Protonok és neutronok - Fizika az iskolában
Protonok és a neutronok
Proton - egy magot egy hidrogénatom, a legkönnyebb kémiai elem elfoglaló táblázatban D. I. Mendeleev első helyen, és ennek megfelelően, amelynek a elektron héj csak egy elektron. Ha ionizálja a hidrogénatom, vagyis távolítsa el az egységes elektron, továbbra is a lényege, ami annak köszönhető, hogy hiányzik a héj lehet az úgynevezett „csupasz” mag és amely csak egy proton (a görög szó „protos” - az első).
Proton - pozitív töltésű részecskék, és töltés nagyságát pontosan megegyezik a töltés az elektron. proton masszát kifejezett számmal 1,6-10 -24gramma. Ez azt jelenti, hogy a tömege több ezer millió protonok 10.000-szer kevesebb, mint száz milliomod milligramm. Mégis ez az „elemi” részecskék utal, hogy a kategória a „nehéz”, mert a tömege 1836,6 szerese az elektron tömege. Nagyon kicsi és proton méretei: átmérő 100 ezerszer kisebb, mint az átmérője a atomja mintegy száz-milliomod centiméter. Ennek eredményeként, a protonsűrűség az anyag, annak ellenére, hogy elhanyagolható súly, hatalmas. Ha a kocka éle 1 milliméter sikerült betölteni ezeket a részecskéket, hogy azok teljesen elfoglalta a teljes mennyiség, megható egymást, akkor a kocka terhet 120.000 tonna! Persze, sőt, végezzen egy ilyen kísérlet lehetetlen. Protonok, ugyanolyan töltésű részecskék taszítják egymást, és szükség óriási előnye, hogy közelebb hozza őket egymáshoz. Azonban vannak csillagok, ahol olyan kedvező feltételeket egy viszonylag közeli megközelítés protonok egymással. Ezek a csillagok (pl csillag fürdők - Maanen a konstelláció Halak) rendkívül nagy sűrűségű anyag, bár ez természetesen egymilliószor kisebb mint abban az esetben gondolkodunk egy kockát, amely egy proton.
Az a tény, hogy a készítmény az atommagok, protonok írja, bebizonyosodott eredményeként végzett kísérletek 1919-ben az angol fizikus Rutherford. Ezekben a kísérletekben, ő használta a fluxus gyors alfa - részecske (azaz, hélium atommag) során keletkező radioaktív bomlási rádium C. At bombázással alfa - részecske magok nitrogén találtuk, hogy az utóbbi bocsát ki semmilyen gyors részecskék egyidejű emissziós az ellenkező irányba a lassú nehéz részecskék. Tanulmányozva ez a jelenség egy expanziós kamrában, azt találtuk, hogy a gyors részecskék protonok, és a lassú - az oxigén atommagok. Azt találtuk, hogy a nitrogén-nucleus, elfog egy alfa - részecske alakítjuk oxigén magot a kibocsátott egy proton. Bombázás alfa - részecske atommagba más elemek, és megerősítette jelenlétét a protonok ezek a magok.
Azonban a mag (kivéve a hidrogén atommag) nemcsak állhat egy proton. Sőt, a lényege a hélium atom, amely elfoglalja a második helyen a táblázatban D. I. Mendeleeva, a díj egyenlő a felelős két proton és tömegük nagyobb, mint a proton tömege négyszer. Hasonlóképpen, a töltés az oxigén mag egyenlő nyolc díjakat a proton és a tömeg a nucleus tizenhatszor a proton tömegének. Ennek magyarázata eltérést találtunk felfedezése után az új „elemi” részecskék - az úgynevezett neutron.
1930-ban, a tudósok úgy találták, hogy van-kibocsátás a töltés nélküli részecskék képesek áthatolni egy réteg ólom viszonylag vastagabb (akár 5 cm), amikor bombázzák alfa-részecskék bizonyos elemek (berillium, bór és mások). 1931-ben, a francia fizikus Irene és Frederik Zholio - Curie felfedezte, hogy ha tesz egy olyan anyag, amelynek molekulái tartalmaznak számos hidrogénatomok (pl paraffin), akkor elkezd levenni protonok módon ennek a sugárzásnak.
Azt gondolhatnánk, hogy az újonnan felfedezett sugárzás fotonokból áll. Annak érdekében azonban, hogy képes kiütni a viasz protonok, ezek a fotonok volna, hogy az energia mintegy 50 millió elektronvoltos. Az utóbbi esetben volna áthatolt a jelentősen nagyobb vastagság ólom, mint a megfigyelt kísérletileg (a folyosón egy foton-től 5 cm ólom energiára van szüksége mindössze 5 millió elektron - V). Ezt az ellentmondást úgy oldották eredményeként a munka az angol tudós Chadwick. Ez azt mutatja, hogy eltérnénk paraffin protonok és az atommagok kibocsátott hatására egy ismeretlen sugárzás más atomok mozognak, mintha azok nem kopogtatott fotont, és a nehéz részecskék tömege, amely közelítőleg egyenlő, hogy a proton. Így az erőfeszítéseit több fizikusok megállapította, hogy a töltés nélküli nehéz részecskék - egy neutron. neutron tömege 1839-szerese az elektron tömege, de ellentétben a proton (és elektron), annak mértéke nulla. Ezért neutronok képesek áthatolni a vastag ólom.
Töltés nélküli részecske beléphetnek az atom nem tapasztalható semmilyen csalogatószerek által töltött részecskék (elektronok és az atommagok), és anélkül, hogy pazarolja az energiát leküzdeni az intézkedés az elektromos erők a ionizációs atomok. Ennélfogva, a neutron utat, amelyben - egy anyag ceteris paribus hosszabb, mint, például, egy proton. Mivel a képtelenség, hogy készítsen egy neutron ionizációs nagyon megnehezíti, hogy mi volt az oka viszonylag későn felismerése a részecske.
A felfedezés a neutron segített megérteni, hogy miért súlya meghaladja a súlya az atommagok bennük protonok. Szovjet tudósok D. D. és E. Ivanenko D. Gapon vetette fel a proton - neutron atommagok szerkezetének, amely most általánosan elfogadott. E nézet szerint, ez a sejtmagban hélium kivéve a két proton, két neutron, és ezért a töltés egyenlő kettő és négy alkalommal a tömeg a proton tömege (vagy majdnem egyenlő a tömeg a neutron s). Hasonlóképpen, más magok mellett protonok, neutronok jelen. Amikor a nukleáris dezintegráció okozott, például a gyors felszabadulású, hogy a mag egy alfa-részecske, neutronemisszió is előfordulhat. Ez a folyamat időt és szolgált az első jele, hogy létezik az utóbbi.
Mivel nem neutron töltés könnyen behatolnak nemcsak a jelent, hanem belül is a sejtmagban. Hit egy neutron az atommag egy nehéz ólom bizonyos esetekben a megsemmisítése az utóbbi kialakulását eredményezi könnyebb atommagok, és megjelent elég jelentős mennyiségű nukleáris energiát. tulajdonságait neutronok előállítani nukleáris dezintegráció előállítására használják atomi (jobb lenne azt mondani - nukleáris) energia.
A legtöbb áthatoló képessége neutronok, valamint a képesség, hogy elpusztítsa a kernel veszélyessé teszi őket hatása élőlényt. Elegendően erős neutronfluxus üti a belső testrészek, domborítás gyors protonok magok és egyéb töltött részecskék, hogy az ionizáló találkozott vezető úton atomok az összetett szerves molekulák, elősegítik bomlása az utóbbi és így megzavarása létfontosságú tevékenység egy növény vagy állat. Azonban a pusztító tulajdonságai neutronok lehet használni a nép jólétét. Végtére is, a segítségével ezek a részecskék a tudósok felfedeztek egy korábban hozzáférhetetlen természetes tárolás atomenergia: osztása a sejtmag, neutronok, felszabadító energia, hogy van a Szovjetunióban már békés célokra használják. Továbbá, bizonyos kémiai elemek után neutronbombázásával alakítjuk mesterséges radioaktív anyag megtalálása egyre inkább elterjedt a gyógyászatban, tanulmányozása aktivitása organizmusok tracer módszer, a technika, és így tovább. N.
Jelenleg számos módja van, hogy készítsen neutronok szükséges a különböző magfizikai kutatások és számos gyakorlati alkalmazások. A legrégebbi ezeknek a módszereknek a termelés úgynevezett rádium - berillium forrás. A üvegfiolába töltjük, vagy fémpor keverve berillium bármely rádium sót (például, rádium-bromid). Során radioaktív bomlás sejtmagok rádium bocsátanak alfa-részecskéket, amelyek kölcsönhatásba lépnek a magok a berillium, knock out ezek neutronok. Korábbi miatt a nagy áthatoló ereje szabadon átjuthatnak a tartály falain át.
Miután a találmány szerinti speciális eszközök - gyorsító (ciklotron, szinkrociklotron, Protonszinkrotron, stb), a jelentési egy feltöltött nagy energiájú részecskék, ez lehetséges neutronok mesterségesen. Erre a célra egy fénysugár a gyorsított egy ciklotron vagy hasonló gép nehéz töltött részecskék, például deuteronokat (nehéz hidrogén atommag) van irányítva a célpontra készült egy adott anyag (például lítium). Ennek eredményeként a magok a cél atomok porlasztott neutronok. Változtatásával az energia bombázzák a cél, „kagyló”, akkor kap a különböző energiájú neutronok.
Egy másik erős forrása a nehéz részecskék töltetlen atomreaktorok (kazánok), amelyben a hasadási láncreakciót végeznek nehéz magok. Ez képezi a nagyszámú neutron érkező kazán a külső.
A neutronok, valamint más „elemi” részecskék (elektronok, protonok), van hullám tulajdonságokat. A nyaláb, mint a fény (foton flux) 3, megy keresztül reflexió, diffrakció, polarizált és m. N. Ezért nehéz töltés nélküli részecskék felhasználhatók szerkezetének tanulmányozására kristályok (a radiográfiás azok neutronsugárhoz), valamint X-sugarakat használnak. Néhány nehézség kimutatására neutronok, mert nem termelnek ionizáció, és így nem lehet tekinteni, mint azok áthaladnak a felhő kamrában, számláló, ionizációs kamra van más eszközök általában kimutatására használják és számolás a töltött részecskék. Ne hagy nyomot a fotográfiai emulziók és neutronokat. Azonban neutronok ingatlan elpusztítani atommagok magátalakítás reakciókat biztosít számunkra egy módszert ezek bejegyzését részecskéket. Egy hagyományos ionizációs kamra vagy számláló hozzáadott tartalmazó gáz bór sejtmagba. A neutronok emésztjük ezek a magok, a kibocsátott alfa-részecskéket, amelyek létre kisülések a számláló vagy ionizációs áram a kamrában, amely lehetővé teszi, hogy rögzítse a neutronfluxus. Ezt fel lehet használni kimutatására neutronok emulziók, amelyhez a lítium-só kevert vagy bár. Való érintkezés után neutron az atommag - ezen elemek bármelyikének történik hasító magok kibocsátása mellett gyors töltött részecske track amely látható az emulzióban.
Annak ellenére, hogy között proton és neutron van egy lényeges különbség az, hogy nincs töltés a múltban, más módon nagyon hasonlít egymásra. A tömegek Ezen részecskék majdnem pontosan megegyezik, és viselkedésük a sejtmagban (a nukleáris mennyisége és jellege a ható erők közötti protonok, neutronok és közötti között mindkettő) is körülbelül azonos. Az a tény, hogy a protonok, mint a hasonló töltésű részecskék a mag kell taszítják egymástól. Mivel az összes mag formájában létezik stabil képződmények, nyilvánvaló, hogy a protonok tartják őket valamilyen erő nagyobb, mint az elektrosztatikus erők taszítása. Azt találtuk, hogy ezek a konkrét nukleáris erők hatnak nem csak a protonok és a neutronok közötti, hanem képesek egymáshoz részecskéket mindkét faj. Ez azt jelenti, hogy a protonok és neutronok bizonyos kölcsönhatásba egymással (bár a fizikai természetét ezt a kölcsönhatást nem tisztázott). A tudósok azt is találtuk, hogy mind a részecskék egymásba átalakíthatók. Így, a magban fordul elő proton neutron konverzió kibocsátása negatív töltésű elektronok és a másik könnyű töltés nélküli részecskék neutrínók (neutrínók tömege kisebb, mint 1: 400 elektron tömeg). Van egy másik folyamat: a proton a sejtmagban fordul át egy neutron kibocsátása mellett egy pozitív töltésű elektron (pozitron) és a neutrínó. Mindezek a jelenségek figyelhetők meg a bomlási néhány radioaktív atommagok kapott egy közös neve - a béta-bomlás.
A szempontból az elmélet beta - bomlás egy neutron és egy proton nem különbözik: mindkettő jól egymásba. Emiatt a két részecske gyakran nevezik egyszerűen nukleonokból. Meg kell azonban hangsúlyozni kell, hogy ha a mag minden nukleonokat viselkednek kapcsolatban a béta-bomlás azonos, szabad állapotban, kívül a sejtmagba, protonok és neutronok eltérő tulajdonságokkal. Proton önmagában - stabil, vagy mint mondják egyébként, stabil részecske, míg a szabad neutron spontán bomlik, felezési ideje körülbelül 20 perc. Így alakul át egy proton, és bocsát ki, mint a bomlási sejtmagon belüli, egy elektron és egy neutrínó.
A különbség egy proton és egy neutron szabad állapotban, több okból kifolyólag. Az egyik ezek közül, hogy az átalakítás a proton egy neutron van szükség, hogy fordítsuk jelentős energiát (legalább nagyobb 1,9 millió elektron - V). Mivel a szabad protonok sehol kölcsönkérni ezt az energiát, és ez egy stabil részecske. Mint egy neutron, hogy van egy nagyobb a tömege, mint egy proton, ezért egy nagy tartalék energia. Az átalakulás egy neutron egy proton megjelent mintegy 800 ezer elektronvolt energiával. Ezért szabad neutronok különböző tulajdonság radioaktivitást.
Protonok, neutronok, neutrínók, valamint a fotonok és elektronok fordulnak elő kozmikus sugárzás. Különösen protonok alkotják az úgynevezett elsődleges összetevője a kozmikus sugárzást, azaz jön a Földre a csillagközi térben. Természetesen, a neutronokat, amelyek szabad állapotban alakítjuk protonok nem lehet jelen az elsődleges sugárzás. Azonban, azok kialakulnak egy atmoszférában elsődleges ütközési protonok (és nehezebb atommagok) a magok nitrogénatomok, oxigénatomok és levegőben található más gázok héj bolygó. A protonok a kozmikus sugárzás hatalmas energia, és ezért annak ellenére, hogy a pozitív töltésű, akkor könnyen behatolnak a atommagba. Az ütközés nukleonok gigantikus energia folyamatok zajlanak, amelyek nem figyelhetők meg a kölcsönhatás a nukleonok alacsonyabb energia. Például, amikor egy ilyen ütközés történik új részecskék - mezonoknak különböző tömegű.
A fent leírt tények nukleon kölcsönhatás nem jelenti a kernel, ha a neutron áll egy proton és egy elektron, vagy éppen ellenkezőleg, a proton tartalmaz egy neutron és egy pozitron. Az alsó sorban - a béta-bomlás abban a tényben rejlik, hogy a neutron átalakul három más részecskék (protonok, elektronok, neutrínók) vagy proton válik egy neutron, egy pozitron és egy neutrínó. Ezek a folyamatok fordulnak elő szigorú betartása törvények az energiamegmaradás, tömeg, lendület, töltés, és m. P. és meggyőző bizonyíték változékonyságának a „elemi” részecskéket, és a mély kapcsolat közöttük.