neutrones

1. Descubrimiento de
neutronesPROPIEDAD DE LOS MATERIALES
SERGIO GARCÍA DÍAZ

2. Neutrón
 Un neutrón es una partícula subatómica contenida en el núcleo
atómico. No tiene carga eléctrica neta, a diferencia de carga
eléctrica positiva del protón. El número de neutrones en un núcleo
atómico determina el isótopo de ese elemento.

3.  Estas partículas se descubrieron en 1932 por el físico J. Chadwick. Al
no tener carga eléctrica recibieron el nombre de neutrones. El
hecho de no tener carga eléctrica hizo muy difícil su
descubrimiento.
 Los neutrones son partículas sin carga y de masa algo mayor que la
masa de un protón.

4.  Chadwick realizo sus experimentos en los cuales bombardeo
átomos de boro con partículas alfa y a partir del incremento de
masa del nuevo núcleo, calculo que la partícula añadida al boro
tenía una masa más o menos igual al protón, pero la partícula en si
no podía detectarse.
 Chadwick explico que esto se daba porque la partícula no poseía
carga eléctrica.

5.  El experimento consistía de dos elementos: por un lado la fuente y
por otro el detector. La fuente, como hemos dicho, se trataba de
un disco con polonio que se enfrentaba a un disco de berilio que
era más grande que el primero. El detector era una cámara de
ionización. La parte variable del experimento era la forma de
conectar ambos dispositivos. Además de colocarlos separados por
una capa de cera parafina, Chadwick y sus colegas utilizaron
también distintos tipos de metales y gases con el fin de ver las
distintas respuestas que producían lo que suponían que serían
neutrones al golpear las capas intermedias. Otra configuración del
experimento que usaron fue sustituir la cámara de ionización pro
una cámara de niebla, de forma que podían observar los caminos
seguidos por los protones y calcular su velocidad.

8.  En este esquema pueden verse los distintos componentes del
experimento y las radiaciones y partículas que se producían:
 A. Disco que contenía el polonio.
 B. Disco en el que se situaba el berilio, su tamaño era más grande que
el del polonio. Había dos razones: al ser más grande podía capturar
más radiación alfa proveniente del disco y además era mucho más
barato.
 C. Capa de material situada entre el detector y la fuente.
Normalmente se usaba cera de parafina, pero se probó con distintos
materiales. Esta capa se aumentaba o se disminuía de tamaño para
ver cómo variaban los resultados en el detector.

9.  Detector. El detector normalmente era una cámara de ionización,
pero también se usaron cámaras de niebla para visualizar la
trayectoria de los protones.
 Y lo que ocurría era lo siguiente:
 1. El polonio emite radiación alfa, consistente en átomos de helio
desprovistos de sus electrones.
 2. Los átomos de helio se adentran en el disco de berilio y algunos de
ellos chocan con un núcleo de berilio. El choque provoca una
reacción que transforma el núcleo de berilio en carbono y desprende
un neutrón (la letra K indica energía cinética):

10.  Be9 + He4 + K α = C12+ n1 + K de C12 + K de n1
 3. Los neutrones despedidos por el berilio llegan a la capa de
parafina y unos pocos chocan contra los átomos de hidrógeno
presentes, haciendo que estos sean despedidos, el resto atraviesan
la capa de parafina y continúan su camino.
 – La velocidad con los que los protones eran despedidos de los
distintos materiales era imposible obtenerla a partir de radiación
gamma.

11.  – El grosor de la capa de material que se situaba entre los dispositivos
experimentales no hacía variar drásticamente los resultados, los
neutrones solo interaccionaban con núcleos atómicos cuando
prácticamente se producía una colisión directa. La falta de carga del
neutrón hacía que esta fuera la única interacción posible.
 Chadwick pudo asegurar que las reacciones que estaban ocurriendo
en el experimento no se debían a la radiación gamma, sino a un
nuevo tipo de partícula con una masa cercana a la del protón y sin
carga eléctrica. Solo faltaba confirmar la masa de esa nueva
partícula. Para ello el disco de Berilio fue sustituido por uno que
contenía boro.

12.  ¿Por qué cambiar el berilio por boro? Ya se conocía el peso de un átomo de
boro, mientras que no se conocía el del berilio. Aunque se producía un número
de protones mucho menor cuando se usaba boro, tenían el dato que les
faltaba para cercar la masa de la nueva partícula.
 Masa de B11 + masa de He4 + K de α = Masa de N14 + masa de n1 + K de N14
+ K de n1.
 Esta igualdad debía producirse para que se cumpliera la ley de la
conservación de la energía: la masa de un átomo de boro, más la masa de
una párticula alfa, más la energía cinética de esta última tienen que ser iguales
a la masa del nitrógeno producido, más la masa del neutrón y la energía
cinética de ambos.
 Los resultados confirmaron las sospechas: el neutrón tenía una masa similar al
protón y una carga neutra.