Как обычный стол повлиял на результаты нейтронного эксперимента?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Наука и космос

18 октября 1934 года в Институте физики Римского университета Эдоардо Амальди и Бруно Понтекорво проводили эксперимент, в ходе которого они облучали небольшой серебряный цилиндр нейтронами с целью изучения наведенной радиоактивности. В процессе эксперимента они столкнулись с необычным и очень странным явлением: уровень радиоактивности зависел не только от расстояния до источника нейтронов и прочих его характеристик, но и ещё от кое-чего.

Когда Бруно Понтекорво впервые озвучил сомнительные результаты и описал наблюдения, то беседа с коллективом кончилась насмешками, а руководитель лаборатории вообще попросил его отказаться от научной деятельности. И на то была весомая причина. Ведь физик в докладе на полном серьезе сказал, что результат эксперимента коррелирует с материалом стола.

От материала стола, говоришь, результат зависит?
Автор: Шедеврум Источник: shedevrum.ai

Оказалось, что на деревянном столе уровень наведенной радиоактивности был значительно выше, чем на мраморном. Однако странное явление продолжало проявляться, даже когда опыты повторялись без участия Понтекорво. Стало очевидным, что в лаборатории нащупали какое-то интересное физическое явление.

Первые попытки разобраться в зависимости радиоактивности от типа стола оказались неудачными. Но знаменитый физик Энрико Ферми, который на тот момент работал в этом же институте, предложил интересное решение. Он установил парафиновый экран между источником нейтронов и серебряным цилиндром. В результате счетчик Гейгера начал фиксировать резкое увеличение уровня наведенной радиоактивности на цилиндре. Коллектив предположил, что на сей раз сломался счётчик Гейгера. Но дело было совсем в другом.

Оставшись в лаборатории на обеденный перерыв, Ферми начал думать о наблюдениях. Стол и парафин. Что может их объединять? Например то, что они оба из полимерных материалов. Причём, состав в чём-то схожий. Присутствует большое количество водорода.

Ядра водорода имеют массу, схожую с нейтронами, и при столкновении с ними нейтроны замедляются, подобно тому, как мяч теряет скорость при столкновении с другим мячом такого же размера. Это предположение стало первым шагом к разгадке.

Ферми также осознал, что замедленные нейтроны имеют больше шансов быть захваченными ядрами облучаемых элементов, что делает их нестабильными и радиоактивными. На высоких скоростях вероятность захвата значительно уменьшается, так как нейтрон просто не успевает взаимодействовать с ядром и пролетает мимо. Таким образом, чем медленнее нейтрон, тем больше времени он проводит в радиусе захвата ядра, что увеличивает вероятность его поглощения.

Эта теория блестяще объясняла наблюдаемую аномалию. В деревянном столе содержится больше атомов водорода, чем в мраморном, что позволяет нейтронам замедляться и достигать цели с большей вероятностью захвата. Получается простая схема. Источник нейтронов испускает частицы в сторону серебряного цилиндра, какая-то их часть попадает напрямую на образец, а некоторое количество достигает стола. Там они взаимодействуют со столом и, если стол содержит большое количество водорода и деревянный, то отражаются обратно. Скорость их движения при этом ниже, чем в случае отражения от мраморного стола. Вот и разгадка феномена.

Для проверки гипотезы Ферми провел эксперимент с веществом, имеющим еще более высокую концентрацию водорода, погрузив источник нейтронов и мишень в фонтан с золотыми рыбками в саду института.

Результаты подтвердили предположения. Вода, как и парафин, значительно увеличивала уровень искусственной радиоактивности серебра. Логика работала, а тайна оказалась раскрытой. В итоге простой деревянный стол чуть не стоил научной карьеры Эдоардо Амальди и Бруно Понтекорво.

Изображение в превью:
Автор: Шедеврум
Источник: shedevrum.ai
Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)
Об авторе
Изучаю физику и стараюсь познать устройство мира с её помощью. Делюсь наработками и открытиями с вами. Кандидат наук, научный сотрудник и когда-то преподаватель. Читайте мои статьи на этой страничке ixbt или смотрите научпоп видео в Telegram-канале!

2 комментария

15343558@vkontakte
Кстати, этот же принцип сейчас используется для измерения интенсивности нейтронного излучения. Только ловушкой является пластиковый цилиндр или шар, внутри которого помещается детектор гамма — излучения.
Есть еще приборы — радиоизотопные влагомеры, они работают на этом же принципе — источник нейтронного излучения (обычно изотоп Америция) излучает нейтроны, атом водорода в измеряемом веществе, захватив медленный нейтрон, излучает гамма-частицу, которая регистрируется детекторами гамма-излучения. Ну и пересчитывается в процент влаги в веществе.
S
Понтекорво — глыба, автор идеи нейтринных осциляций, а значит и % 25 современной физики высоких энергий.
Не уехал бы от фашистов в Союз — был бы нобелевским лауреатом.
Или трупом, да.

Добавить комментарий