Ядерная физика - Курс лекций МГУ / ядернаяфизика_01

АтомТомсона

В 1987 г. Д. Томсон, изучая характеристики газового разряда, показал, что катодные лучи, образующиеся в разрядной трубке, состоят из отрицательно заряженных частиц вещества. Отклоняя катодные лучи в электрических и магнитных полях, он определил отношение заряда к массе этих частиц.

me = 6,7 1017 ед. СГСЭ/г; (современное значение: 5, 27 1017 ед. СГСЭ/г)

Он показал, что катодные лучи представляют собой поток более лёгких, чем атомы, частиц и не зависят от состава газа. Эти частицы были названы электронами. Открытие электрона и установление того факта, что все атомы содержат электроны, явилось важной информацией о внутреннем строении атома.

В 1906 г. Томсон предложил модель, в которой электрически нейтральный атом состоит из положительно заряженного однородного шара, внутри которого в определенных равновесных положениях находится Z электронов. Так как электроны обладают отрицательными зарядами, а сами атомы являются электрически нейтральными системами, каждый атом должен содержать достаточное количество положительно заряженного вещества, чтобы скомпенсировать отрицательный заряд электрона. Размер атома ~10–8 см.

Модель Томсона просуществовала до 1911 г., когда она была подвергнута серьезной проверке в экспериментах, выполненных Э. Резерфордом и его двумя учениками Гейгером и Марсденом.

1896

Открытие

радиоактивности

Анри

Беккерель

Antoine Henri Becquerel

(1852 – 1908)

Нобелевская премия по физике

1903 г. - А. Беккерель За открытие радиоактивности

Открытиерадиоактивности

Флюоресценция – видимое свечение некоторых веществ в результате облучения их солнечным ультрафиолетом. А. Беккереля заинтересовал вопрос, имеется ли в спектре флюоресценции уранила сульфата калия рентгеновские лучи.

Он помещал образец исходного соединения на фотопластинку, завернутую в черную непрозрачную для света бумагу и затем выставлял их на солнце. Беккерель получил положительный результат. Действительно, пластинки темнели. Однако, благодаря случайному стечению обстоятельств, он сделал для себя неожиданное открытие. В ожидании очередного солнечного дня он положил фотопластинки вместе с образцом урановой соли в ящик своего письменного стола. Через несколько дней он решил перед очередными опытами проверить качество пластинок и обнаружил на них отпечатки урановой соли. Пластинки почернели без всякого облучения на солнце. Беккерель предположил, и опыты это быстро подтвердили, что неизвестное излучение испускает уран. Это излучение происходит без всякого предварительного облучения на солнце. Так было открыто явление радиоактивности.

Э. Резерфорд

1911 Атомноеядро

α+19779 Au → α+19779 Au

Нобелевская премия по химии 1908 г. - Э. Резерфорд

За исследования по превращению элементов и за химические исследования радиоактивных веществ.

Атомноеядро

Прямые экспериментальные исследования строения атома были выполнены в 1911 году Гейгером и Марсденом в лаборатории Э. Резерфордом. Изучалось рассеяние α-частиц при прохождении через

тонкую фольгу. Дифференциальное сечение упругого рассеяния нерелятивистской заряженной частицы в кулоновском поле ядра-мишени описывается формулой Резерфорда

положительный заряд атома сосредоточен в пространственной области размером меньше 10-12 см. Это явилось основанием для планетарной модели атома Резерфорда, согласно которой атом состоит из тяжелого положительно заряженного атомного ядра с радиусом меньше 10-12 см и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов. Размер атома определяется размерами его электронной оболочки и составляет ~10-8 см, что в десятки тысяч раз превышает размер атомного ядра. Несмотря на то, что атомное ядро занимает лишь небольшую часть объема атома, в нем сосредоточено 99,98% его массы.

Рассеяние α-частиц

Схема прибора, с помощью которого Резерфорд исследовал рассеяние альфа-частиц

Пример

α-частица (Z1 = 2) с кинетической энергией 5 МэВ испытывает лобовое столкновение

с ядром золота (Z2=79). Рассчитать расстояние максимального сближения α-частицы с ядром золота.

______________

На расстоянии максимального сближения

α-частицы с ядром золота, ее кинетическая

энергия Е полностью превращается в потенциальную энергию кулоновского

отталкивания.

E = (Z1eZ2e)/(R)

= 5 10−12 см

Размерыатомов, ядер

Измерения рассеяния α -частиц на тонкой

золотой фольге, выполненное Гейгером и Марсденом в лаборатории Резерфорда, показали, что атомы состоят из ядер, имеющих очень маленькие размеры

~ 10−12 см, и окружены электронами. Размер атома ~ 10−8 см.

Сечениереакции σ

ичислособытий N

Сечение реакции характеризует вероятность процесса. В эксперименте обычно измеряется

вылетевших из мишени в единицу времени под углами θ , ϕ в элемент телесного угла dΩ.

N= j n l s σ

•N – число событий в секунду.

•j – поток частиц а через 1 см2 поверхности

мишени.

•n – число частиц b в 1 см3 мишени.

•s – площадь мишени в см2

•σ – сечение реакции