ENRICO FERMI
Artificial radioactivity produced by neutron
bombardment
Nobel Lecture, December 12, 1938
Although the problem of transmuting chemical elements into each other is much older than a satisfactory definition of the very concept of chemical element, it is well known that the first and most important step towards its solution was made only nineteen years ago by the late Lord Rutherford, who started the method of the nuclear bombardments. He showed on a few ex¬amples that, when the nucleus of a light element is struck by a fast c-particle, some disintegration process of the struck nucleus occurs, as a consequence of which the a-particle remains captured inside the nucleus and a different particle, in many cases a proton, is emitted in its place. What remains at the end of the process is a nucleus different from the original one; different in general both in electric charge and in atomic weight.
The nucleus that remains as disintegration product coincides sometimes with one of the stable nuclei, known from the isotopic analysis; very often, however, this is not the case. The product nucleus is then different from all "natural" nuclei; the reason being that the product nucleus is not stable. it disintegrates further, with a mean life characteristic of the nucleus, by emis¬sion of an electric charge (positive or negative), until it finally reaches a stable form. The emission of electrons that follows with a lag in time the first prac¬tically instantaneous disintegration, is the so-called artificial radioactivity, and was discovered by Joliot and Irene Curie at the end of the year 1933.
These authors obtained the first cases of artificial radioactivity by bom¬barding boron, magnesium, and aluminium with a-particles from a polo¬nium source. They produced thus three radioactive isotopes of nitrogen, sili¬con and phosphorus, and succeeded also in separating chemically the activity from the bulk of the unmodified atoms of the bombarded substance.
The neutron bombardment
immediately after these discoveries, it appeared that a-particles very likely
did not represent the only type of bombarding projectiles for producing
artificial radioactivity. I decided therefore to investigate from this point of view the effects of the bombardment with neutrons.
Compared with a-particles, the neutrons have the obvious drawback that the available neutron sources emit only a comparatively small number of neutrons. Indeed neutrons are emitted as products ofnuclear reactions, whose yield is only seldom larger than 10-4. This drawback is, however, compen¬sated by the fact that neutrons, having no electric charge, can reach the nuclei of all atoms, without having to overcome the potential barrier, due to the Coulomb field that surrounds the nucleus. Furthermore, since neutrons practically do not interact with electrons, their range is very long, and the probability of a nuclear collision is correspondingly larger than in the case of the oe-particle or the proton bombardment. As a matter of fact, neutrons were already known to be an efficient agent for producing some nuclear disintegrations.
As source of neutrons in these researches I used a small glass bulb contain¬ing beryllium powder and radon. With amounts of radon up to 800 millicu- ries such a source emits about 2 x 107 neutrons per second. This number is of course very small compared to the yield of neutrons that can be obtained from cyclotrons or from high-voltage tubes. The small dimensions, the per¬fect steadiness and the utmost simplicity are, however, sometimes very use¬ful features of the radon + beryllium sources.
Nuclear reactions produced by neutrons
Since the first experiments, I could prove that the majority of the elements tested became active under the effect of the neutron bombardment. In some cases the decay of the activity with time corresponded to a single mean life; in others to the superposition of more than one exponential decay curve.
A systematic investigation of the behaviour of the elements throughout the Periodic Table was carried out by myself, with the help of several collab¬orators, namely Amaldi, d'Agostino, Pontecorvo, Rasetti, and Segre. In most cases we performed also a chemical analysis, in order to identify the chemical element that was the carrier of the activity. For short living sub¬stances, such an analysis must be performed very quickly, in a time of the order of one minute.
The results of this first survey of the radioactivities produced by neutrons can be summarized as follows: Out of 63 elements investigated, 37 showed
an easily detectable activity; the percentage of the activatable elements did not show any marked dependence on the atomic weight of the element. Chemical analysis and other considerations, mainly based on the distribution of the isotopes, permitted further to identify the following three types of nuclear reactions giving rise to artificial radioactivity :
+ Jn = “=*A +
เอนรีโก แฟร์มีเทียมที่ผลิตโดยรังสีนิวตรอนโจมตีโนเบลบรรยาย 12 ธันวาคม 1938แม้ว่าปัญหาของการสร้างองค์ประกอบทางเคมีในแต่ละอื่น ๆ แก่กว่านิยามที่น่าพอใจของแนวคิดมากขององค์ประกอบทางเคมี มันเป็นที่รู้จักกันดีว่า แรกและสำคัญที่สุดขั้นตอนไปสู่การแก้ไขได้เพียงสิบเก้าปีมาแล้วโดยใต้เท้า รัทเทอร์ฟอร์ด , ผู้ที่เริ่มต้นวิธีการของ bombardments นิวเคลียร์ เขาพบว่าในไม่กี่อดีต¬ amples เมื่อนิวเคลียสของธาตุแสงจะหลงโดย c-particle อย่างรวดเร็ว บางขั้นตอนของการหลงนิวเคลียสที่เกิดขึ้นเป็นผลที่ a-particle ยังคงจับภายในนิวเคลียส และอนุภาคที่แตกต่างกัน ในหลายกรณีเป็นโปรตอน จะออกมาในสถานที่ สิ่งที่ยังคงอยู่ในตอนท้ายของกระบวนการคือ นิวเคลียส ที่แตกต่างจากเดิมหนึ่ง แตกต่างกันโดยทั่วไปทั้งในค่าใช้จ่ายไฟฟ้าและน้ําหนักอะตอมนิวเคลียสนั้น ยังคงเป็นผลิตภัณฑ์ย่อมเกิดขึ้นบางครั้งกับหนึ่งของนิวเคลียสเสถียร , ที่รู้จักกันจากการวิเคราะห์ไอโซโทป ; บ่อยมาก แต่นี้เป็นกรณีที่ไม่ ผลิตภัณฑ์นิวเคลียสจึงแตกต่างจาก " ธรรมชาติ " ของ ; เหตุผลที่นิวเคลียสผลิตภัณฑ์ไม่คงที่ มันช่วยสลายต่อไป กับหมายความว่าชีวิตลักษณะของนิวเคลียสโดยเอมิส¬ไซออนของประจุไฟฟ้า ( บวกหรือลบ ) จนกระทั่งไปถึงรูปแบบคงที่ การปล่อยพลังงานของอิเล็กตรอนที่ตามมากับความล่าช้าในเวลา¬ปฏิบัติก่อนการ tically ทันทีเป็นกัมมันตภาพรังสีเทียมที่เรียกว่า และถูกค้นพบโดย joliot และไอรีน กูรีที่ส่วนท้ายของปี 1933 .กรณีแรกของผู้เขียน เหล่านี้ได้รับกัมมันตภาพรังสี ประดิษฐ์โดย บอม ¬ barding โบรอน , แมกนีเซียม และอลูมิเนียมกับ a-particles จากโปโล¬ Condo แหล่ง พวกเขาผลิต ดังนั้นสามไอโซโทปกัมมันตรังสีของธาตุไนโตรเจน และฟอสฟอรัส ¬ sili con และประสบความสำเร็จในการแยกประเภทกิจกรรมจากกลุ่มของอะตอมแปรของการระดมยิงสารนิวตรอนโจมตีทันทีหลังจากการค้นพบเหล่านี้ ปรากฏว่า a-particles มากไม่ได้เป็นตัวแทนของประเภทเดียวที่มีอุปกรณ์สำหรับการผลิตรังสีเทียม ฉันตัดสินใจแล้วจึงตรวจสอบจากมุมมองนี้ผลของการโจมตีด้วยนิวตรอนเมื่อเทียบกับ a-particles , นิวตรอนมีข้อเสียเปรียบที่ชัดเจนแหล่งนิวตรอนพร้อมปล่อยแค่จำนวนน้อยเปรียบเทียบของนิวตรอน จริงๆแล้วรูปออกมาเป็นผลิตภัณฑ์ ofnuclear ปฏิกิริยาที่มีผลผลิตเป็นเพียงแทบจะใหญ่กว่า 10-4 . ข้อเสียเปรียบนี้คือ , อย่างไรก็ตาม , มีระบบชดเชย¬อิ่มด้วยข้อเท็จจริงที่ว่า นิวตรอนไม่มีประจุไฟฟ้า สามารถเข้าถึงนิวเคลียสของอะตอมโดยไม่ต้องเอาชนะอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นเนื่องจากการประจุไฟฟ้าภาคสนามที่ล้อมรอบนิวเคลียส นอกจากนี้ เนื่องจากนิวตรอนจะไม่โต้ตอบกับอิเล็กตรอน ช่วงยาวมาก และความเป็นไปได้ของการชนกันนิวเคลียร์เป็นต้องกัน มีขนาดใหญ่กว่าในกรณีของอนุภาคโปรตอน OE หรือทิ้งระเบิด เป็นเรื่องของความเป็นจริง , นิวตรอน คือรู้อยู่แล้วว่าเป็นตัวแทนที่มีประสิทธิภาพในการผลิตบาง disintegrations นิวเคลียร์ .เป็นแหล่งของนิวตรอน ในงานวิจัยนี้ใช้หลอดแก้วขนาดเล็กที่มี¬ไอเอ็นจีเบริลเลียมผงและเรดอน . กับปริมาณของก๊าซเรดอนถึง 800 millicu - ries เช่นแหล่งปล่อยประมาณ 2 x 107 นิวตรอนต่อวินาที จำนวนของหลักสูตรนี้เป็นขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับผลผลิตของนิวตรอนที่ได้จากล่ำสันหรือจากแรงดันสูงหลอด มิติขนาดเล็ก ต่อ¬สมบูรณ์มั่นคงและเรียบง่ายที่สุด แต่บางครั้งก็จะใช้¬ครบคุณสมบัติของเรดอน + ลักษณะของแหล่งที่มาปฏิกิริยา นิวเคลียร์ นิวตรอน ผลิตโดยเนื่องจากการทดลองครั้งแรก ผมสามารถพิสูจน์ได้ว่าส่วนใหญ่ขององค์ประกอบที่ทดสอบ กลายเป็นงานที่ใช้งานภายใต้ผลกระทบของนิวตรอนทิ้งระเบิด ในบางกรณี การเสื่อมลงของกิจกรรมกับเวลาของชีวิตหมายถึงเดียว ; ในอื่น ๆเพื่อรวมมากกว่าหนึ่งผุแบบโค้งระบบการศึกษาพฤติกรรมขององค์ประกอบตลอดตารางธาตุได้ดําเนินการเอง ด้วยความช่วยเหลือของนักพูด¬คอลแล๊ป , หลาย ได้แก่ amaldi ดีกอสติโน่ พอนเตค ์โว rasetti , , , , และ segre . ในกรณีส่วนใหญ่เราแสดงยังวิเคราะห์ทางเคมีเพื่อหาองค์ประกอบทางเคมีที่เป็นพาหะ ของกิจกรรม สั้น ๆอยู่¬ย่อย stances เช่นการวิเคราะห์จะต้องดำเนินการอย่างรวดเร็วในเวลาของคำสั่งของหนึ่งนาทีผลการสำรวจนี้แรกของ radioactivities ผลิตโดยนิวตรอนสามารถสรุปได้ดังนี้ จาก 63 ธาตุได้ 37 แสดงกิจกรรมที่ตรวจพบได้อย่างง่ายดาย ; ร้อยละขององค์ประกอบ activatable ไม่ได้แสดงเครื่องหมายการพึ่งพามวลอะตอมของธาตุ การพิจารณาการวิเคราะห์ทางเคมีและอื่น ๆ ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการกระจายของไอโซโทป อนุญาตเพิ่มเติมเพื่อระบุสามประเภทของปฏิกิริยากัมมันตภาพรังสีนิวเคลียร์ให้สูงขึ้นเพื่อประดิษฐ์ดังต่อไปนี้ชุมทาง = " = * + + < เขา " + Z " Jn = + ; H Z + M : Jn =ท.
การแปล กรุณารอสักครู่..
