Question

Opisz odkrycie neutronu przez Jamesa Chadwicka.

Answer 1

W 1932 roku James Chadwick stwierdził, iż obserwowane promieniowanie wcale nie jest promieniowaniem gamma lecz obojętnymi cząsteczkami - neutronami, mające masę zbliżoną do masy protonu. Według niego w doświadczeniu przeprowadzonym przez Bothe i Beckera występuje następująca reakcja:

4/2He + 9/4Be ->12/6C + 10n

Neutrony dzięki temu, że są obojętne, mogą przenikać przez grube warstwy materiałów (np. ołowiu). Ich ruch bowiem nie jest zaburzany przez cząstki naładowane dodatnio, bądź ujemnie wchodzące w skład atomów tego materiału. Cząsteczki te mają dość dużą masę, dzięki czemu mogą one zderzając się z lekkimi jądrami pierwiastków wprawiać je w ruch.
Stwierdzono również, że inny pierwiastek - bor, ostrzeliwany cząsteczkami alfa również emituje neutrony. Równanie opisująca tą reakcję wygląda następująco:

4/2He + 11/5B -> 14/7N + 10n

Przez wiele lat na początku naszego wieku panowało przekonanie, iż atom składa się z dodatniego jądra, złożonego z pewnej liczby dodatnich protonów i mniejszej liczby ujemnych elektronów. Dodatni ładunek jądra miał być wypadkową ładunków dodatnich i ujemnych w jądrze. Ponad to dookoła jądra krążyła pewna liczba ujemnych elektronów, tak że cały atom pozostawał obojętny. Weźmy na przykład jądro deuteru (izotop wodoru). Miało się ono według owej teorii składać z dwóch dodatnich protonów i jednego ujemnego elektronu, tak że ostatecznie jądro deuteru miało ładunek +1e. W taki właśnie sposób tłumaczono istnienie izotopów.
Po odkryciu przez Chadwicka obojętnego neutronu powstała nowa teoria, zgodnie, z którą w skład jądra atomowego wchodzą protony i neutrony - w liczbie podawanych wcześniej elektronów jądrowych. Tak więc teraz jądro deuteru składa się z jednego protonu i jednego neutronu. W licznych późniejszych badaniach udowodniono, iż w jądrze nie istnieją elektrony.
Naukowcy nauczyli się wytwarzać wolne neutrony na kilka różnych sposobów. Pierwszym sposobem jest ten opisany powyżej. Drugi polega na bombardowaniu jądrami deuteru (2/1H) tarczy zbudowanej z trytu (3/1H):

2/1H + 3/1H -> 4/2He + 10n

Kolejnym sposobem wytwarzania neutronów jest oddziaływanie promieniowania gamma z jądrami atomów np.:

(gamma) + 9 /4H -> 8/4H + 10n

Powolne neutrony mogą ponadto oddziaływać z jądrami różnych atomów i być przez nie zaabsorbowane. Absorpcji takiej towarzyszy emisja promieniowania gamma:

10n + 27/13Al -> 28/13+ (gamma)