Descubrimiento de neutronesPROPIEDAD DE LOS MATERIALES

SERGIO GARCÍA DÍAZ

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.

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.

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.

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.

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.

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):

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.

– 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.

¿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.