Екзаменаційний білет № 22

1. Зовнішній фотоефект

Фотоэлектрический эффект (фотоэффект) – явление взаимодействия света с веществом, при котором энергия излучения передаётся его электронам. Если явление сопровождается выходом электронов за пределы вещества, фотоэффект называют внешним.

Внешний фотоэффект был открыт в 1887 году немецким физиком Г.Герцем, однако его экспериментальные исследования были выполнены русским учёным А.Г.Столетовым, немецким физиком В.Гальваксом и итальянским учёным А.Риги. Именно он и назвал явление фотоэффектом.

Законы внешнего фотоэффекта были установлены А.Г.Столетовым с помощью экспериментальной установки (см. рисунок). В стеклянный баллон, из которого выкачан воздух, впаивались два электрода. Через окошко из кварца, прозрачного для ультрафиолета, свет падает на катод К, изготовленный из цинка. Выбиваемые из него электроны под действием электрического поля устремлялись к аноду А, создавая в цепи ток. Его характеристики можно было менять с помощью потенциометра, а также измерять с помощью вольтметра и миллиамперметра. В результате опытов выяснилось, что испущенный телом заряд пропорционален поглощённой им световой энергии, а наибольшая сила тока возникает при коротковолновом излучении. Кроме того, существует так называемая «красная граница» фотоэффекта, то есть максимальная длина волны света, после превышения которой фотоэффект перестаёт наблюдаться.

В 1888 г. А.Риги выяснил, что внешний фотоэффект наблюдается в разнообразных твёрдых телах: металлах, полупроводниках, диэлектриках, а также в газах на отдельных атомах и молекулах.

2. Правила зміщення

Обнаружено, что в природе существует три вида радиоактивности: α, β, γ.  Альфа–частицы – поток ядер гелия (обозначение: или  ), вылетающих со скоростью порядка   из ядра. Бета–распад бывает отрицательный и положительный. Гамма–распад (жесткое коротковолновое излучение) может сопровождать α– и β– распады. Гамма–излучение – основная форма уменьшения энергии возбужденных продуктов радиоактивного превращения. Распавшееся ядро называется материнским, а образовавшееся – дочерним. Дочернее ядро может оказаться в возбужденном состоянии, и тогда его переход в основное состояние сопровождается испусканием гамма – кванта.

Правила смещения при радиоактивных распадах позволяют определить, какой новый изотоп возникнет в результате распада.

Альфа – распад. 

Для  альфа–распада ^ZX_A = ^Z-2Y_A-4  + ²α₄.

Альфа–распад характерен для тяжелых ядер с массовыми числами более 200 и зарядовыми числами более 82. В таких ядрах происходит образование при некоторых энергиях обособленных альфа–частиц, состоящих из двух протонов и двух нейтронов. Энергия образовавшейся альфа–частицы меньше, чем высота потенциального барьера и преодолевает она его, просачиваясь через барьер. Такое поведение частицы называется «туннельным эффектом».

Бета–распад.  Для бета–распада ^ZX_A  = ^ZY_A + ^–1e₀ + ⁰ν_0.

Современная теория бета–распада основана на теории, разработанной Энрико Ферми в 1931 году. Он предположил, что протон или нейтрон могут испускать пару электрон – антинейтрино или позитрон –нейтрино,в сущности, по тому же механизму, что и при испускании фотона. Пара рождается за счет слабого взаимодействия подобно тому, как фотон рождается за счет электромагнитного взаимодействия. До того, как происходит бета–распад, в ядре нет ни электрона, ни нейтрино. Превращение нейтрона   называется бета–отрицательным распадом (проходит в природных условиях).

Превращение типа   – бета–положительный распад (чаще всего происходит в искусственных лабораторных условиях).

Гамма – распад.

Гамма – излучение – коротковолновое электромагнитное излучение, испускаемое атомным ядром при его переходе из возбужденного состояния с энергией   в основное или менее возбужденное состояние с энергией  . Энергия излучаемого гамма–кванта равна  . Гамма – излучение не является самостоятельным, оно сопровождает другие виды распадов (α–  и  β–), испускается дочерними ядрами, которые в момент своего образования оказались возбужденными. Время жизни атомного ядра в возбужденном состоянии значительно меньше времени жизни атома в возбужденном состоянии, которое ~ .

Задача. Яке ядро отримаємо, якщо з ядра радія-226 вилітає α - частинка?