Столкновение - а-частица
Cтраница 2
Если для большинства самопроизвольных превращений мы можем с уверенностью написать соответствующую ядерную реакцию, то иначе обстоит дело в случае искусственных ядерных превращений. При близких столкновениях а-частицы с ядром азота наблюдается появление ядер водорода, между тем как пи облучаемое вещество, ни бомбардирующие а-частицы не содержат свободного водорода. [16]
Имеется выборка объема п, требуется оценить среднее 9i и дисперсию Э2 нормального распределения. Такая задача возникает при изучении свободного пробега а-частиц в веществе. Можно считать, что столкновения а-частиц независимы друг от друга, столкновений много и значения длины свободного пробега нормально распределены около некоторого среднего значения, зависящего от энергии а-частиц и свойств вещества. [17]
При прохождении а-частицы через вещество вся потеря ее энергии обусловлена, по существу, столкновением с электронами. Это связано с тем, что масса электронов мала и они успевают прийти в движение под действием сил поля движущейся а-частицы. Ядра атомов слишком тяжелы для такого движения если не считать прямого столкновения а-частицы с ними. По этой же причине пробег а-частиц в веществе прямолинеен. Двигаясь в среде, они оставляют за собой след из положительных и отрицательных ионов. [18]
 |
Траектории а-частиц по фотографии Вильсона. [19] |
Уже давно исследованиями Рамзая и Содди было установлено, что а-лучи, испускаемые радиоактивными элементами, представляют собой fпоток двухвалентных положительных ионов гелия, летящих со скоростью около двадцати тысяч километров в секунду. Удар, наносимый а-частицей атому, должен [ быть разрушителен. Столкновение а-частицы с электроном не может заметно затормозить ее полет или сильно отклонить ее от прямолинейного пути. Но столкновение ее с массивным атомом должно вызвать резкое изменение скорости и по величине и по направлению. [20]
Такое изменение направления называют рассеянием, а угол, на который меняется направление, называют углом рассеяния. Если а-частица обладает достаточной энергией для преодоления сил электростатического отталкивания между нею и ядром, она может проникнуть внутрь ядра. За счет энергии возбуждения из ядра может вылететь а-частица, в этом случае тоже происходит рассеяние а-лу-чей, которое называется аномальным в отличие от нормального рассеяния, происходящего при энергии а-частиц, недостаточной для проникновения внутрь ядра. Рассеяние, при котором часть кинетической энергии переходит в энергию возбуждения ядра, является неупругим в отличие от упругого рассеяния, при котором кинетическая энергия сохраняется. При столкновении а-частицы с ядром оно приобретает кинетическую энергию и, в свою очередь, может на своем пути производить ионизацию. Такие ядра называют ядрами отдачи. [21]
Следовательно, атомы, из которых состоит фольга, построены очень ажурно - большую часть их объема занимает пустота. Однако в опытах было все же найдено, что в очень редких случаях ( примерно 1 раз из 8000) а-частицы резко меняют направление своего движения, иногда - на обратное. Такой крутой поворот означает, что происходит лобовое столкновение а-частицы с какой-то гораздо более тяжелой частицей, занимающей очень малый объем в глубине атома. Такая частица, очевидно, имеет также положительный заряд - именно поэтому при приближении к ней одноименно заряженные а-снаряды испытывают отталкивание и меняют направление полета. Расчеты показали, что размеры этой тяжелой частицы в атомах разных элементов колеблются в пределах 10 - 13 - 10 - 12 см, в то время как сам атом имеет размер порядка 10 - 8 см. Так как тяжелая частица расположена в глубине атома, то она получила название атомного ядра. [22]
Принцип действия камеры Вильсона основан на способности молекул водяного пара конденсироваться в мельчайшие капельки вокруг заряженных частиц. Камеру заполняют водяным паром. Заряженные частицы, проходя через камеру, ионизируют на своем пути молекулы газа, на которых при охлаждении камеры конденсируется водяной пар в виде тонких ниточек тумана, показывающих путь частицы. Последние могут быть сфотографированы. На рис. 20 виден путь заряженных частиц; излом пути - результат столкновения а-частицы с атомом азота. [23]
 |
Схема установки Резерфорда для наблюдения рассеяния а-частиц металлической фольгой. Установка помещается в вакуумную камеру. [24] |
Эксперимент, выполненный Резерфордом с сотрудниками, заключался в бомбардировке золотой фольги а-частицами, которые представляют собой ядра гелия с двойным зарядом. Пучок а-частиц направлялся на тонкую металлическую фольгу, которая имела толщину приблизительно 10 000 атомов. Экран смонтирован на подставке так, что он может двигаться по окружности с центром на одной линии с точкой, где а-частицы сталкиваются с фольгой. За экраном расположен телескоп, с помощью которого можно регистрировать и подсчитывать даже очень слабые вспышки света, возникающие при ударе отдельной а-частицы в сцинтилляционный экран. Прибор помещен в вакуумную камеру, чтобы не было отклонений, связанных со столкновением а-частиц с молекулами газа. [25]
Возбуждает большие споры вопрос о том, нужно ли рассматривать нейтроны и протоны как элементарные частицы или же следует их считать сложными. Наиболее простой гипотезой была бы та, согласно к-рой нейтрон есть сложная частица, состоящая из протона и электрона. К этой гипотезе непосредственно приводит явление / 3-распада, при к-ром один из нейтронов ядра превращается в протон и вместе с этим из ядра вылетает электрон: простейшая трактовка этого явления гласит, что нейтрон распадается на протон и электрон и последний вылетает из ядра. Было показано также, что, сталкиваясь с электронами, позитроны могут уничтожаться, причем электрон позитрон превращаются в фотоны у-лучей. В 1934 г. Жолио обнаружил, что при столкновении а-частицы с ядром алюминия образуется ядро изотопа фосфора ( по ф-ле А1 Не4 - Р30 п) и что этот неизвестный до сих пор изотоп фосфора ( радиофосфор) распадается с испусканием позитрона, причем соответствующий период полураспада равен 3 мин. Явление позитронной активности показывает, что наряду с процессами типа нейтрон - протон электрон возможны и процессы типа протон - нейтрон позитрон. Первые как будто заставляют считать протон простой частицей, а нейтрон - состоящей из протона и электрона, вторые же заставляют считать элементарной частицей нейтрон и трактовать протон как соединение нейтрона с позитроном. Получается противоречие, из к-рого будущая фивич. [26]
Страницы: 1 2