Важнейшим этапом в развитии физики атомного ядра было открытие нейтрона в 1932 г. Искусственное превращение атомных ядер. Впервые в истории человечества искусственное превращение ядер осуществил Резерфорд в 1919 г. Это было уже не случайное открытие. Так как ядро весьма устойчиво и ни высокие температуры, ни давления, ни электромагнитные поля не вызывают превращения элементов и не влияют на скорость радиоактивного распада, то Резерфорд предположил, что для разрушения или преобразования ядра нужна очень большая энергия. Наиболее подходящими носителями большой энергии в то время были а-частицы, вылетающие из ядер при радиоактивном распаде. Первым ядром, подвергшимся искусственному преобразованию, было ядро атома азота '^N. Бомбардируя азот а-частицами большой энергии, испускаемыми радием, Резерфорд обнаружил появление протонов — ядер атома водорода. В первых опытах регистрация протонов проводилась методом сцинтилляций, и их результаты не были достаточно убедительными и надежными. Но спустя несколько лет превращение азота удалось наблюдать в камере Вильсона. Примерно одна а-частица на 50 ООО частиц, испущенных радиоактивным препаратом в камере, захватывается ядром азота, что приводит к испусканию протона. При этом ядро азота превращается в ядро изотопа кислорода: 147N+*He^O + ;H. На рисунке 261 показана одна из фотографий этого процесса. Слева видна характерная «вилка» — Жолио-Кюри Фредерик (1900—1958) — французский ученый и прогрессивный общественный деятель. Жолио-Кюри совместно с женой Ирен открыл в 1934 г. искусственную радиоактивность. Большое значение для открытия нейтронов имели работы супругов Кюри по исследованию излучения бериллия под действием а-частиц. Фредерик Жолио-Кюри с сотрудниками в 1939 г. впервые определил среднее число нейтронов, вылетающих при делении ядра атома урана, и показал принципиальную возможность цепной ядерной реакции с освобождением энергии. разветвление трека. Жирный след принадлежит ядру кислорода, а тонкий — протону. Остальные а-частицы не претерпевают столкновений с ядрами, и их треки прямолинейны. Другими исследователями были обнаружены превращения под влиянием а-частиц ядер фтора, натрия, алюминия и др., сопровождающиеся испусканием протонов. Ядра тяжелых элементов, находящихся в конце периодической системы, не испытывали превращений. Очевидно, что их большой электрический заряд не позволял а-частице приблизиться к ядру вплотную. Открытие нейтрона. В 1932 г. произошло важнейшее для всей ядерной физики событие: учеником Резерфорда английским физиком Д. Чедвиком был открыт нейтрон. При бомбардировке бериллия а-частицами протоны не появлялись. Но обнаружилось какое-то сильно проникающее излучение, способное преодолеть такую преграду, как свинцовая пластина толщиной 10—20 см. Было сделано предположение, что это у-лучи большой энергии. Ирен Жолио-Кюри (дочь Марии и Пьера Кюри) и ее муж Фредерик Жолио-Кюри обнаружили, что если на пути излучения, образующегося при бомбардировке бериллия а-частицами, поставить парафиновую пластину, то ионизирующая способность этого излучения резко увеличивается. Они справедливо предположили, что излучение выбивает из парафиновой пластины протоны, имеющиеся в большом количестве в таком водородсодержащем веществе. С помощью камеры Вильсона (схема опыта приведена на рисунке 262) супруги Жолио-Кюри обнаружили эти протоны и по длине пробега оценили их энергию. Если согласно сделанному предположению протоны ускорялись в результате столкновения су-квантами, то энергия этих квантов должна была быть огромной — около 55 МэВ. Чедвик наблюдал в камере Вильсона треки ядер азота, испытавших столкновение с бериллиевым излучением. По его оценке, энергия у-квантов, способных сообщать ядрам азота скорость, которая обнаруживалась в этих наблюдениях, должна была составлять 90 МэВ. Аналогичные же наблюдения в камере Вильсона треков ядер аргона привели к выводу, что энергия указанных гипотетических у-квантов должна составлять 150 МэВ. Таким образом, считая, что ядра приходят в движение в результате столкновения с частицами, лишенными массы покоя, исследователи пришли к явному противоречию: одним и тем же у-квантам приходилось приписывать различную энергию. Стало очевидным, что предположение об излучении бериллием у-квантов, т. е. частиц, лишенных массы покоя, несостоятельно. Из бериллия под действием а-частиц вылетают какие-то достаточно тяжелые частицы. Только при столкновениях с тяжелыми частицами протоны или ядра азота и аргона могли получить ту большую энергию, которая наблюдалась. Поскольку эти частицы обладали большой проникающей способностью и непосредственно не ионизировали газ, то, следовательно, они были электрически нейтральными. Ведь заряженная частица сильно взаимодействует с веществом и поэтому быстро теряет свою энергию. Новая частица была названа нейтроном. Существование ее предсказывал Резерфорд более чем за 10 лет до опытов Чедвика. По энергии и импульсу ядер, сталкивающихся с нейтронами, была определена их масса. Она оказалась чуть больше массы протона — 1838,6 электронной массы вместо 1836,1 для протона. При попадании а-частиц в ядра бериллия происходит следующая реакция: э 4 12 i 4Ве + 2Не —>? 6С +0п . Здесь х0п — символ нейтрона; заряд его равен нулю, а относительная масса — приблизительно единице. Нейтрон — нестабильная частица: свободный нейтрон за время около 15 мин распадается на протон, электрон и нейтрино — частицу, лишенную массы покоя. Элементарная частица — нейтрон — не имеет электрического заряда. Масса нейтрона больше массы протона приблизительно на 2,5 электронной массы. ^ Объясните, почему при центральном столкновении с протоном нейтрон передает ему всю энергию, а при столкновении с ядром азота — только ее часть.