Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика

Гл. XXIII. Радиоактивность

531

так как скорость этих частиц неизвестна. Для частиц с неиз-

вестной скоростью опыт по отклонению в магнитном поле не

позволяет определить и массу и скорость, но дает лишь некото-

Рис. 386. Схема опыта по измерению заряда

α

- и

β

-частиц: а) Изме-

рение заряда, переносимого пучком частиц; б) счет числа проходящих

частиц. 1 — радиоактивный источник, 2 — диафрагма, 3 — собираю-

щий цилиндр, 4 — электрометр, 5 — счетчик частиц

рое соотношение между ними. Другое такое соотношение может

быть получено, если произвести дополнительный опыт по откло-

нению частицы в э л е к т р и ч е с к о м п о л е. Располагая дву-

мя соотношениями, связывающими массу и скорость частицы,

нетрудно определить каждую из этих величин в отдельности.

О пыт

по

о д н о в р е м е н н о м у о п р е д е л е н и ю м а с с ы

и с к о р о с т и заряженных частиц может быть поставлен следующим

образом (рис. 387). Пучок частиц от радиоактивного источника 1

попадает в узкий зазор между пластинами конденсатора 3, изогнутыми

по дуге окружности радиуса

ρ

. Сквозь зазор, в котором действует

электрическое поле

E

, пройдут только те частицы, масса и скорость

которых таковы, что под действием этого поля их траектория

будет окружностью радиуса

ρ

.

Для этих

частиц необходимое

центростремительное ускорение

v

2

/ρ

создает электрическая сила

qE

.

Таким образом,

mv

2

/ρ = qE.

(214.1)

Из конденсатора частицы через щель 4 попадают в однородное

магнитное поле

B

, линии которого перпендикулярны к плоскости чер-

тежа. Описав в магнитном поле полуокружность, частицы попадают на

фотопластинку 5 в точке

D

. После проявления место попадания ча-

532

Гл. XXIII. Радиоактивность

стиц обнаруживается в виде темной полоски. Измеряя расстояние

AD

,

находят радиус траектории частицы в магнитном поле. Этот радиус

r

связан со скоростью и массой частицы соотношением (198.1)

r = mv/qB.

Решая это уравнение и (214.1) относительно

v

и

m

, нетрудно получить

v =

ρE

rB

,

m =

qr

2

B

2

ρE

.

Рис. 387. Схема одновременного измерения скорости и массы заряжен-

ных частиц: 1 — радиоактивный препарат; 2 — экран со щелью; 3 —

конденсатор; 4 — диафрагма со щелью; 5 — фотопластинка; 6 — полюс

магнита. Весь прибор помещен в эвакуированный сосуд, не указанный

на рисунке

Измерения, принцип которых указан выше, приводят к сле-

дующим результатам. Масса β-частицы совпадает с массой элек-

трона

1

). Заряд β-частицы также совпадает с зарядом электрона.

Мы приходим к выводу, что β

-частицы есть не что иное, как

быстрые электроны, вылетающие из атомов радиоактивного ве-

щества. Скорости β-частиц огромны и доходят до 0,99 скорости

света. Соответственно энергия β-частиц доходит до нескольких

мегаэлектронвольт.

1

) Более точно результат опыта по измерению массы β-частиц следует

сформулировать так: электрон и β-частица р а в н о й с к о р о с т и обладают

равной массой или: м а с с ы п о к о я электрона и β-частицы равны. В случае

α-частиц эта оговорка несущественна, так как скорость α-частиц мала по

сравнению со скоростью света и измеряемая в опыте масса практически равна

массе покоя α-частицы.

Гл. XXIII. Радиоактивность

533

Масса α-частиц оказывается равной 4 а. е. м. Массой

4 а. е. м. и зарядом +2e обладает ядро атома г е л и я.

Если α-частицы представляют собой ядра гелия, то замед-

лившиеся α-частицы должны присоединять к себе электроны

и образовывать атомы гелия. Такое явление наблюдал Резерфорд.

Он заключил радиоактивное вещество в стеклянную ампулу со

стенками настолько тонкими, что все испускавшиеся препаратом

α-частицы выходили наружу. Ампула была помещена в толстый

сосуд большего объема. Через несколько дней при помощи спек-

трального анализа было обнаружено во внешнем сосуде присут-

ствие гелия.

Опыт Резерфорда неопровержимо доказал, что α-частицы

являются быстродвижущимися ядрами гелия. Скорости α-час-

тиц значительно меньше скоростей β-частиц и лежат в преде-

лах 10 000–20 000 км/с. Кинетическая энергия α-частиц велика:

4–10 МэВ.

В результате столкновений с атомами среды энергия радио-

активного излучения превращается в конечном счете в тепло.

Тепловое действие радиоактивного излучения легко обнаружива-

ется калориметрическими опытами.

жүктеу/скачать 6,71 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: