Открытие искусственного превращения атомных ядер

Исследуя пробег α-частиц в различных газах, Резерфорд в 1919 г. сделал важное открытие. В спинтарископе, наполненном воздухом, сцинтилляции наблюдались и в том случае, когда расстояние от источника  α-частиц до экрана было значительно больше длины пробега α-частиц в воздухе. При замене воздуха кислородом или углекислым газом сцинтилляции исчезали, а при наполнении азотом появлялись снова.

Резерфорд предположил, что сцинтилляции вызываются какими-то частицами, испускаемыми ядрами азота при попадании в них α-частиц. Исследования подтвердили это предположение, а опыты по отклонению в магнитном поле показали, что частицы, вылетающие из ядер азота, представляют собой протоны. Оказалось, что α-частица при прямом столкновении с ядром атома азота проникает в него; ядро азота после поглощения α-частицы становится неустойчивым и, выбрасывая протон, превращается в ядро атома кислорода. Таким образом, Резерфорд наблюдал превращение ядра гелия и азота в ядра кислорода и водорода.

Превращение ядер атомов одних элементов в ядра других получило название ядерных реакций. Большая заслуга Э. Резерфорда заключается в том, что он показал возможность осуществления искусственных ядерных реакций. Позднее английский физик Г. Блэкет сделал в камере Вильсона более 20 000 фотографий следов α-частиц в азоте, и на восьми из них оказались заснятыми описанные ядерные реакции. Одна из таких фотографий показана на рис. 37.8: след одной из α-частиц заканчивается вилкой; короткий жирный след принадлежит ядру кислорода, а более тонкий и длинный — протону.

Э. Резерфорд и Д. Чэдвик обнаружили и другие ядерные реакции, вызываемые α-частицами. В некоторых из них энергия вылетающих протонов оказалась больше энергии поглощенных α-частиц. Это свидетельствует об освобождении энергии при такой ядерной реакции. Примером подобной реакции может служить превращение ядра атома алюминия при захвате α-частицы в ядро атома кремния с выбрасыванием протона высокой энергии.

Испускание протонов из атомных ядер различных элементов в описанных реакциях и кратность заряда ядер заряду протона свидетельствуют о том, что протоны являются одними из тех элементарных частиц, из которых построены ядра. Однако если бы ядра состояли только из протонов, то массы ядер были бы в Z раз больше массы протона, где Z — зарядовое число (атомный номер элемента). В действительности массы ядер значительно больше. Следовательно, кроме протонов в атомных ядрах имеются и другие частицы.ф