نيوترون

النيوترون جسيم تحت ذري كان يظن في بادئ الأمر أنه جسيم أولي (لا يتكون من جسيمات أصغر) ولكن تبين فيما بعد خطأ هذا الاعتقاد، كتلته تساوي تقريباً كتلة البروتون، يوجد في أنوية الذرات، كما يمكن حتى يوجد خارجها حيث يدعى بالنيوترون الحر. النيوترون الحر غير مستقر له متوسط عمر قدره حوالي 886 ثانية (حوالي 15 دقيقة)، حيث يتحلل بعد هذه الفترة القصيرة إلى بروتون وإلكترون. ولأن النيوترونات غير مشحونة يجعل من الصعب كشفها أوالتحكم بها، الأمر الذي أدى لتأخر اكتشافها. فقد اكتشفها عالم الفيزياء حامل جائزة نوبل "جيمس شادويك".

كما حتى النيوترونات الحرة (الإشعاعات النيوترونية) لها قدرتها العالية على النفاذ في المواد. الطريقة الوحيدة لتغيير مسار النيوترون هي بوضع نواة في مساره، حيث يتم تصادم تام المرونة. لكن احتمال اصطدام نيوترون حر متحرك بنواة إحدى الذرات في المادة ضعيف جداً بسبب الفرق الضخم بين حجم النيوترون والنواة، فهما ً بأن نواة الذرة أصغر كثيرا جدا من حجم الذرة (أي حتى الذرة تحوي فراغاً كبيراً)، مما يعطي النيوترونات قدرة كبيرة على الاختراق.

تستخدم النيوترونات في شطر أنوية اليورانيوم في المفاعلات النووية.وينتج عند انشطار نواة اليورانيوم نيوترونين في المتوسط، تتفاعل هي الأخرى مع نوايا يورانيوم أخرى، بهذا تتزايد النيوترونات وكذلك معدل الانشطار يزداد بما يسمى التفاعل المتسلسل. وفي المفاعل النووي توجد مواد لامتصاص النيوترونات الزائدة بحيث يبقى التفاعل متوازناً، ونستطيع بذلك إنتاج الطاقة عن طريق المفاعلات الذرية أوالنووية.

اكتشاف النيوترون

تاريخ المحاولات طويل وكانت قد بدأت بتسقطات ومحاولة اثبات هذه التسقطات على أسس مختلفة مثل دراسة الخواص المميزة، دراسة اختلاف التصادم، دراسة الطاقة الفائضة الناتجة عنها في شكل حرارة وكثير منها باء بالفشل.

كان رذرفورد قد تنبأ بوجودها عام 1920 وبعدها بعشر سنوات لاحظ الفيزيائيان الألمانيان والتر وهيربرت شيئاً غريباً عند إطلاقهما أشعة ألفا على مادة البريليوم (عددها الذري 4). انبعثت من البريليوم اشعاعات متعادلة قادرة على اختراق 200 مم من الرصاص في حين حتى البروتونات كانت لا تستطيع اختراق 1 مم من الرصاص. افترض الاثنان حتى السبب هوإشعاعات من غاما عالية الطاقة.

بعدها اتى دور فهماء آخرين لفحص الأشعة عن كثب، حيث وضعوا حاجزا من شمع البارافين لقاء أشعة البريليوم فلاحظوا قدوم بروتونات عالية السرعة من البارافين. كانوا على فهم حينها حتى اشعاع غاما يفترض بها انتزاع الكترونات من المعادن لذا تسقطوا حتى نفس الشيء حاصل مع البروتونات في البارافين.

بعدها رفض العالم شادويك هذه الفكرة معللا السبب حتى انتزاع بروتونات بسرعات عالية كهذه ينبغي حتى تكون له طاقة مقدارها 50 مليون إلكترون فولت وبالمقارنة فإن اشعاعات الفا كانت قادرة على إنتاج 14 مليون الكترون فولت تقريبا فقط..

وضع شادويك تجربة أخرى ليوضح ما يحدث أكثر حيث وضع بترة من البريليوم في غرفة مفرغة مع بعض البولونيوم. انبعثت اشعاعات الفا من البلونبوم والذي اعترض البريليوم. أثناء الاعتراض انطلقت أشعة متعادلة محيرة. وفي مسار الأشعة وضع شادويك حاجزا آخر وعندم اصطدمت به الأشعة، ضربت بذرات منه وأصبحت مشحونة فطارت نحومجس جسيمات من النوع الغازي (تأين). قام شادويك بقياس التيار الناجم عن عملية التأين هذه وعليه استطاع حساب عدد الذرات وتسقط سرعتها. وبإعادة تجاربه على أهداف مختلفة استطاع الاقتناع والإقناع بأن إشعاعات غاما لا تستطيع تفسير سرعة الذرات وبالتالي فإن الاحتمال الأرجح والمعقول هوجسيمات متعادلة.

بعدها قام شادويك بقياس كتلة هذه الجسيمات ولكن بطريقة غير مباشرة حيث قاما بقياس جميع نواتج الاصطدام على البورون بدلا من البريليوم والذي انتج أيضا اشعاعات متعادلة فوضع هدفا حاجزا من الهيدروجين أمام الأشعة وعندما وقع التصادم وتطايرت بروتونات قام شادويك بقياس سرعة هذه البروتونات. بتطبيق قوانين بقاء الطاقة والزخم (كمية التحرك)، استطاع شادويك حساب كتلة جسيم النيوترون ليجد أنها 1.0067 من البروتون.

انظر أيضاً

النواة رباعية النيوترونات

المصادر

↑ 1935 Nobel Prize in Physics نسخة محفوظة 03 أكتوبر 2017 على مسقط واي باك مشين.
^ Particle Data Group's Review of Particle Physics 2006 نسخة محفوظة 25 يناير 2017 على مسقط واي باك مشين.
^ Cottingham, W. & Greenwood, D: "An introduction to the standard model of particle physics", page 1. Cambridge University Press, 2007
^ البروفسور الدكتور صلاح مصطفى (2003-04-23). . العبيكان للنشر. ISBN . مؤرشف من الأصل في 26 يناير 2020.
^ Nuclear Twins: The Discovery of the Proton and Neutron نسخة محفوظة 22 يناير 2018 على مسقط واي باك مشين.