Ядерная физика — Nuclear physics. Что такое ядерная физика.

Уже после первых экспериментов Рентген обнаружил, что рентгеновские лучи отличаются от катодных лучей, не несут заряда и не отклоняются магнитным полем, а возбуждаются катодными лучами. «. Рентгеновские лучи не идентичны катодным лучам, но возбуждаются ими в стеклянных стенках разрядной трубки», — писал Рентген.

Глава третья. Возникновение атомной и ядерной физики

Конец XIX века ознаменовался повышенным интересом к явлениям прохождения электричества через газы.

Даже Фарадей серьезно исследовал эти явления, описал различные формы разряда, обнаружил темное пространство в светлом столбе разбавленного газа, темное пространство Фарадея, которое отделяет сине-зеленое, нисходящее свечение от розового, восходящего свечения.

Дальнейшее увеличение разбавления газа значительно изменяет характер свечения. В 1859 году математик Плюкер (1801-1868) обнаружил, что при достаточно большом разбавлении слабая струя газообразных лучей, исходящих из катода, достигает анода и вызывает свечение стекла трубки. Его ученик Плюкер Гитторф (1824-1914) продолжил исследования своего учителя в 1869 году и показал, что на поверхности люминесцентной трубки появляется отчетливая тень, если между катодом и поверхностью трубки поместить твердое тело.

Гольдштейн (1850 — 1931) назвал эти лучи катодными лучами (1876), когда исследовал их свойства. Три года спустя Уильям Крукс (1832-1919) доказал материальную природу катодных лучей и назвал их «излучающей материей» — материей в особом четвертом состоянии. Его доказательства были убедительными и наглядными. Эксперименты с «трубкой Крукса» позже были представлены во всех кабинетах физики. Отклонение катодного луча магнитным полем в трубке Крукса стало классической школьной демонстрацией.

Однако эксперименты по электрическому отклонению катодных лучей оказались не столь убедительными. Герц не обнаружил такого отклонения и пришел к выводу, что катодный луч — это колебательный процесс в эфире. Ф. Ленард, ученик Герца, экспериментировал с катодными лучами в 1894 году и показал, что они проходят через окно, покрытое фольгой, и вызывают свечение в комнате за окном. Свою последнюю работу, опубликованную в 1892 году, Герц посвятил явлению прохождения катодных лучей через тонкие металлические тела. Он начинается так: «Катодные лучи отличаются от света в одном важном отношении, а именно в способности проникать в твердые тела». Описывая результаты экспериментов по прохождению катодных лучей через листы золота, серебра, платины, алюминия и т.д., Герц утверждает, что не наблюдал никаких особых различий в явлениях. Лучи не проходят через пластины по прямой линии, а преломляются. Природа катодных лучей все еще оставалась неясной.

Такие трубки Крукса, Ленарда и других были испытаны профессором Вильгельмом Конрадом Рентгеном в Вюрцбурге в конце 1895 года. Когда после завершения эксперимента он закрыл трубку черным картоном и выключил свет, но еще не погасил катушку, питающую трубку, он наблюдал вспышку бариево-голубого цвета рядом с трубкой. Впечатленный этим фактом, Ренген начал экспериментировать с экраном. В своем первом докладе «О новом виде лучей» от 28 декабря 1895 года он писал об этих первых опытах: «Лист бумаги, покрытый синим платино-барием и закрытый довольно плотно крышкой из тонкого черного картона при подходе к трубке, вспыхивает интенсивным светом при каждом разряде: он начинает флуоресцировать.

Флуоресценция видна в достаточной темноте и не зависит от того, надета ли бумага с платиново-нитридно-бариевым покрытием на бок или нет; флуоресценция ощутима даже на расстоянии двух метров от трубки».

Тщательное исследование показало Рентгену, «что черный картон, который не прозрачен ни для видимых и ультрафиолетовых лучей солнца, ни для лучей электрической дуги, пронизан веществом, вызывающим интенсивную флуоресценцию». Рентген исследовал проницаемость этого «агента», который он для краткости назвал «рентгеновскими лучами», для различных веществ. Он обнаружил, что лучи беспрепятственно проникают через бумагу, дерево, эбонит и тонкие слои металла, но сильно замедляются свинцом.

Читайте также

Глава 8. Развитие ядерной физики в 1918-1938 гг. Принцип атомной энергии. Открытие изотопов В послевоенные годы возобновляются исследования в области ядерной физики, прерванные войной. В Кембридже Д.Д. продолжил исследования положительных лучей, начатые еще до войны.

Глава IX Практические разработки в области ядерной энергетики На Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии Франция была объявлена четвертой по величине ядерной державой в мире после США, Советского Союза и Англии (вместе с Канадой).

Глава X Влияние прогресса в области атомной энергии на экономическую и общественную жизнь

Глава X Экономические и социальные последствия достижений атомной энергии Прежде чем перейти к краткому анализу социальной проблемы, возникшей в связи с открытием атомной энергии, рассмотрим экономическую сторону

Глава XII. Работа над атомной бомбой ГЛАВА 12.1 Общая цель работы, описанной в предыдущих главах, заключается в исследовании возможности создания атомных бомб и производства концентрированных тестовых материалов деления, необходимых для таких бомб. В этой главе.

Тяжелое атомное ядро может содержать сотни нуклонов. Это означает, что в некоторой степени ее можно считать классической системой, а не квантово-механической. Согласно модели капли, ядро обладает энергией, возникающей частично от поверхностного натяжения и частично от электрического отталкивания протонов. Модель жидкой капли способна воспроизвести многие свойства ядер, включая общую тенденцию изменения энергии связи в зависимости от массового числа, а также эффект деления ядер.

Однако на эту классическую картину накладываются квантовомеханические явления, которые могут быть описаны моделью ядерных оболочек, в значительной степени разработанной Марией Гепперт Майер20 и Хансом Д. Йенсеном.21 Ядра с определенным «магическим» числом нейтронов и протонов особенно стабильны, поскольку их оболочки заполнены.

Были предложены другие, более сложные модели ядра, такие как модель взаимодействующих бозонов, в которой пары нейтронов и протонов взаимодействуют как бозоны, аналогично куперовским парам электронов.

Методы Ab initio пытаются решить ядерную проблему многих тел с самого начала, начиная с нуклонов и их взаимодействий. 22

Большая часть современных исследований в области ядерной физики связана с изучением ядер в экстремальных условиях, например, при высоких энергиях спина и возбуждения. Ядра также могут иметь экстремальные формы (похожие на мячи для регби или даже груши) или экстремальное соотношение нейтронов и протонов. Экспериментаторы могут создавать такие ядра, искусственно вызывая реакции синтеза или переноса нуклонов с помощью ионных пучков из ускорителя. Пучки с еще более высокой энергией могут быть использованы для создания ядер при очень высоких температурах, и есть свидетельства того, что эти эксперименты создали фазовый переход от обычной ядерной материи к новому состоянию — кварк-глюонной плазме, в которой кварки смешиваются вместе, а не распадаются на триплеты, как в нейтронах и протонах.

Ядерный распад

Восемьдесят элементов имеют по крайней мере один стабильный изотоп, распад которого никогда не наблюдался, поэтому всего существует 252 стабильных нуклида. Однако существуют тысячи изотопов, которые были названы нестабильными. Эти «радиоизотопы» распадаются за периоды от долей секунды до триллионов лет. Энергия связи нуклидов, построенная как функция атомного номера и числа нейтронов, образует так называемую долину стабильности. Стабильные нуклиды находятся на дне этой энергетической долины, а более нестабильные нуклиды — у стенок долины, т.е. они имеют более низкую энергию связи.

Наиболее стабильные ядра принадлежат к определенным диапазонам или балансам нейтронного и протонного состава: слишком малое или слишком большое количество нейтронов (по отношению к количеству протонов) приводит к их распаду. При бета-распаде, например, атом азот а-16 (7 протонов, 9 нейтронов) превращается в атом кислород а-16 (8 протонов, 8 нейтронов)23 в течение нескольких секунд после своего образования. В этом распаде нейтрон ядра азота превращается в протон, электрон и антинейтрино. Элемент превращается в другой элемент с другим числом протонов.

При альфа-распаде, который обычно происходит в более тяжелых ядрах, радиоактивный элемент распадается с испусканием ядра гелия (2 протона и 2 нейтрона), производя другой элемент, а также гелий-4. Во многих случаях этот процесс продолжается в несколько этапов, включая другие виды распада (обычно бета-распад), пока не образуется стабильный элемент.

Рекомендации

1. ^ Европейский научный фонд (2010). Долгосрочный план NuPECC 2010: перспективы ядерной физики в Европе (PDF) (Отчет). п. 6. Архивировано из оригинал (PDF) на 2018-08-17. Получено 2017-02-26. Ядерная физика — это наука об атомном ядре и ядерной материи.
2. ^ Б. Р. Мартин (2006). Ядерная физика и физика элементарных частиц. John Wiley & Sons, Ltd. ISBN978-0-470-01999-3 .
3. ^ Анри Беккерель (1896 г.). «Sur les radations émises par phosphorescence». Comptes Rendus. 122 : 420–421.
4. ^ Томсон, Джозеф Джон (1897). «Катодные лучи». Труды Королевского института Великобритании. XV : 419–432.
5. ^ Резерфорд, Эрнест (1906). «О задержке прохождения α-частицы радием через вещество». Философский журнал. 12 (68): 134–146. Дои:10.1080/14786440609463525.
6. ^ Гейгер, Ганс (1908). «О рассеянии α-частиц веществом». Труды Королевского общества А. 81 (546): 174–177. Bibcode:1908RSPSA..81..174G. Дои:10.1098 / rspa.1908.0067.
7. ^ Гейгер, Ганс; Марсден, Эрнест (1909). «О диффузном отражении α-частиц». Труды Королевского общества А. 82 (557): 495. Bibcode:1909RSPSA..82..495G. Дои:10.1098 / rspa.1909.0054.
8. ^ Гейгер, Ганс (1910). «Рассеяние α-частиц веществом». Труды Королевского общества А. 83 (565): 492–504. Bibcode:1910RSPSA..83..492G. Дои:10.1098 / RSPA.1910.0038.
9. ^ Эддингтон, А. С. (1920). «Внутреннее строение звезд». Ежемесячный научный журнал. 11 (4): 297–303. JSTOR6491.
10. ^ Эддингтон, А. С. (1916). «О радиационном равновесии звезд». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 77 : 16–35. Bibcode:1916МНРАС..77. 16Э. Дои:10.1093 / mnras / 77.1.16.
11. ^ Чедвик, Джеймс (1932). «Существование нейтрона». Труды Королевского общества А. 136 (830): 692–708. Bibcode:1932RSPSA.136..692C. Дои:10.1098 / RSPA.1932.0112.
12. ^ В. Паули, Нобелевская лекция, 13 декабря 1946 г.
13. ^ Poenaru, Dorin N .; Калбореану, Александру (2006). «Александру Прока (1897–1955) и его уравнение поля массивных векторных бозонов». Новости Europhysics. 37 (5): 25–27. Bibcode:2006RUНовости..37. 24P. Дои:10.1051 / epn: 2006504 — через http://www.europhysicsnews.org.
14. ^ Г. А. Прока, Александр Прока, Oeuvre Scientifique Publiée, S.I.A.G., Рим, 1988.
15. ^ Vuille, C .; Ipser, J .; Галлахер, Дж. (2002). «Модель Эйнштейна-Прока, микрочерные дыры и голые сингулярности». Общая теория относительности и гравитации. 34 (5): 689. Дои:10.1023 / а: 1015942229041.
16. ^ Сципиони, Р. (1999). «Изоморфизм между неримановой гравитацией и теориями Эйнштейна-Прока-Вейля, расширенный до класса скалярных теорий гравитации». Учебный класс. Квантовая гравитация. 16 (7): 2471–2478. arXiv: gr-qc / 9905022. Bibcode:1999CQGra..16.2471S. Дои:10.1088/0264-9381/16/7/320.
17. ^ Tucker, R.W; Ван, С. (1997). «Модель жидкости Эйнштейна-Прока для гравитационных взаимодействий темной материи». Nuclear Physics B: Proceedings Supplements. 57 (1–3): 259–262. Bibcode:1997НуФС..57..259Т. Дои:10.1016 / с0920-5632 (97) 00399-х.
18. ^ Юкава, Хидеки (1935). «О взаимодействии элементарных частиц. I». Труды Физико-математического общества Японии. 3-я серия. 17 : 48–57. Дои:10.11429 / ppmsj1919.17.0_48.
19. ^ Дж. М. Блатт, В. Ф. Вайскопф, Теоретическая ядерная физика, Springer, 1979, VII.5
20. ^ Майер, Мария Гёпперт (1949). «О закрытых оболочках в ядрах. II». Физический обзор. 75 (12): 1969–1970. Bibcode:1949ПхРв. 75.1969М. Дои:10.1103 / PhysRev.75.1969.
21. ^ Хаксель, Отто; Jensen, J. Hans D; Зюсс, Ханс Э (1949).«О« магических числах »в структуре ядра». Физический обзор. 75 (11): 1766. Bibcode:1949ПхРв. 75Р1766Н. Дои:10.1103 / PhysRev.75.1766.2.
22. ^ Stephenson, C .; и другие. (2017). «Топологические свойства самосборной электрической сети с помощью расчетов ab initio». Научные отчеты. 7 (1): 932. Bibcode:2017НатСР. 7..932Б. Дои:10.1038 / s41598-017-01007-9. ЧВК5430567. PMID28428625.
23. ^ Нетипичный пример, так как получается «дважды магическое» ядро.
24. ^ Мешик, А. П. (ноябрь 2005 г.). «Работа древнего ядерного реактора». Scientific American. 293 (5): 82–91. Bibcode:2005SciAm.293e..82M. Дои:10.1038 / scientificamerican1105-82. Получено 2014-01-04 .

внешняя ссылка

• Биография Эрнеста Резерфорда в Американском институте физики
• Отделение ядерной физики Американского физического общества
• Американское ядерное общество
• Аннотированная библиография по ядерной физике из электронной библиотеки ядерных вопросов Алсос
• Вики по ядерной науке
• Службы ядерных данных — МАГАТЭ
• Ядерная физика, Дискуссия BBC Radio 4 с Джимом Аль-Халили, Джоном Гриббином и Кэтрин Саттон ( В наше время, 10 января 2002 г.)

• Классическая механика
• Акустика
• Классический электромагнетизм
• Оптика
• Термодинамика
• Статистическая механика

• Квантовая механика
• Специальная теория относительности
• Общая теория относительности
• Физика элементарных частиц
• Ядерная физика
• Квантовая хромодинамика
• Атомная, молекулярная и оптическая физика
• Физика конденсированного состояния
• Космология
• Астрофизика

• Физика атмосферы
• Биофизика
• Химическая физика
• Инженерная физика
• Геофизика
• Материаловедение
• Математическая физика

Внешний фотоэффект

Фотоэлектрический эффект — это явление, которое заключается в генерации фототока в вакуумном цилиндре при освещении катода монохроматическим светом определенной длины волны λ.

Когда напряжение на аноде отрицательное, электрическое поле между катодом и анодом тормозит электроны. Измеряя заданное напряжение торможения, при котором фототок исчезает, можно определить максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, вылетающих из катода:

Многочисленные экспериментаторы установили следующие основные законы фотоэлектрического эффекта:

1. Фотоэффект безынерционен. Это значит, что электроны начинают вылетать из металла сразу же после начала облучения светом.
2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты света ν и не зависит от его интенсивности.
3. Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта, то есть наименьшая частота ν_min(или самая большая длина волны λ_max) при которой еще возможен внешний фотоэффект.
4. Число фотоэлектронов, вырываемых светом из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности света.

При взаимодействии с веществом фотон передает всю свою энергию E = hν одному электрону. Часть этой энергии может рассеиваться при столкновениях электронов с атомами вещества. Кроме того, часть энергии электрона тратится на преодоление потенциального барьера на границе раздела металл-вакуум. Для этого электрон должен совершить начальную работу A_{с сайта}который зависит от свойств материала катода. Максимальная кинетическая энергия, которой может обладать фотоэлектрон, выходящий из катода, определяется в данном случае законом сохранения энергии:

Эта формула обычно называется уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэлектрического эффекта. Уравнение Эйнштейна можно использовать для объяснения всех закономерностей внешнего фотоэлектрического эффекта. Для красного предела фотоэлектрического эффекта, согласно формуле Эйнштейна, можно определить следующее выражение:

Постулаты Бора

Первая аксиома Бора (аксиома стационарных состояний): Атомная система может находиться только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенное число n и энергия E_n. В стационарном состоянии атом не выделяет и не поглощает энергию.

Состоянию с наименьшей энергией присваивается номер «1». Это называется основным состоянием. Всем остальным состояниям присваиваются порядковые номера «2», «3» и так далее. Они называются возбужденными состояниями. Атом может находиться в основном состоянии неограниченно долго. В возбужденном состоянии атом живет некоторое время (около 10 нс), а затем переходит в основное состояние.

Согласно первому постулату Бора, атом характеризуется системой энергетических уровней, каждый из которых соответствует определенному устойчивому состоянию. Механическая энергия электрона, движущегося по замкнутому пути вокруг положительно заряженного атомного ядра, отрицательна. Поэтому все стационарные состояния соответствуют значениям энергии E_n<0. При E_n≥ 0 электрон удаляется от ядра (ионизация). Значение | E₁| называется энергией ионизации. Состояние с энергией E₁называется основным состоянием атома.

Вторая аксиома Бора (правило частоты): Когда атом переходит из устойчивого состояния с энергией E_nКогда атом переходит из стабильного состояния с энергией E в другое стабильное состояние с энергией E_mон испускается или поглощается квантом, энергия которого равна разности энергий стационарных состояний:

Атом водорода

Самый простой из атомов — атом водорода. Он содержит только один электрон. Ядром атома является протон — положительно заряженная частица, заряд которой равен заряду электрона. Обычно электрон находится в первом (заземленном, невозбужденном) энергетическом состоянии (электрон, как и любая другая система, стремится к наименьшему энергетическому состоянию). В этом состоянии его энергия равна E₁= -13,6 эВ. В атоме водорода выполняются следующие соотношения, связывающие радиус орбиты электрона вокруг ядра, его скорость и энергию на первой орбите с аналогичными свойствами на других орбитах:

На каждой орбите атома водорода кинетическая ( K ) и потенциальная ( P ) энергии электрона связаны с полной энергией ( E ) следующими формулами:

Атомное ядро

Сегодня известно, что атомные ядра различных элементов состоят из двух частиц, протонов и нейтронов, которые обычно называют нуклонами. Для того чтобы охарактеризовать атомные ядра, вводятся определенные обозначения. Число протонов в атомном ядре обозначается символом Z и называется зарядовым или атомным номером (это порядковый номер в периодической таблице Менделеева). Количество нейтронов обозначается символом N. Общее число нуклонов (т.е. протонов и нейтронов) называется массовым числом A, для которого можно вывести следующую формулу:

Энергия связи. Дефект массы

Наиболее важную роль в ядерной физике играет понятие энергии связи ядра. Энергия связи ядер равна минимальной энергии, которую необходимо затратить, чтобы ядро полностью распалось на отдельные частицы. Из закона сохранения энергии следует, что энергия связи равна энергии, выделившейся из отдельных частиц при образовании ядра.

Энергия связи любого ядра может быть определена путем точного измерения его массы. Эти измерения показывают, что масса каждого ядра составляет M_явсегда меньше суммы масс протонов и нейтронов, из которых он состоит: M_яp+ N m_n. Разница между этими массами называется дефектом массы и может быть рассчитана по формуле:

Исходя из дефицита массы, по формуле Эйнштейна E = mc 2 можно рассчитать энергию, выделившуюся при образовании рассматриваемого ядра, т.е. энергию связи ядра E_св:

Однако удобнее вычислять энергию связи по другой формуле (здесь массы даны в атомных единицах, а энергия связи — в МэВ):

внешняя ссылка

• Биография Эрнеста Резерфорда в Американском институте физики
• Отделение ядерной физики Американского физического общества
• Американское ядерное общество
• Аннотированная библиография по ядерной физике из электронной библиотеки ядерных вопросов Алсос
• Вики по ядерной науке
• Службы ядерных данных — МАГАТЭ
• Ядерная физика, Дискуссия BBC Radio 4 с Джимом Аль-Халили, Джоном Гриббином и Кэтрин Саттон ( В наше время, 10 января 2002 г.)

• Классическая механика
• Акустика
• Классический электромагнетизм
• Оптика
• Термодинамика
• Статистическая механика

• Квантовая механика
• Специальная теория относительности
• Общая теория относительности
• Физика элементарных частиц
• Ядерная физика
• Квантовая хромодинамика
• Атомная, молекулярная и оптическая физика
• Физика конденсированного состояния
• Космология
• Астрофизика

• Физика атмосферы
• Биофизика
• Химическая физика
• Инженерная физика
• Геофизика
• Материаловедение
• Математическая физика

История править

С 1920-х годов облачные камеры играют важную роль в качестве детекторов частиц, что в конечном итоге привело к открытию позитронов, мюонов и каонов.

История ядерной физики как отдельной дисциплины от атомной физики начинается с открытия радиоактивности Анри Беккерелем в 1896 году1 при изучении фосфоресценции в солях урана. 2 Открытие электрона Томсоном 3 годом позже стало свидетельством того, что атом имеет внутреннюю структуру. В начале 20-го века общепринятой моделью атома была модель «сливового пудинга» Дж. Дж. Томсона, согласно которой атом представляет собой положительно заряженную сферу, в которую встроены более мелкие отрицательно заряженные электроны.

В последующие годы радиоактивность широко исследовалась, особенно Мари Кюри, Пьером Кюри, Эрнестом Резерфордом и другими. На рубеже веков физики также открыли три вида излучения, испускаемого атомами, которые они назвали альфа-, бета- и гамма-излучением. Эксперименты Отто Хана в 1911 году и Джеймса Чедвика в 1914 году показали, что спектр бета-распада является непрерывным, а не дискретным. Это означает, что электроны выбрасываются из атома с непрерывным диапазоном энергии, а не с дискретным количеством энергии, как в гамма- и альфа-распадах. В то время это было проблемой для ядерной физики, так как это, казалось, указывало на то, что энергия не сохраняется в этих распадах.

Нобелевская премия по физике была присуждена совместно Беккерелю в 1903 году за его открытие и Марии и Пьеру Кюри за их последующие исследования радиоактивности. Резерфорд получил Нобелевскую премию по химии в 1908 году за «исследования по распаду элементов и химии радиоактивных веществ».

В 1905 году Альберт Эйнштейн сформулировал идею об эквивалентности массы и энергии. Хотя этому предшествовала работа Бехереля и Марии Кюри по радиоактивности, объяснение источника энергии радиоактивности должно было дождаться открытия того, что атомное ядро само состоит из более мелких компонентов — нуклонов.

Команда Резерфорда обнаруживает ядро править

В 1906 году Эрнест Резерфорд опубликовал книгу «Отставание а-частицы от радиочастицы при прохождении через материю». 4 Ганс Гейгер расширил эту работу в сообщении Королевскому обществу 5, рассказав об экспериментах, которые он и Резерфорд проводили, пропуская альфа-частицы через воздух, алюминиевую фольгу и золотую фольгу. Подробности работы были опубликованы Гейгером и Эрнестом Марсденом в 1909 году,6 а затем значительно расширенная статья была опубликована Гейгером в 1910 году. 7 В 1911-1912 годах Резерфорд выступил перед Королевским обществом, чтобы объяснить эксперименты и продвинуть новую теорию атомного ядра, как мы понимаем ее сегодня.

Эксперимент, на котором основано это утверждение, был проведен в Манчестерском университете в 1910 году: Группа Эрнеста Резерфорда провела замечательный эксперимент, в котором Гейгер и Марсден выстрелили альфа-частицами (ядрами гелия) в тонкую золотую фольгу под наблюдением Резерфорда. Модель Плам-Пудинга предсказала, что альфа-частицы должны вылететь из листа, причем их траектории будут в лучшем случае слегка искривленными. Но Резерфорд поручил своей команде обнаружить нечто, что повергло его в шок: несколько частиц были рассеяны под большими углами, а в некоторых случаях даже полностью перевернуты. Он сравнил это с пулей, выпущенной по туалетной бумаге и отскочившей от нее. Это открытие и анализ полученных данных Резерфордом в 1911 году привели к модели атома, согласно которой атом имеет очень маленькое и очень плотное ядро, содержащее большую часть его массы и состоящее из сильно положительно заряженных частиц с внедренными электронами для уравновешивания заряда (поскольку нейтрон был неизвестен). В этой (не современной) модели азот-14, например, состоял из ядра с 14 протонами и 7 электронами (всего 21 частица), а ядро было окружено еще 7 вращающимися электронами.

Примерно в 1920 году Артур Эддингтон в своей работе «Внутренняя структура звезд» объявил об открытии и механизме процессов ядерного синтеза в звездах. 8 9 В то время источник звездной энергии был полной загадкой; Эддингтон правильно предположил, что это было слияние водорода в гелий, при котором выделялась огромная энергия в соответствии с уравнением Эйнштейна E = mc 2. Это было особенно выдающимся достижением, поскольку в то время еще не были открыты термоядерный синтез и термоядерная энергия, а также тот факт, что звезды состоят в основном из водорода (см. металличность).

Модель Резерфорда работала достаточно хорошо, пока Франко Рассетти не провел исследования ядерного спина в Калифорнийском технологическом институте в 1929 году.₂. В модели Резерфорда для азота-14 20 из 21 ядерной частицы должны были объединиться в пары, чтобы погасить спин друг друга, а последняя лишняя частица покинула бы ядро с чистым спином 1⁄ .₂. Разетти, однако, обнаружил, что азот-14 имеет спин 1.

Джеймс Чедвик обнаруживает нейтрон править

В 1932 году Чедвик понял, что излучение, наблюдаемое Вальтером Боте, Гербертом Беккером, Ирен и Фредериком Жолио-Кюри, на самом деле вызывается нейтральной частицей, имеющей примерно такую же массу, как протон, которую он назвал нейтроном (по предложению Резерфорда).10 В том же году Иваненко предложил, что в ядре нет электронов, только протоны и нейтроны, и что оно имеет спин 1⁄204420.₂Частицы, масса которых не может быть отнесена к протонам. Спин нейтрона сразу же решил проблему спина азота-14, поскольку несвязанный протон и несвязанный нейтрон в этой модели имеют спин 1 /₂в одном направлении, в результате чего общее вращение равно 1.

С открытием нейтрона ученые наконец-то смогли рассчитать, сколько энергии связи имеет каждое ядро, сравнив массу ядра с массой составляющих его протонов и нейтронов. Таким образом, были рассчитаны разности ядерных масс. Когда ядерные реакции были измерены, оказалось, что к 1934 году они соответствовали расчетам Эйнштейна об эквивалентности массы и энергии с точностью до 1%.