bilan to'qnashganda neytron o'z energiyasining sezilarli qismini ularga o'tkazadi va ta'sirdan keyin u sekinroq harakat qiladi. Bir qator to'qnashuvlardan so'ng uning kinetik energiyasi energiyaga yaqinlashadi termal harakat zarralar atrof-muhit. Bunday sekin harakatlanadigan neytronlar termal neytronlar deyiladi. Eng samarali neytron moderatorlari vodorodni o'z ichiga olgan moddalar, masalan, kerosin, suv va boshqalar. Uglerod yaxshi moderatordir.

Neytronlarning atom yadrolari bilan to'qnashishi ehtimolligi zaryadlangan zarrachalarga qaraganda ancha katta, chunki neytronlar yadrolar tomonidan, masalan, a-zarralar kabi elektrostatik repulsiyani boshdan kechirmaydilar. Yadrolar bilan notekis to'qnashuvda neytronlar osonlikcha yadrolarga kirib, juda ko'p elementlarning yadro konversiyalariga olib keladi.
Neytronni kashf qilish
Atom yadrosi fizikasining rivojlanishidagi eng muhim bosqich 1932 yilda neytronning kashf qilinishi edi.Atom yadrolarini sun'iy ravishda o'zgartirish. Ruterford insoniyat tarixida birinchi marta 1919 yilda yadrolarni sun'iy ravishda o'zgartirishni amalga oshirdi. Bu endi tasodifiy kashfiyot emas edi.Yadro juda barqarordir va na yuqori harorat, na bosim, na elektromagnit maydonlar elementlarning o'zgarishiga olib kelmaydi va radioaktiv parchalanish tezligiga ta'sir qilmaydi, Ruterford yadroni yo'q qilish yoki o'zgartirish uchun juda katta energiya zarurligini ta'kidladi. O'sha paytdagi eng yaxshi energiya tashuvchilar radioaktiv parchalanish paytida yadrolardan chiqadigan zarralar edi.Sun'iy transformatsiyadan o'tgan birinchi yadro azot atomining yadrosi bo'lgan. Rumin tomonidan chiqarilgan azotni yuqori energiyali zarralar bilan bo’lbalash orqali Ruterford protonlarning - vodorod atomi yadrosining paydo bo'lishini kashf etdi.Birinchi tajribalarda protonlarni ro'yxatga olish sintilatsiya 1 usuli bilan amalga oshirildi va ularning natijalari etarli darajada ishonchli va ishonchli emas edi. Ammo bir necha yil o'tgach, Uilson xonasida azotning konversiyasi kuzatildi. Kamerada radioaktiv preparat tomonidan chiqarilgan har 50 000 zarrachaga bitta zarracha azot yadrosi bilan ushlanib, proton chiqishiga olib keladi. Bu holda azot yadrosi kislorod izotopining yadrosiga aylanadi:13.9-rasmda ushbu jarayonning fotosuratlaridan biri ko'rsatilgan. Chapda siz xarakterli "vilkalar" ni ko'rasiz - dallanadigan yo'l. Qalin iz kislorod yadrosiga, ingichka iz protonga tegishli. Qolgan zarralar yadrolar bilan to'qnashmaydi va ularning izlari to'g'ri. Boshqa tadqiqotchilar ftor, natriy, alyuminiy va boshqalarning β zarralari ta'sirida protonlarning tarqalishi bilan bog'liq bo'lgan o'zgarishlarni aniqladilar. Davriy tizim oxiridagi og'ir elementlarning yadrolari o'zgarishlarga duch kelmadi. Shubhasiz, katta (ijobiy) zaryad tufayli zarra yadroga yaqinlasha olmadi. 1 Sintilyatsiya - zarralar maxsus moddaning qatlami bilan qoplangan yuzaga, masalan, sink sulfid qatlamiga urilganda paydo bo'ladigan avj.Joliot-Kyuri Frederik (1900-1958) - fransuz olimi va progressiv jamoat arbobi. Irene rafiqasi bilan birgalikda 1934 yilda sun'iy radioaktivlikni aniqladi. Neytronlarni kashf qilishda Kurining turmush o'rtoqlari β-zarrachalar ta'sirida berilyum nurlanishini o'rganish bo'yicha ish olib borishdi. 1939 yilda u va uning sheriklari dastlab uran atomining yadrosini parchalanish jarayonida chiqarilgan neytronlarning o'rtacha miqdorini aniqladilar va energiya chiqarilishi bilan zanjirli yadro reaktsiyasining asosiy imkoniyatlarini ko'rsatdilar.Neytron kashfiyoti. 1932 yilda hamma uchun eng muhim narsa yadro fizikasi voqea: Ruterfordning talabasi, ingliz fizigi D. Chadvik neytronni kashf qildi.Berilyum zarrachalar bilan bo’lbardimon qilinganida protonlar ko'rinmadi. Ammo qalinligi 10–20 sm bo'lgan qo'rg'oshin plitasi kabi to'siqni engib o'tishi mumkin bo'lgan kuchli radiatsiya aniqlandi va ular yuqori energiyali nurlar ekanligi taxmin qilindi.Irene Joliot-Cure (Mariya va Per Kyurining qizi) va uning eri Frederik Joliot-Kuri, agar siz berilliy zarralarini bo’lbardimon qilish natijasida hosil bo'lgan nurlanish yo'liga parafinli plastinka qo'ysangiz, u holda bu nurlanishning ionlash qobiliyati sezilarli darajada oshadi. Ular radiatsiya parafinli plastinkadan vodorod o'z ichiga olgan moddada juda ko'p bo'lgan protonlarni taqillatadi deb to'g'ri taxmin qilishdi. Uilson kamerasidan foydalangan holda (tajriba diagrammasi 13.10-rasmda keltirilgan) Joliot-Kuri juftlari ushbu protonlarni kashf etdilar va ularning energiyasini yo'l uzunligiga qarab hisobladilar. Ularga ko'ra, agar protonlar β-kvant bilan to'qnashuv natijasida tezlashgan bo'lsa, unda bu kvantlarning energiyasi juda katta bo'lishi kerak edi - taxminan 55 MeV.Chadvik Uilson kamerasida azot yadrolari izlarini kuzatgan, ular berilliy nurlanish bilan to'qnashgan. Uning hisob-kitoblariga ko'ra, ushbu kuzatuvlarda aniqlangan tezlik azot yadrolarini xabardor qilishga qodir γ-kvant energiyasi 90 MeV bo'lishi kerak edi. Argon yadrolari izlari kamerasidagi Wilson kamerasida shunga o'xshash kuzatuvlar ushbu gipoteza-kvant energiyasi 150 MeV bo'lishi kerak degan xulosaga keldi. Shunday qilib, yadrolar massasiz zarralar bilan to'qnashuv natijasida harakatga kelgan deb faraz qilgan holda, tadqiqotchilar aniq qarama-qarshilikka kelishdi: bir xil β-kvantlar turli xil energiyaga ega edi.Berilliy kvantining, ya'ni massasiz zarrachalarning emissiyasini taxmin qilish mumkin emasligi ma'lum bo'ldi. Β zarralar ta'sirida ba'zi og'ir zarralar berilliyadan chiqib ketadi. Axir, faqat og'ir zarralar bilan to'qnashganda, proton yoki azot va argon yadrolari eksperimental ravishda kuzatilgan katta energiyani olishlari mumkin edi. Ushbu zarralar juda katta kirish kuchiga ega bo'lganligi sababli va gazni to'g'ridan-to'g'ri ionlashtirmaganligi sababli, ular elektr neytral edi. Axir, zaryadlangan zarra materiya bilan kuchli ta'sir qiladi va shuning uchun tezda energiyasini yo'qotadi.Yangi zarra neytron deb nomlandi. Ruterford Chadwick tajribalaridan 10 yil oldin uning mavjudligini bashorat qilgan. Neytronlar bilan to'qnashgan yadrolarning energiyasi va momentumidan ushbu yangi zarralarning massasi aniqlandi. Bu proton massasidan biroz kattaroq bo'lib chiqdi - proton uchun 1836,1 o'rniga 1838,6 elektron massasi. Oxir-oqibat zarralar berill yadrolariga tushganda quyidagi reaktsiya yuzaga kelishi aniqlandi.Bu erda neytronning ramzi; uning zaryadi nolga teng, va nisbiy massa - bitta haqida. "Neytron beqaror zarrachadir: erkin neytron protonga taxminan 15 minut ichida parchalanadi, elektron va neytrino - massasiz neytron zarracha.Elementar zarracha - neytronga ega emas elektr zaryadi. Neytronning massasi proton massasidan 2,5 elektron massasiga kattaroqdir.Yadroning proton neytron modeli 1932 yil 28-mayda sovet fizigi D. D. Ivanenko "Tabiat" da eslatmani nashr etdi, unda u proton bilan birga neytron yadroning tarkibiy elementi ekanligini ta'kidladi. Uning ta'kidlashicha, ushbu gipoteza azotli falokat muammosini hal qiladi. Darhaqiqat, ushbu gipotezaga ko'ra, azot yadrosi 14 ta zarradan iborat - 7 ta proton va 7 ta neytron va shu bilan 1930 yilda Rasetti tomonidan Raman spektrini o'rganish natijasida ko'rsatilgandek, Bose statistikasiga bo'ysunadi. 1932 yil iyun oyida V. Xeyzenberg yadroning proton-neytron modeli haqida katta maqola taqdim etdi. Biroq, yadroning proton-neytron modeli aksariyat fiziklar tomonidan shubha bilan kutib olindi. B-parchalanishida elektronlar yadrolari chiqarilishiga zid keladiganga o'xshaydi. Geyzenberg 1968 yilda uning yadroda elektronlar yo'qligi haqidagi gumoni "eng taniqli fiziklar tomonidan juda qattiq tanqid qilinganligini" esladi. Va u to'g'ri deb xulosa qildiapriori sifatida qabul qilinadigan darajada ravshan ko'rinadigan narsalardan voz kechish haqiqatan ham qiyinligini ko'rsatadi. " Aristotelning terminologiyasiga ko'ra, "tabiatan aniq" deb "biz uchun aniq" dan voz kechish juda qiyin. Faqat og'ir zarrachalardagi yadrolarning tuzilishi haqidagi g'oyani fiziklar deyarli qabul qilmadilar. Yadro ichida elektronlar yo'q degan fikrni Dirak 1930 yilda aytgan, ammo saqlanib qolgan. Neytron kashfiyotini ko'pchilik ahamiyatsiz deb hisoblashdi - proton va elektronning murakkab shakllanishi shunchaki ochiq kashf qilindi, men hali ham shunday deb o'ylardim. Hech kim yangi zarrachalarni kiritish orqali "koinotning asosiy bloklari" proton va elektron bo'lgan dunyoning oddiy rasmini murakkablashtirmoqchi emas edi. 1933 yil sentyabrda Leningradda atom yadrosi bo'yicha konferentsiya bo'lib o'tdi, unda chet ellik olimlar ham qatnashdilar. F. Joliot (u hali er-xotin familiyasiga ega emas edi) ikkita ma'ruza qildi: "Neytronlar" va "Fotonlarning moddiylashuvi va yadrolarning o'zgarishi paytida pozitronlarning paydo bo'lishi". P. Dirak pozitron nazariyasi bo'yicha taqdimot qildi; F. Perrin - yadro modeli bo'yicha. D. Ivanenko shuningdek, yadro modeli haqida taqdimot qildi. U asosiy tezisni tuzgan holda proton-neytron modelini qat'iy himoya qildi: yadroda faqat og'ir zarralar mavjud. "Elektronlar, pozitronlar va hokazolarning paydo bo'lishi, - dedi Ivanenko, -" yorug'lik kvantining chiqarilishi bilan taqqoslaganda, zarralar ishlab chiqarishning bir turi sifatida talqin qilinishi kerak. D.