15.3. Радиоактивный распад

Эрнест Резерфорд заинтересовался сообщением о влиянии на радиоактивность тория потоков воздуха. Он считал вначале, что торий, кроме альфа-частиц, испускает еще и некую “эманацию”. Через несколько лет выяснилось, что это был гелий. Надо сказать, что роль потоков воздуха, например, работы вентилятора при исследовании ионизирующих излучений и их воздействий может иногда быть значительной, хотя бы потому, что перемещается ионизованный воздух, который в некоторых случаях (действие радиации на полупроводники, например) может приводить к шунтированию межэлектродного промежутка ионизованным воздухом.

В 1930 г. по составу урановых руд был определен возраст Земли (1.8 млрд. лет, сейчас этот возраст «увеличен» не менее чем вдвое). Это было сделано по соотношению количеств урана, свинца и гелия в урановых рудах. Основной закон радиоактивного распада: , где - концентрация ядер в начальный момент времени, - концентрация ядер в момент времени - постоянная распада, равная доле ядер, распадающихся в единицу времени. Наличие изотопов делает атомные массы химических элементов не целочисленными, а дробными: 9,4 - бериллий, 35.5 - хлор и т.п.

16. Модели атома, квантовая механика, деление ядра

Величайшее находится в мельчайшем.

Лао Цзы

В начале 19 в. англичанин Праут считал все атомы состоящими из атомов водорода. В середине 19 в. с возрождением картезианских идей В. Томсон высказал мысль, что атомы - вихревые кольца в эфире. Новый толчок развитию идеи о сложном строении атома дало открытие в 1869 г. периодического закона Д.И. Менделеевым (1834-1907).

16.1. Модели атома

Теория строения атома начала развиваться по-настоящему только после открытия электрона и радиоактивности. Эти открытия показали делимость атома. Первая модель атома была предложена В.Томсоном и Дж.Дж.Томсоном, причем последним - в наиболее законченном виде в книге “Электричество и материя” в 1903 г. Атом представлял собой равномерно положительно заряженную сферу, содержащую электроны, которые в то время еще так не назывались. В 1904 г. японский физик Нагаока предложил планетарную модель атома: положительное ядро и электронное кольцо. Эта гипотеза поначалу не привлекла серьезного внимания. В 1905 г. Вин указал, что такая модель из-за ускоренного движения электронов при вращении должна излучать и терять таким образом энергию.

В 1909-1910 гг. английским физиком Э. Резерфордом были проведены экспериментальные исследования поглощения альфа-частиц тонким слоем вещества. Эти исследования свидетельствовали в пользу планетарной модели, причем, в согласии с мнением Ван ден Брука, порядковый номер в периодической системе (периодическая система была открыта еще в 1869 г.) равен числу электронов. В 1913 г. Дж.Томсон предложил модель с центральным положительным ядром и покоящимися электронами, располагающимися слоями вокруг ядра с не чисто кулоновской силой взаимодействия.

В том же 1913 г. появилась модель молодого Бора, работавшего у Резерфорда. Он постулировал устойчивые орбиты электронов, при переходе между которыми происходило поглощение или излучение света. В 1925 г. немецкий физик Вольфганг Паули (1900-1958) для объяснения дублетных спектров щелочных металлов сделал предположение о двузначности свойств излучавшего электрона, а американский физик Р. Крониг в том же году связал двузначность с собственным вращательным моментом электрона и соответствующим магнитным моментом. Однако гипотезу о собственном вращении электрона Паули вначале не принял. В том же году Уленбек и Гаудсмит пришли к аналогичному заключению о наличии собственного вращения электрона.

Еще в 1923 г. Штерн и Герлах, пропуская пучок атомов серебра через сильное магнитное поле получили его расщепление на два пучка. Их опыт стал впоследствии истолковываться как прямое доказательство спина электрона. Одновременно с двузначностью Паули высказал предположение о правилах заполнения электронных оболочек (правило 4-х квантовых чисел - принцип Паули), что давало возможность объяснить периодическую систему элементов. Однако рассчитать даже такой простой атом, как атом гелия было еще нельзя. Казалось, физика снова зашла в тупик, в связи с чем В.Паули писал: “...во всяком случае, для меня она (физика- А.Р.) слишком трудна, и я предпочел бы быть комиком в кино или кем-нибудь вроде этого и не слышать ничего о физике”.