Открытие нейтрона

Слайд 1

Слайд 2

В 1923 — 1935 гг. преподавал в Кембриджском университете и был заместителем директора Кавендишской лаборатории. В 1935 — 1948 гг. профессор Ливерпульского университета. С 1948 года директор колледжа Гонвилл и Киз Кембриджского университета. Основные труды по физике атомного ядра. Первые работы посвящены радиоактивности. В 1920 году экспериментально подтвердил равенство заряда ядра порядковому номеру элемента. Изучал искусственное превращение элементов под действием альфа-частиц (совместно с Резерфордом). Большой заслугой Чедвика является открытие им в 1932 году нейтрона при облучении бериллиевой мишени потоком альфа-частиц ( Нобелевская премия , 1935 ). В 1934 — 1935 гг. совместно с сотрудником М. Гольдхабером поставил опыты по фотодиссоциации дейтрона на нейтрон и протон под действием гамма-квантов . В 1943 — 1945 гг. возглавлял группу английских учёных, работавших в Лос-Аламосской лаборатории ( США ) над проектом атомной бомбы. Биография Джеймс Чедвик

Слайд 3

Открытие Джемс Чедвик Открытие нейтрона ( 1932 ) принадлежит физику Джеймсу Чедвику , за это открытие он получил Нобелевскую премию по физике в 1935 году . В 1930 г. В. А. Амбарцумян и Д. Д. Иваненко показали, что ядро не может, как считалось в то время, состоять из протонов и электронов , что электроны, вылетающие из ядра при бета-распаде , рождаются в момент распада, и что кроме протонов, в ядре должны присутствовать некие нейтральные частицы. [3][4] В 1930 Вальтер Боте и Г. Бекер , работавшие в Германии , обнаружили, что если высокоэнергетичные альфа-частицы , испускаемые полонием-210 , попадают на некоторые лёгкие элементы, в особенности на бериллий или литий , образуется излучение с необычно большой проникающей способностью. Сначала считалось, что это — гамма-излучение , но выяснилось, что оно обладает гораздо большей проникающей способностью, чем все известные гамма-лучи, и результаты эксперимента не могут быть таким образом интерпретированы. Важный вклад сделали в 1932 Ирен и Фредерик Жолио-Кюри . Они показали, что если это неизвестное излучение попадает на парафин или любое другое соединение, богатое водородом , образуются протоны высоких энергий. Само по себе это ничему не противоречило, но численные результаты приводили к нестыковкам в теории. Позднее в том же 1932 году английский физик Джеймс Чедвик провёл серию экспериментов, в которых он показал, что гамма-лучевая гипотеза несостоятельна. Он предположил, что это излучение состоит из незаряженных частиц с массой, близкой к массе протона, и произвёл серию экспериментов, подтвердивших эту гипотезу. Эти незаряженные частицы были названы нейтронами от латинского корня neutral и обычного для частиц суффикса on (он). В том же 1932 г. Д. Д. Иваненко [5] и затем В. Гейзенберг предположили, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов.

Слайд 4

нейтроны Нейтрон принято обозначать символом \п. Точные измерения показали, что масса нейтрона равна 1,0086649 а. е. м., т. е. чуть больше массы протона. Во многих случаях массу нейтрона (как и массу протона) считают равной 1 а. е. м. Поэтому вверху перед символом нейтрона ставят единицу. Нуль внизу означает отсутствие электрического заряда.

Слайд 5

Основные характеристики Масса (примерно на 0,1378 % больше, чем масса протона ; приведены рекомендованные значения CODATA 2010 года, в скобках указана погрешность величины в единицах последней значимой цифры, одно стандартное отклонение ): 939,565378(21) МэВ; [6] 1,00866491600(43) а. е. м. ; [7] 1,674927351(74)·10 −27 кг; [8] 1838,6836601(16) массы электрона [9] . Спин : 1/2 ( фермион ). Время жизни в свободном состоянии: 880.1 ± 1.1 секунды [2] ( период полураспада — 611 секунд). Магнитный момент : −1,91304272(45) ядерного магнетона . [10] Несмотря на нулевой электрический заряд , нейтрон не является истинно нейтральной частицей . Античастицей нейтрона является антинейтрон , который не совпадает с самим нейтроном.

Слайд 6

Строение и распад Считается надёжно установленным, что нейтрон является связанным состоянием трёх кварков : одного «верхнего» ( u ) и двух «нижних» ( d ) кварков ( кварковая структура udd ). Близость значений масс протона и нейтрона обусловлена свойством приближённой изотопической инвариантности : в протоне ( кварковая структура uud ) один d-кварк заменяется на u-кварк , но поскольку массы этих кварков очень близки, такая замена слабо сказывается на массе составной частицы. Поскольку нейтрон тяжелее протона, то он может распадаться в свободном состоянии. Единственным каналом распада, разрешённым законом сохранения энергии и законами сохранения электрического заряда, барионного и лептонного квантовых чисел, является бета-распад нейтрона на протон , электрон и электронное антинейтрино (а также, возможно, гамма-квант ). Поскольку этот распад идёт с образованием лептонов и изменением аромата кварков, то он обязан происходить только за счёт слабого взаимодействия . Однако, ввиду специфических свойств слабого взаимодействия, скорость этой реакции аномально мала из-за крайне малого энерговыделения (разности масс начальных и конечных частиц). Именно этим объясняется тот факт, что нейтрон является настоящим долгожителем среди элементарных частиц: его время жизни , приблизительно равное 15 минутам, примерно в миллиард раз больше времени жизни мюона — следующей за нейтроном метастабильной частице по времени жизни. Кроме того, разница масс между протоном и нейтроном около 1,3 МэВ невелика по меркам ядерной физики . В результате, в ядрах нейтрон может находиться в более глубокой потенциальной яме , чем протон, и потому бета-распад нейтрона оказывается энергетически невыгодным. Это приводит к тому, что в ядрах нейтрон может быть стабильным. Более того, в нейтроно-дефицитных ядрах происходит распад протона в нейтрон (с захватом орбитального электрона или вылетом позитрона ).

Слайд 7

Спасибо за внимание