Neutrony

NEUTRONY

W 1930 roku dwaj Niemcy: Walter Bothe i H. Becker bombardowali cz±stkami alfa (j±drami helu) beryl (⁹₄Be). Zaobserwowali emisjê bardzo przenikliwego promieniowania. Promieniowanie to, jak wkrótce uda³o siê wykazaæ nie jest odchylane w polu magnetycznym i mo¿e przenikaæ nawet przez kilkucentymetrow± warstwê o³owiu. Przyjêto, i¿ jest to wysokoenergetyczne promieniowanie gamma. Jednak nied³ugo pó¼niej okaza³o siê, i¿, gdyby rzeczywi¶cie odkryte promieniowanie, by³o kwantami gamma, musia³oby ono mieæ energiê znacznie wiêksz± od jakiegokolwiek obserwowanego do tej pory promieniowania gamma. Zauwa¿ono równie¿, ¿e promieniowanie to wybija z bloku parafinowego umieszczonego na jego drodze protony (Irena Joliot-Curie i Frederic Joliot-Curie).

W 1932 roku James Chadwick stwierdzi³, i¿ obserwowane promieniowanie wcale nie jest promieniowaniem gamma lecz obojêtnymi cz±steczkami - neutronami, maj±ce masê zbli¿on± do masy protonu. Wed³ug niego w do¶wiadczeniu przeprowadzonym przez Bothe i Beckera wystêpuje nastêpuj±ca reakcja:

(1)

Neutrony dziêki temu, ¿e s± obojêtne, mog± przenikaæ przez grube warstwy materia³ów (np. o³owiu). Ich ruch bowiem nie jest zaburzany przez cz±stki na³adowane dodatnio, b±d¼ ujemnie wchodz±ce w sk³ad atomów tego materia³u. Cz±steczki te maj± do¶æ du¿± masê, dziêki czemu mog± one zderzaj±c siê z lekkimi j±drami pierwiastków wprawiaæ je w ruch.
Stwierdzono równie¿, ¿e inny pierwiastek - bor, ostrzeliwany cz±steczkami alfa równie¿ emituje neutrony. Równanie opisuj±ca t± reakcjê wygl±da nastêpuj±co:

(2)

    Znaj±c dziêki pomiarom Astona masê ¹¹₅B i ¹⁴₇ N, Chadwick móg³ obliczyæ dok³adn± masê neutronu.
    Przez wiele lat na pocz±tku naszego wieku panowa³o przekonanie, i¿ atom sk³ada siê z dodatniego j±dra, z³o¿onego z pewnej liczby dodatnich protonów i mniejszej liczby ujemnych elektronów. Dodatni ³adunek j±dra mia³ byæ wypadkow± ³adunków dodatnich i ujemnych w j±drze. Ponad to dooko³a j±dra kr±¿y³a pewna liczba ujemnych elektronów, tak ¿e ca³y atom pozostawa³ obojêtny. We¼my na przyk³ad j±dro deuteru (izotop wodoru). Mia³o siê ono wed³ug owej teorii sk³adaæ z dwóch dodatnich protonów i jednego ujemnego elektronu, tak ¿e ostatecznie j±dro deuteru mia³o ³adunek +1e. W taki w³a¶nie sposób t³umaczono istnienie izotopów.
    Po odkryciu przez Chadwicka obojêtnego neutronu powsta³a nowa teoria, zgodnie, z któr± w sk³ad j±dra atomowego wchodz± protony i neutrony - w liczbie podawanych wcze¶niej elektronów j±drowych. Tak wiêc teraz j±dro deuteru sk³ada siê z jednego protonu i jednego neutronu. W licznych pó¼niejszych badaniach udowodniono, i¿ w j±drze nie istniej± elektrony.
    Naukowcy nauczyli siê wytwarzaæ wolne neutrony na kilka ró¿nych sposobów. Pierwszym sposobem jest ten opisany powy¿ej. Drugi polega na bombardowaniu j±drami deuteru (²₁H) tarczy zbudowanej z trytu (³₁H):

(3)

Kolejnym sposobem wytwarzania neutronów jest oddzia³ywanie promieniowania gamma z j±drami atomów np.:

(4)

Powolne neutrony mog± ponadto oddzia³ywaæ z j±drami ró¿nych atomów i byæ przez nie zaabsorbowane. Absorpcji takiej towarzyszy emisja promieniowania gamma:

(5)