6. Ускорители
Богатый событиями в ядерной физике 1932 г. ознаменовался и другими важными достижениями в этой области. Главнейшим из этих достижений было расщепление ядра лития искусственно ускоренными протонами. Еще в 1922 г. Резерфорд , сравнивая ядра с хорошо защищенной крепостью, указывал, что «лишь α-частицы, как наиболее концентрированные источники энергии, являются наиболее подходящими для нападения на эти хорошо защищенные сооружения».
Частицы ускоряемые на Серпуховском ускорителе, обладают энергией, в тысячи раз большей, чем та о которой мечтал Резерфорд. Путь к получению частиц высокой энергии начался в 30-х годах. Именно тогда начали разрабатывать ускорители заряженных частиц. Уже в 1928 г. с помощью последовательно соединенных трансформаторных обмоток удалось получить напряжение 750 кВ. В 1931 г. Ван-де-Грааф построил электростатический ускоритель, позволяющий ускорить ионы до нескольких миллионов электрон-вольт. В 1930 г. в Кембридже Кокрофт и Уолтон, применяя каскадный метод увеличения напряжения, получили водородные ионы, ускоренные до нескольких сот киловольт. В 1932 г., направляя усиленные таким образом ионы на литиевую мишень, они осуществили расщепление ядра лития на два ядра гелия. Ядра гелия разлетелись с энергией около 8,5 МэВ. Это была первая ядерная реакция, осуществленная на ускорителе. Авторы первой ядерной реакции Джон Кокрофт и Э.Уолтон были удостоены в 1951 г. Нобелевской премии.
В 1931 г. Слоан и Лоуренс построили линейный ускоритель ионов, в котором ионы, проходя через ряд цилиндров увеличивающейся длины, ускорялись высокочастотным напряжением. Но особенно важным для развития ядерной физики было создание циклического ускорителя – циклотрона. Принцип циклотрона был предложен Лоуренсом и Эдлефсеном в 1930 г. В 1932 г. под руководством Лоуренса был построен циклотрон с диаметром 28 см., ускоряющий протоны до 1,2 МэВ. В 1939 г. Лоуренс за изобретение циклотрона был удостоен Нобелевской премии.
Проблемы ядра обсуждались на седьмом Сольвеевском конгрессе, состоявшемся в октябре 1933 г. Конгресс был очень представительным, председательствовал П.Ланжевен. В работе конгресса принимали участие Э.Резерфорд, Н.Бор, М.Склодовская-Кюри, Дж.Чедвик, П.Блэккет, Дж.Кокрофт, В.Боте, В.Гейзенберг, Э.Шредингер, В.Паули, Э.Ферми, Луи де Бройль, П.Дирак и другие физики. От советских ученых в конгрессе принимал участие А.Ф.Иоффе. На конгрессе большое место заняли выступления сотрудников Кавендишской лаборатории во главе с Резерфордом. Кокфорд доложил об опытах по расщеплению ядер лития ускоренными протонами, Чедвик сделал доклад об открытии нейтрона, об открытии нейтрона говорили также Ф.Жолио и И.Кюри, Блэккет рассказал об открытии позитрона, Лоуренс доложил об опытах с циклотроном, Гейзенберг - о протонно-нейтронной модели ядра.
Период протонно-электронной модели ядра кончился, начался новый плодотворный период в развитии ядерной физики, проходивший под знаком протонно-нейтронной модели ядра.
?? Вопросы на закрепление темы:
1. Открытие изотопов.
2. Расщеплени е ядра.
3. История открытия нейтрона.
4. Протонно-нейтронная модель ядра.
5. Модель атомного ядра по Иваненко.
6. Исследования В.Гесса по изучению космического пространства.
7. Метод Скобельцына по изучению космических лучей.
8. Открытие позитрона.
9. Ускорители и их виды.
10. Изобретение циклотрона.
11. Проблемы ядра рассмотренные на 7-ом Сольвеевском конгрессе.
Тесты по теме лекции
1. Автор первого масс-спектрографа
А. Р.Милликен В. Ф.Астон С. Э.Резерфорд Д. Г.Беккер
2. Что такое «кварки»?
А.Частицы, имеющие только положительный заряд
В. Частицы, имеющие только отрицательный заряд
С. Частицы, обладающие дробным зарядом
Д. Нет правильного ответа
3. Открытие сделанное Э.Резерфордом в Кавендишской лаборатории в 1919 г.
А. Открытие изотопов стабильных элементов
В. Искусственное расщепление ядра
С. Измерение элементарного заряда
Д. Выдвижение гипотезы «кварков»
4. Во сколько раз увеличивается скорость ядра водорода при столкновении с α-частицей?
А. В 1,2 р. В. В 1,8 р. С. В 2,5 р. Д. В 1,6 р.
5. Кем была написана статья «Столкновение α-частиц с легкими атомами»?
А. Резерфордом В. Марсденом С. Чедвиком Д. Беккером
6. Какой термин предложил Резерфорд длы одной из составныз частей ядра?
А. Электрон В. Протон С. Позитрон Д. Нейтрон
7. Ученые, обнаружившие сильнопроникающее излучение берилия
А. В.Боте и Г.Беккер В. И.Кюри С. Ф.Жолио Д. Все ответы верны
8. Как Чедвик назвал частицу с массой протона, но с нулевым зарядом?
А. Фотон В. Нейтрон С. Протон Д. Электрон
9. И. и Ф. Жолио-Кюри установили испускание нейтронов ядрами...
А. аргона В. натрия С. алюминия Д. Все ответы верны
10. Какие элементарные частицы были известны до 1932 г.?
А. Электроны В. Протоны С. Фотоны Д. Все ответы верны
11. Кто впервые высказал предположение, что нейтрон наряду с протоном является структурным элементом ядра?
А. Д.Д.Иваненко В. Дирак С. Гейзенберг Д. Милликен
12. Сторонники протонно-нейтронной модели ядра
А. Гейзенберг, Резерфорд
В. Дирак, Резерфорд
С. Гейзенберг, Дирак
Д. Все ответы верны
13. 1933 г. в Ленинграде состоялась конференция по ...
А. атомному ядру В. строению атома С. проблемам закона сохранения энергии Д. вопросу характеристических ядерных чисел
14. Докладчики конференции по атомному ядру 1933 года
А. Ф.Жолио, П.Дирак, Ф.Перрен, Д.Д.Иваненко
В. М.Скодовская-Кюри, Д.Д.Иваненко, Гейзенберг
С. Ф.Жолио, Милликен, Л.В.Мысовский, П.Дирак
Д. Все ответы верны
15. За какое открытие получил Нобелевскую премию австрийский физик В.Гесс?
А. За открытие элементарной частицы -нейтрон
В. За открытие космических лучей
С. За открытие протонно-нейтронной модели ядра
Д. Все ответы не верны
16. Ученый, исследовавший космические лучи с помощью камеры Вильсона, помещенной в магнитное поле
А. Л.В.Скобельцын В. В.Гесс С. Л.В.Мысовский Д. Милликен
17. Кто открыл позитрон?
А. П.Дирак В. Милликен С. К.Андерсон Д. В.Гесс
18. Теория, предсказавшая сушествование по и других античастиц
А.Теория неопределенности В.Теория Дирака С.Теория Гейзенберга Д. Все ответы не верны
19. В каком году произошло расщепление ядра лития искусственно ускоренными протонами?
А. В 1930 г. В. В 1932 г. С. 1922 г. Д. В 1935 г.
20. Кто в 1931 г. построил первый электростатический ускоритель?
А. Ван-де-Грааф В. Э.Уолтон С. Кокрофт Д. Слоан
21. Авторы первой атомной реыкции, лауреаты Нобелевской премии
А. Дж.Кокрофт и Э.Уолтон В.Слоан и Лоуренс С. Слоан и Э.Уолтон Д. Нет правильного ответа
22. Лауреат Нобелевской премии, построевший циклотрон
А. Эдлефсен В. Уолтон С. Лоуренс Д. Слоан
23. В каком году состоялся 7-ой Сольвеевский конгесс, посвященный проблемам ядра
А. В 1930 г. В. В 1935 г. С. В 1933 г. Д. В 1939 г.
Лекция №14
Тема лекции: Развитие ядерной физики (продолжение)
План лекции
1. Искусственная радиоактивность
2. Опыты Ферми
3. Теория β-распада Ферми
4. Открытие ядерной изомерии
5. Деление урана
6. Осуществление цепной реакции деления ядер.
1. Искусственная радиоактивность
Новый период в развитии ядерной физики начался фундаментальными открытиями. 15 января 1934 г. на заседании Парижской Академии наук Фредерик Жолио и Ирен Кюри сообщили об открытии ими нового вида радиоактивности. Они писали – «Нам удалось доказать методом камеры Вильсона, что некоторые легкие элементы (берилий, бор, алюминий) испускают положительные электроны при бомбардировке их α-частицами полония. Испускание положительных электронов некоторыми легкими элементами, подвергнутыми облучению α-лучами полония, продолжается в течение некоторого более или менее продолжительного времени после удаления источника α-лучей. В случае бора, например, это время достигает получаса». Ф.Жолио и И.Кюри, исследуя это явление, показали, что в этом случае возникает новый этап радиоактивности, сопровождаемый испусканием положительных электронов.
Это было открытие огромной важности. Радиоактивность, которая была присуща некоторым элементам, не могла быть ни вызвана, ни уничтожена, ни как-либо изменена человеком. Супруги Жолио-Кюри впервые искусственно вызвали радиоактивность, создав новые радиоактивные изотопы, не наблюдаемые до этого в природе. Явление, открытое Жолио-Кюри, получила название «искусственная радиоактивность».
Шведская Академия наук оценила принципиальную важность открытия супругов Жолио-Кюри и присудила им в 1935 г. Нобелевскую премию по химии.
Фредерик Жолио, принявший позже фамилию Жолио-Кюри, родился 19 марта 1900 г. в семье скобяного мастера Анри Жолио, участника Парижской Коммуны. С 1908 по 1917 г. он учился в лицее Лаканаль. Чтобы пополнить знания в области точных наук (лицей Лаканаль был школой гуманитарного типа), Жолио поступил в лицей Лавуазье. Окончив его в 1919 г. первым учеником, он поступил в Парижскую школу физики и химии, где когда-то был профессором Пьер Кюри. По окончании школы Фредерик Жолио работал инженером-практиком на сталелитейных заводах. Потом он был призван в армию и поступил в артиллериискую школу в Пуатье. По окончании училища новоиспеченный суб-лейтенант по рекомендации Ланжевена поступил в препараторы к Марии Кюри в Институт радия. Здесь он встретился со своей будущей женой, дочерью Пьера и Марии Кюри, Ирен. Брак Ирен Кюри и Фредерика Жолио был зарегистрирован 4 октября 1926 г. С тех пор начался их совместный научный и жизненный путь.
Ирен Кюри была старше Фредерика Жолио, она родилась 12 сентября 1897 г. Она закончила Парижский университет в 1920 г. и начала работать в лаборатории матери. К моменту, когда Фредерик поступил препаратором в Институт радия (1925 г.) Ирен Кюри защитила докторскую диссертацию. Фредерик Жолио-Кюри защитил докторскую диссертацию в 1930 г. В 1937 г. он стал профессором ядерной химии в Колледж де Франс, а через 10 лет после смерти Ланжевена – профессором экспериментальной физики. Ирен после смерти матери в 1934 г. стала ее преемницей на кафедре физики в Парижском университете. В военные годы Фредерик и Ирен Жолио-Кюри были активными участниками движения Сопротивления, а послевоенные годы активными борцами за мир. В 1942 г., в трудный год войны, Фредерик Жолио-Кюри вступил в Коммунистическую партию Франции. Он с 1949 г. до самой смерти возглавлял Всемирный Совет Мира, был организатором движения сторонников мира. Ирен Жолио-Кюри была членом Всемирного Совета Мира, участником конгрессов сторонников мира.
Под руководством Фредерика Жолио-Кюри 15 декабря 1948 г. был пущен первый французский ядерный реактор. Сам Жолио-Кюри до 1950 г. занимал пост Верховного комиссара по атомной энергии Франции. Ирен Жолио-Кюри умерла 17 марта 1956 г. от лучевой болезни. В мае 1958 г. Ф.Жолио-Кюри последний раз посетил СССР, встретился со своими друзьями И.В.Курчатовым, Д.В.Скобельцыным и другими советскими физиками, верным другом которых он был всю свою жизнь. Умер Ф.Жолио-Кюри 14 августа 1958 г.