Протонно-нейтронная теория

Получалось, что ядра гелия-4, состоявшие из 4 протонов и 2 электронов, на самом деле состоят из 2 протонов и 2 нейтронов. Точно так же и ядра кислорода-16 нместо того, чтобы состоять из 16 протонов и 8 электронов, должны были состоять из 8 протонов и 8 нейтронов.

Протонно-нейтронная теория прекрасно соответствовала массовым числам и атомным номерам. Если ядра состояли из х протонов и у нейтронов, атомный номер оказывался равным х, а массовое число х+у (скорее всего, можно определить массовое число ядер в современных терминах. Это число протонов плюс нейтроны в ядрах).

Не менее четко протонно-нейтронная теория ядерной структуры соответствовала изотопам. Предположим, что у нас имеется 3 изотопа кислорода — кислород-16, кислород-17 и кислород-18. У первого из них ядро, состоящее из 8 протонов и 8 нейтронов, во втором будет 8 протонов и 9 нейтронов, третье будет состоять из 8 протонов и 10 нейтронов. В каждом слу чае атомный вес останется равным 8, но массовое число будет соответственно 16, 17

и 18.

Точно так же и уран-238 состоит из ядер, построенных из 92 протонов и 146 нейтронов, в то время как ядро урана-235 будет состоять из 92 протонов и 143 нейтронов.

На основе данной теории возникает предположение, что нейтроны, а не электроны удерживают вместе протоны вопреки существующей между ними отталкивающей силе и что по мере возрастания массы ядер требуется все больше и больше нейтронов. Вначале требовалось примерно равное количество нейтронов и протонов. Ядро гелия-4 содержало 2 протона и 2 нейтрона, углерода-12 соответственно 6 протонов и 6 нейтронов, кислорода-16 — 8 протонов и 8

нейтронов и так далее.

Для более сложных ядер потребовались дополнительные нейтроны.

Данная теория объясняла и явление радиоактивного распада. Предположим, что

ядро отдает альфа-частицу. Альфа-частица представляет собой ядро гелия, состоящее из 2 протонов и 2 нейтронов. Если ядра теряют альфа-частицу, их массовое число должно снижаться до 4, а атомный номер на 2, как и происходит на самом деле.

Предположим, что ядро отдает бета-частицу. Это может показаться удивительным. Откуда происходит бета-частица, если ядра содержат только протоны и нейтроны, но в них нет электронов? Явление поддается объяснению, если считать, что нейтроны являются протонно-электронными соединениями. Внутри множества ядер нейтроны совершенно стабильны и не разделяются, как это происходит с ними в свободном состоянии. Но в некоторых случаях они могут разделяться, и тогда образуются бета-частицы.

Таким образом, получается, что ядро тория-234 состоит из 90 протонов и 144 нейтронов. Одно из этих ядер можно рассмотреть как разбивающееся для того, чтобы освободить электрон и оставить несвязанный протон. Если в ходе обозначенного действия бета-частица выходит из ядра, количество нейтронов изменяется на один, равно как и число протонов. Ядра тория-234 (90 протонов, 144 нейтрона) становятся ядрами протактиния-234 (91 протон, 143 нейтрона).

Короче говоря, протонно-нейтронная теория ядерной структуры может объяснить не только все явления, наблюдаемые в экспериментах, но и ядерные спины, в то время как протонно-электронная теория не в состоянии сделать этого. Более того, в ходе исследований удалось обнаружить изолированный нейтрон.

Поэтому протонно-нейтронная теория была принята.