| W 1930 roku dwaj Niemcy: Walter Bothe i H. Becker bombardowali cząstkami alfa (jądrami helu) beryl (94Be). Zaobserwowali emisję bardzo przenikliwego promieniowania. Promieniowanie to, jak wkrótce udało się wykazać nie jest odchylane w polu magnetycznym i może przenikać nawet przez kilkucentymetrową warstwę ołowiu. Przyjęto, iż jest to wysokoenergetyczne promieniowanie gamma. Jednak niedługo później okazało się, iż, gdyby rzeczywiście odkryte promieniowanie, było kwantami gamma, musiałoby ono mieć energię znacznie większą od jakiegokolwiek obserwowanego do tej pory promieniowania gamma. Zauważono również, że promieniowanie to wybija z bloku parafinowego umieszczonego na jego drodze protony (Irena Joliot-Curie i Frederic Joliot-Curie). |
|
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:
(1)
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:
(2)
Znając dzięki pomiarom Astona masę 115B i 147 N, Chadwick mógł obliczyć dokładną masę neutronu.
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 (21H) tarczy zbudowanej z trytu (31H):
(3)
Kolejnym sposobem wytwarzania neutronów jest oddziaływanie promieniowania gamma z jądrami atomów np.:
(4)
Powolne neutrony mogą ponadto oddziaływać z jądrami różnych atomów i być przez nie zaabsorbowane. Absorpcji takiej towarzyszy emisja promieniowania gamma:
(5)
