Номер 3, страница 169 - гдз по физике 9 класс учебник Изергин

Глава V. Физика атома и атомного ядра. Параграф 36. Состав ядра атома. Ядерные реакции - номер 3, страница 169.

Условие.

3. Какую роль в открытии нейтрона сыграла парафиновая пластинка?

Решение.

3. Какую роль в открытии нейтрона сыграла парафиновая пластинка?

Парафиновая пластинка сыграла ключевую и решающую роль в эксперименте, который привёл к открытию нейтрона Джеймсом Чедвиком в 1932 году. Её использование позволило косвенно обнаружить новую нейтральную частицу и определить её свойства.

В начале 1930-х годов было обнаружено, что при бомбардировке бериллия альфа-частицами возникает некое сильно проникающее излучение. Изначально предполагалось, что это высокоэнергетические гамма-кванты. Однако французские физики Ирен и Фредерик Жолио-Кюри провели эксперимент, поместив на пути этого излучения парафиновую пластинку. Они с удивлением обнаружили, что из парафина вылетают протоны с очень большой энергией. Это явление было невозможно объяснить с точки зрения взаимодействия гамма-квантов с веществом, так как по законам сохранения энергии и импульса фотоны должны были бы обладать нереалистично высокой энергией, чтобы выбить такие быстрые протоны.

Джеймс Чедвик предположил, что это загадочное излучение представляет собой поток нейтральных частиц с массой, примерно равной массе протона. Он назвал эти частицы нейтронами. Парафин, состоящий из углеводородов, богат атомами водорода, ядра которых являются протонами. Так как масса нейтрона ($m_n$) и масса протона ($m_p$) почти одинаковы ($m_n \approx 1.00866 \text{ а.е.м.}$, $m_p \approx 1.00728 \text{ а.е.м.}$), при их столкновении происходит эффективная передача кинетической энергии, подобно столкновению двух бильярдных шаров одинаковой массы. Нейтрон, сталкиваясь с протоном в парафине, передаёт ему значительную часть своей энергии, выбивая его из вещества.

Эти выбитые протоны, в отличие от электрически нейтральных нейтронов, имеют заряд и легко регистрируются детекторами частиц (например, в камере Вильсона или ионизационной камере). Таким образом, парафиновая пластинка выступила в роли «преобразователя», превращая поток невидимых и трудноуловимых нейтронов в поток легко регистрируемых заряженных частиц — протонов. Кроме того, сам факт выбивания высокоэнергетических протонов опроверг гипотезу о гамма-квантах и подтвердил гипотезу о существовании новой тяжелой нейтральной частицы. Измерив энергию протонов отдачи, Чедвик смог вычислить массу налетающей частицы и доказать, что она действительно близка к массе протона, завершив тем самым открытие нейтрона.

Ответ: Парафиновая пластинка, богатая протонами (ядрами водорода), была использована в качестве мишени для неизвестного излучения. Она сыграла ключевую роль, так как позволила обнаружить это нейтральное излучение по выбитым из нее протонам. Высокая энергия этих протонов, зафиксированная в эксперименте, противоречила гипотезе о гамма-квантах и стала решающим доказательством существования новой нейтральной частицы с массой, близкой к массе протона, — нейтрона.