Нейтрон
К выводу о необходимости поисков еще одной частицы, заочно названной нейтроном, пришли быстро. Так как вопрос, сколько нуклонов в ядре и какие они бывают, лежал в неравномерности роста массы и заряда с изменением порядкового номера элемента. Резерфорд сделал предположение о существовании двойника протона с нулевым зарядом, но подтвердить догадку у него не получилось.
В целом же ядерщики уже хорошо представляли себе, что такое нуклоны и количественный состав атомных ядер. И неуловимая частица, пока никем не обнаруженная экспериментально, ждала своего часа. Открывателем ее принято считать Джеймса Чедвика, которому удалось-таки выделить «невидимку» из вещества, подвергнув его бомбардировке разогнанными до сверхвысоких скоростей ядрами гелия (α-частицами). Масса частицы, как и предполагалось, оказалась равной массе открытого ранее протона. По данным современных исследований, нейтрон немного тяжелее.
Еще немного о «кирпичиках» атомного ядра
Рассчитать, сколько нуклонов в ядре того или иного химического элемента или его изотопа, несложно. Для этого необходимы две вещи: таблица Менделеева и калькулятор, хотя можно посчитать и в уме. Пример – два распространенных изотопа урана: 235 и 238. Эти цифры обозначают атомную массу. Порядковый же номер урана — 92, он всегда обозначает заряд ядра.
Как известно, нуклоны в ядре атома могут быть либо положительно заряженными протонами, либо нейтронами такой же массы, но не имеющими заряда. Порядковый номер 92 обозначает число в ядре протонов. Количество нейтронов вычисляется простым отниманием:
- — уран 235, число нейтронов = 235 – 92 = 143;
- — уран 238, число нейтронов = 238 – 92 = 146.
А сколько нуклонов можно собрать воедино за раз? Считается, что на определенном этапе жизни звезд с достаточной массой, когда термоядерная реакция больше не в силах сдерживать силу гравитации, давление в недрах светила возрастает настолько, что «приклеивает» электроны к протонам. В результате заряд становится нулевым, и пара протон-электрон становится нейтроном. Полученное вещество, состоящее из «прессованных» нейтронов, чрезвычайно плотное.
Звезда весом в наше Солнце превращается в шар диаметром в пару десятков километров. Чайная ложка же такой «нейтронной каши» могла бы весить на Земле несколько сотен тонн.
Протон
Ученые давно подозревали, что ядро атома – не какая-то монолитная субстанция. Уж больно бросались в глаза величины массы и заряда, растущие «ступеньками» от одного химического элемента к другому. Логичным было предположить, что существуют некие частицы с фиксированным положительным зарядом, из которых и «набираются» ядра всех атомов. Сколько нуклонов положительно заряженных имеется в ядре, таким и будет его заряд.
Предположения о сложном строении атомного ядра делались еще в период построения Менделеевым его периодической таблицы элементов. Однако технических возможностей для того, чтобы экспериментально подтвердить догадки, в то время не существовало. Только в начале 20 века Эрнестом Резерфордом был поставлен опыт, подтвердивший существование протона.
В результате воздействия на вещество излучением радиоактивных металлов время от времени появлялась частица – копия ядра атома водорода. Она имела те же вес (1,67 ∙ 10-27 кг) и атомный заряд +1.
