Открытие нейтронов и позитронов
Представление о строении атомных ядер из протонов и электронов продержалось в науке более 10 лет, хотя и содержало ряд существенных противоречий. Но затем были сделаны новые открытия, которые коренным образом изменили это представление. В 1930 г. Бот и Беккер заметили, что при бомбардировке атомов бериллия α-частицами эти атомы испускают новые лучи, обладающие огромной проницающей способностью: слой свинца в 3 см поглощает их лишь наполовину. Возникновение этих лучей наблюдали также Ирен Кюри и ее муж Фредерик Жолио-Кюри, которые, кроме того, обнаружили, что, проходя сквозь вещества, содержащие водород (воду, парафин и др.), открытые Ботом и Беккером, лучи выбивают из этих веществ весьма быстрые протоны.
Природу этих лучей удалось установить только в 1932 г. Оказалось, что они представляют собой поток новых, электрически нейтральных частиц, с огромной^ скоростью вырывающихся из ядер бериллия и обладающих массой, почти равной массе протона. Эти частицы получили название нейтронов. Нейтрон обозначают буквой п.
Процесс, приводящий к испусканию нейтронов атомами бериллия, заключается в том, что гелионы поглощаются ядром бериллия (изотоп 9) и в то же время из ядра вылетает один нейтрон, вследствие чего оно превращается в ядро углерода:
4Ве9 + 2Не4 = 0nt + 6C12
При дальнейших исследованиях оказалось, что нейтроны образуются также при бомбардировке α-частицами атомов лития, бора, фтора, алюминия и других элементов.
Огромная проницающая способность нейтронов объясняется тем, что эти частицы не заряжены. Поэтому, пролетая сквозь атомы, они не взаимодействуют с их ядрами и не задерживаются в своем движении, если только не сталкиваются с ядрами непосредственно.
Первоначально нейтрон рассматривали как сложную частицу, состоящую из протона и электрона, тесно связанных друг с другом. Впоследствии, однако, выяснилось, что возможно и совершенно другое представление.
Почти одновременно с нейтронами были открыты частицы с массой, равной массе электрона, но несущие положительный электрический заряд — позитроны.
Существование позитронов впервые обнаружилось при изучении так называемых космических лучей, открытых еще в 1911 г. Эти лучи попадают в атмосферу земли из мирового пространства и обладают огромной энергией, вследствие чего их проницающая способность чрезвычайно велика. Природа космических лучей до сих пор твердо не установлена. Повидимому, они представляют собой электромагнитные волны, подобные γ-лучам радиоактивных веществ, но содержат также быстро летящие частицы.
В 1929 г. академик Д. В. Скобельцын, работая с камерой Вильсона, заметил появление в ней следов, оставленных какими-то заряженными частицами, хотя никакое излучение извне-не впускалось в камеру. Возникновение этих частиц можно было объяснить только воздействием на камеру космических лучей. Такое же явление наблюдал в 1932 г. американский физик Андерсен, который, изучая отклонение частиц в магнитном поле, пришел к заключению, что большая часть частиц представляет собой электроны, но среди них имеются также положительно заряженные частицы с массой, равной массе электрона. Вскоре было установлено, что позитроны появляются также при действии γ-лучей на многие тяжелые металлы и могут испускаться некоторыми легкими металлами под действием α-частиц. Позитрон обозначают символом е+.
Отличительной особенностью позитрона является очень малая продолжительность его жизни, равная в среднем 10-7 сек. Позитрон не может длительно существовать в материальной среде, так как, сталкиваясь с электроном (в оболочке какого-либо атома), он сейчас же соединяется с ним, образуя два фотона γ-лучей:
е+ + е— = 2hv
Процесс превращения пары позитрон — электрон в фотон часто очень неудачно называют «аннигиляцией» (от латинского nihil — ничто). Этот термин может натолкнуть на мысль, что при столкновении позитрона с электроном материя уничтожается. В действительности, конечно, никакого уничтожения материи здесь нет, так как вместо позитрона и электрона появляется определенное количество фотонов, которые имеют массу, равную массе «исчезнувших» позитрона и электрона. Таким образом, аннигиляция представляет собой лишь переход материи из одной ее формы (позитрон и электрон) в другую (фотон).
Известен и обратный процесс — «рождение» пары позитрон — электрон, наблюдаемый в камере Вильсона при впускании в нее очень жестких γ-лучей.
Вы читаете, статья на тему Открытие нейтронов и позитронов