Wat/Wie?
De ontdekking van het neutron en zijn eigenschappen stond centraal in de buitengewone ontwikkelingen in de atomaire fysica
in de eerste helft van de 20ste eeuw.
Vroeg in de eeuw ontwikkelde Ernest Rutherford een ruw model van het atoom gebaseerd op het goudfolie-experiment
van Hans Geiger en Ernest Marsden.
LINK - LINK
In dit model hadden atomen hun massa en positieve elektrische lading geconcentreerd in een zeer kleine kern.
Tegen 1920 waren er chemische isotopen ontdekt,
de atomaire massa's waren bepaald als (ongeveer) gehele veelvouden van de massa van het waterstofatoom, en
het atoomnummer was geïdentificeerd als de lading op de kern.
Gedurende de jaren 1920 werd de kern beschouwd als samengesteld uit combinaties van protonen en
elektronen, de twee elementaire deeltjes die toen bekend waren, maar dat model vertoonde verscheidene experimentele
en theoretische tegenstrijdigheden.
De essentiële aard van de atoomkern werd vastgesteld met de ontdekking van het neutron door James
Chadwick in 1932 en de vaststelling dat het een nieuw elementair deeltje was, dat verschilt van het proton.
Begrip
Een neutron is het neutraal deeltje dat zich in de atoomkern bevindt. KLIK
Weetjes
Neutronen zijn radioactief als ze "vrij" zijn (alleen, en geen deel uitmaken van de kern van een atoom)
Neutronen hebben geen lading - ze zijn neutraal en kunnen daarom in een andere kern komen
De bouw van een neutron is: 2 down-quarks en 1 up-quark
(tegenovergesteld aan het proton dat bestaat uit 2 ups en 1 down) KLIK
De halfwaardetijd van een vrij neutron is ongeveer 10,2 minuten, en dan verandert het in een proton,
een elektron, en een anti-neutrino. Dit betekent beta-verval.
Experiment
Geschiedenis
In 1930 ontdekten Walther Bothe en Herbert Becker in Giessen, dat als de energetische alfadeeltjes die
uit polonium waren geëmitteerd, bepaalde lichte elementen, met name beryllium (Be), boor (B), of lithium (Li), beschoten
werd een ongewoon doordringende straling geproduceerd. KLIK
Beryllium produceerde de meest intense straling.
Polonium is zeer radioactief en produceert energetische alfa-straling, en werd in die tijd vaak gebruikt voor
verstrooiingsexperimenten. Alfastraling kan worden beïnvloed door een elektrisch veld, omdat het bestaat
uit geladen deeltjes. De waargenomen penetrerende straling werd echter niet beïnvloed door een elektrisch
veld, dus werd gedacht dat dit gammastraling was. De straling was indringender
dan alle bekende gammastralen en de details van de experimentele resultaten waren moeilijk te interpreteren.
Twee jaar later toonden Irène Joliot-Curie en Frédéric Joliot in Parijs aan dat als deze onbekende straling op
paraffine was gevallen of een andere waterstofbevattende verbinding, het protonen van zeer hoge energie
(5 MeV) uitwerpt. KLIK - KLIK
Deze waarneming was op zichzelf niet in strijd met de aangenomen gamma-gamestructuur van de nieuwe straling,
maar de interpretatie (Compton-verstrooiing) had een logisch probleem. Uit overwegingen van energie en momentum
zou een gammastraal onmogelijk een hoge energie (50 MeV) moeten hebben om een massaal proton te verstrooien
In Rome verklaarde de Ettore Majorana dat de manier waarop de nieuwe straling in wisselwerking
met protonen vereiste een nieuw neutraal deeltje. KLIK
Rutherford noch James Chadwick geloofden in de gammastralingshypothese. Bijgestaan door Norman Feather
voerde Chadwick snel een reeks experimenten uit die aantoonden dat de gammastralingshypothese
onhoudbaar was. Het jaar ervoor had o.a.Chadwick, al experimenten uitgevoerd
over het uiteenvallen van lichtelementen met behulp van alfa-straling van polonium. Hij had ook meer accurate en
efficiënte methoden ontwikkeld voor het detecteren, tellen en opnemen van de uitgeworpen protonen.
Chadwick herhaalde de proef van de straling met behulp van beryllium en richtte de straling op paraffine.
Paraffinewas is een koolwaterstof met een hoog waterstofgehalte en biedt daarom een doelwit dicht met protonen;
omdat neutronen en protonen bijna dezelfde massa hebben, verspreiden protonen energetisch uit neutronen.
Chadwick heeft het bereik van deze protonen gemeten en ook gemeten hoe de nieuwe straling de
atomen van verschillende gassen beïnvloedde. Hij ontdekte dat de nieuwe straling bestond uit niet-gammastraling,
maar niet-geladen deeltjes met ongeveer dezelfde massa als het proton.
Deze deeltjes waren neutronen. Chadwick won de Nobelprijs voor de natuurkunde in 1935 voor deze ontdekking. KLIK
