Кем были открыты атомные ядра: Кем были открыты атомные ядра?…

Содержание

Контрольная работа по химии на тему «Строение атома» (10 класс)

10 класс

Контрольная работа 1 по теме Строение атома

Вариант 1

Часть А

  1. (2балла) Электроны были открыты :

А. Н.Бором В. Дж. Томсоном

Б. Э. Резерфордом Г. Д. Чедвигом

  1. (2балла) Порядковый номер элемента в периодической системе определяется:

А.Зарядом ядра атома

Б. Числом электронов в наружном слое атома

В. Число электронных слоев в атоме

Г.Числом нейтронов в атоме

  1. (2балла) Общий запас энергии электронов в атоме характеризует :

А.Главное квантовое число

Б.Магнитное квантовое число

В.Орбитальное квантовое число

Г.Спиновое квантовое число

  1. (2балла) Пара элементов , имеющих сходное строение внешнего энергетического уровня:

А.

B и Si, Б.S и Si, В. K и Ca, Г.Cr и Fe

  1. (2балла) s-Элементом является:

А.Барий, В.Галлий

Б.Америций Г.Ванадий

  1. (2балла)Электронная конфигурация …3d 6 4s 2 соответствует элементу:

A.Аргону В.Криптону

Б.Железу Г.Рутению

  1. (2балла) Амфотерным гидроксидом является вещество, формула которого:

А.Be(OH)2 В.H2SiO3

Б. Mg(OH)2 Г.Ba(OH)2

  1. (2балла)Ряд элементов, расположенных в порядке усиления металлических свойств:

А.Sr—Rb—K В.Na—K— Ca

Б. Be—Li—K Г.Al—Mg—Be

  1. (2балла) Элемент с электронной формулой 1s22s22p63s23p3oброзует высший оксид, соответствуюший формуле:

А. Э2О Б. Э2

О3 В.ЭО2 Г.Э2О5

  1. (2балла)Изотоп железа, в ядре которого содержится 28 нейтрона , обазначают:

54 56 57 58

А. 26 Fe Б. 26 Fe В. 26 Fe Г. 26 Fe

  1. (9балла) Установите соответствие.

Элемент:

I.Бериллий II. Натрий III. Хлор IV. Азот

Электронная формула:

А. 1s22s2 В. 1s22s22p63s1

Б. 1s22s22p3 Г. 1s22s22p63s23p5

Формула высшего оксида:

1.Э2О 2.ЭО 3. Э2О3 4. Э2О7

Формула высшего гидроксида:

а.ЭОН б.Э(ОН)2 в. НЭО

3 г. НЭО4

Часть Б

  1. (3балла) На основании положения в Периодической системе расположите элементы в порядке усиливание восстановительных свойств. : бериллий, бор, магний натрий—Обясните ответ.

  2. (6балла)Как и почему в Периодической системе изменяются неметаллические свойства?

А. В пределах периода

Б. В пределах главной подгруппы

  1. (7балла)Составьте электронную формулу элемента с порядковым номером 31 в периодической системе . Сделайте вывод о принадлежности этого элемента к металлам или неметаллам. Запишите формулы его высшего оксида и гидроксида, укажите их характер.

  2. (5балла)Какие химические свойства характерны для оксида элеманта 2-го периода, главной подгруппы I группы Периодической системы? Ответ подтвердите , написав уравнения реакций.

10 класс

Контрольные работа 1 по теме Строение атома

Вариант 2

Часть А

  1. (2балла)Атомные ядра были открыты:

А. Д. Менделеевым В. Дж. Томсоном

Б. Э. Резерфордом Г. Д. Чедвигом

  1. (2балла)Номер периода в Периодической системе определяется:

А.Зарядом ядра атома

Б. Числом электронов в наружном слое атома

В. Число электронных слоев в атоме

Г.Числом электронов в атоме

  1. (2балла)Форму электронных орбиталей характеризует:

А.Главное квантовое число

Б.Магнитное квантовое число

В.Орбитальное квантовое число

Г.Спиновое квантовое число

  1. (2балла) Пара элементов , имеющих сходное строение внешнего энергетического уровня:

А. S и Cl Б. Be и B В. Kr и Xe Г. Mo и Se

  1. (2балла) p-Элементом является:

А. Скандий В. Мышьяк

Б. Барий Г. Гелий

  1. (2балла)Электронная конфигурация …3d 10 4s 2 соответствует элементу:

А. Кальцию В. Кадмию

Б. Криптону Г. Цинку

  1. (2балла) Амфотерным гидроксидом является вещество, формула которого:

А.Zn(OH)2 В. Ca(OH)2

Б. Mg(OH)2 Г. Cr(OH)2

  1. (2балла)Ряд элементов, расположенных в порядке усиления металлических свойств:

A. Mg—Ca—Zn B.Sr—Rb—K

Б. Al—Mg—Ca Г. Ge—Si—Sb

  1. (2балла) Элемент с электронной формулой 1s22s22p63s23p63d104s24p1

    oброзует высший оксид, соответствуюший формуле:

A.Э 2О Б. Э2О3 В.ЭО2 Г. ЭО3

  1. (2балла)Изотоп кальции, в ядре которого содержится 22 нейтрона , обазначают:

40 42 44 48

А. 20 Ca Б. 20 Ca В. 20 Ca Г. 20 Ca

  1. (9балла) Установите соответствие.

Элемент:

I.Aлюминий II. Калий III. Селен IV. Магний

Электронная формула:

А. 1s22s2 2p63s23p1 В. 1s22s22p63s23p63d104s24p4

Б. 1s22s22p6 3s2 Г. 1s22s22p63s23p6

4s1

Формула высшего оксида:

1.Э2О 2. Э2О3 3. ЭО 4. ЭО3

Формула высшего гидроксида:

а.ЭОН б.Э(ОН)2 в. Э(ОН)3 г. Н 2ЭО4

Часть Б

Задание со свободным ответом

  1. (3балла) На основании положения в Периодической системе расположите элементы :германий, мыщьяк, сера, фосфор—в порядке убывания окислительных свойств. Обясните ответ.

  1. (6балла)Как и почему в Периодической системе изменяются металлические свойства?

А.В пределах периода

Б. В пределах главной подгруппы

14.(7балла)Составьте электронную формулу элемента с порядковым номером 30 в периодической системе . Сделайте вывод о принадлежности этого элемента к металлам или неметаллам. Запишите формулы его высшего оксида и гидроксида, укажите их характер.

15.(5балла)Какие химические свойства характерны для высщего оксида элеманта 3-го периода, главной подгруппы VI группы Периодической системы? Ответ подтвердите , написав уравнения реакций

Вариант1

Вариант2

баллов

1.В

1.Б

2

2.А

2.В

2

3.А

3.В

2

4.Г

4.В

2

5.А

5.В

2

6.Б

6.Г

2

7.А

7.А

2

8.Б

8.Б

2

9.Г

9.Б

2

10.А

10.Б

2

11. IА2б

IIВ1а

IIIГ4г

IVБ3в

11.IA2в

IIГ1a

IIIB4г

IVБ3б

9

12.B-Be-Mg-Na

12. S-P-As-Ge

3

13. A.В пределах периода неметалические свойства с лева на право усиливаются,потому что размеры атомов уменьшаются сило притяжения электронов к ядре увеличивается.

Б. В пределах главной подгруппы неметалические свойства уменьшаются потому что размеры атомов

увеличиваются, взоимодействие ядра с электронами уменшается,атом легче отдает электроны чем принимает.

13.A.В пределах периода металические свойства с лева на право уменьшаются,потому что размеры атомов уменьшаются сило притяжения электронов к ядре увеличивается.

Б.В пределах главной подгруппы усиливаются потому что размеры атомов

увеличиваются, взоимодействие ядра с электронами уменшается,атом легче отдает электроны.

6

14.Ga 3s23p63d104s24p1

металл

Ga2O3 амфотерный

Ga(OH)3 амфотерный

14.Zn 4s23d10

металл

ZnO амфотерный

Zn(OH)2 амфотерный

7

15.Li2O oсновной оксид

Li2O+H2O=LiOH

Li2O+2HCl=2LiCl+H2O

Li2O+SO3=Li2SO4

15. SO3кислотный оксид

SO3+H2O=H2SO3

SO3+2NaOH=Na2SO4+H2O

SO3+Na2O=Na2SO4

5

0-17 баллов—<2> (0-30%)

18-30баллов—<3>(36-61%)

31-43баллов—<4>

44-50баллов—<5>

45-50 баллов————- «5»

35-44баллов—————«4»

25-34баллов—————«3»

До 24баллов—————«2»

16.4. Первые ядерные реакции. Открытие нейтрона

16.4. Первые ядерные реакции. Открытие нейтрона

Радиоактивность, являясь свойством радиоактивных атомов, не зависит от их химических свойств и связи с другими атомами и не подвержена влиянию различных внешних факторов независимо от их количества и качества. Исследования радиоактивности подобны исследованиям в астрономии, фиксирующим параметры свойств явления.

Ионизирующее действие излучений радиоактивных атомов позволило установить природу излучения и тип частиц с помощью воздействия на излучения электрических и магнитных полей на основе созданной Томсоном и Резерфордом теории ионизации (1897–1899 гг.). Для проведения различных экспериментов начинают использовать радиоактивные атомы как источники излучений. В основном это источникиα-частиц, испускаемых радием и полонием. Проблемой их использования была малая интенсивность излучения, так как количество радия и полония было небольшим и эти вещества находились в различных лабораториях.

В 1906 г. при изучении прохожденияα-частиц через тонкие слои материалов Э. Резерфорд установил, что они рассеиваются атомами этих материалов. Это было первым исследованием ядерного взаимодействия – упругого рассеяния. На основании этого эксперимента был сделан вывод о положительном заряде ядра атома. Аналогичные эксперименты были продолжены в 1908 г. Гейгером и Марденом с тонкими фольгами из золота и других металлов.

В 1919 г. Э. Резерфорд подвергает облучениюα-частицами азот и обнаруживает его превращение в изотоп кислорода с массой 17 и атом водорода (т.е. протон, ион атома водорода):

147N +2He   >178O +1H.

Таким образом, впервые было осуществлено искусственное превращение элементов.

Положительный заряд ядра атома создает вокруг себя сильный потенциал: ядро окружено, образно говоря, потенциальным барьером. Для преодоления этого барьера изнутри или снаружи частица должна обладать определенной энергией. Энергия вылетающей из ядра атомаα-частицы при его радиоактивном распаде была измерена еще в начале ХХ века. Наиболее быстрыеα-частицы, испускаемые радиоактивными веществами, имеют энергию не более 8 МэВ. В 1925 г. наиболее мощные индукционные катушки, используемые для получения рентгеновских лучей, давали разность потенциалов 100000 В. Это означает, что ускоренный в поле такой катушки электрон или протон мог иметь энергию не выше 100000 эВ (или 0,1 МэВ), т. е. намного меньше энергииα-частиц. Сформулированная Г.А. Гамовым в 1928 году теория туннелированияα-частиц зародила надежду: она предсказывала, что протоны с энергией 1 МэВ будут иметь такую же эффективность, какα-частицы с энергией 32 МэВ. Гамов в созданной им теории показал, что волновая природа частиц позволяет им преодолевать потенциальный барьер («туннельный эффект»). Теория предсказывает, что при одинаковой энергии бомбардирующих частиц вероятность проникнуть через потенциальный барьер ядра атома тем больше, чем меньше масса частицы.

Для ускорения протонов необходимо было увеличить достигнутые напряжения в 5–7 раз. Теория Гамова дала стимул для получения искусственно ускоренных частиц. В этой области работали многие ученые, но наилучших результатов достигли Ван де Грааф и Кокрофт и Уолтон. В 1932 г. в лаборатории Э. Резерфорда Кокрофт и Уолтон создали установку на 700000 В. Это напряжение было приложено к ускоряющей трубке и получен ток протонов в 100 мкА (≈1015 протонов/с) с энергией 0,7 МэВ. В том же 1932 г. Лоуренс в США создал циклотрон, позволивший получить протоны с энергией 1,25 МэВ. В мае 1932 г. Кокрофт и Уолтон в лаборатории Резерфорда и в октябре 1932 года Синельников, Вальтер, Лейпунский и Латышев в Харькове в Украинском физико-техническом институте (УФТИ) на электростатическом ускорителе типа генератора Ван де Граафа подвергли бомбардировке протонами литий и расщепили его ядро на двеα-частицы:

 

Группа сотрудников Харьковского физико-технического института во время приезда в Харьков П. Эренфеста в начале 30-х годов ХХ века (во втором ряду третий слева А.И. Лейпунский)Торжественное открытие в Харькове Украинского физико-технического института (сейчас Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт») состоялось 7 ноября 1930 года. Первых 23 научных сотрудника в Харьков делегировал Ленинградский физико-технический институт. Планировалось развивать исследования, требующие создания высоковольтных источников энергии для испытания изоляторов и создания мощных рентгеновских установок. Однако заместитель директора института А.И. Лейпунский настоял на том, чтобы уже на стадии становления институт частично был сориентирован на развитие ядерных физических исследований, так как считал, что будущее ядерной физики будет определяться развитием техники высоких напряжений. Кроме того, К.Д. Синельников, прибывший в Харьков 2 июня 1930 года, до этого два года работал в Кавендишской лаборатории у Э. Резерфорда, где проводилась подготовка к исследованию ядерных реакций, вызываемых протонами, ускоренными с помощью электрических полей высокого напряжения. В начале 1931 года институт посетил сотрудник и ученик Резерфорда Кокрофт, а в августе 1931 года – известный физик-теоретик Гамов. Это позволяет считать, что ядерная тематика исследований пришла в Украину непосредственно от Резерфорда из Кембриджа – колыбели ядерной физики.

Достигнутые успехи поспособствовали принятию правительством решения о финансировании сооружения в УФТИ экспериментального генератора Ван де Граафа напряжением 7 млн. вольт. В результате этого УФТИ занял ведущие позиции в области ядерной физики в СССР.

Физику атомного ядра в СССР одним из первых с 1932 года стал изучать И.В. Курчатов. Сейчас даже трудно представить, в какой непростой общественной атмосфере приходилось тогда ему работать. Многие в Ленинградском физико-техническим институте, сотрудником которого был Курчатов, считали исследования в области ядерной физики слишком отвлеченными, оторванными от жизни, настаивали, что этими исследованиями заниматься не стоит, так как ядерная физика очень далека от практического применения. Курчатов же был в числе тех, кто уже тогда понимал перспективу использования ядерной энергии. Об этом, в частности, говорят его письма предвоенных лет в Академию наук СССР и в правительство.

 

Было установлено, чтоα-частицы в процессе расщепления ядра лития испускаются с энергией 8,76 МэВ. Возник вопрос о происхождении этой энергии, так как энергия протона составляет всего 1/7 часть энергииα-частицы. Однако, если сложить массу ядра лития с массой протона, то полученная сумма будет превышать массу двух α-частиц.

Возникает так называемый дефект массы: если бы можно было расщепить 7 г лития, то исчезло бы чуть более 18 мг массы, это количество вещества перешло бы в энергиюα-частиц. Таким образом, этот эксперимент был не только примером искусственного превращения элементов, но и первым экспериментальным доказательством превращения вещества в энергию.

После лития Кокрофт и Уолтон подвергли облучению протонами бериллий, бор, углерод, кислород, фтор, натрий, алюминий, калий, кальций, железо, кобальт, никель, медь, серебро, свинец, уран и наблюдали экспериментально превращения этих элементов. По образному выражению Э. Резерфорда, возникла современная алхимия.

Системно исследованиями в области ядерной физики в Украине стали заниматься в Институте физики Академии наук УССР, основанном в Киеве в 1929 году, только после второй мировой войны.

При рассмотрении возможного строения ядер элементов предполагалось, что они состоят из ядер атомов водорода и электронов. Следовательно, ядро атома гелия (т. е. α-частица) состоит из четырех атомов водорода и двух отрицательно заряженных электронов, так что результирующий заряд ядра гелия равен двум единицам. А. Зоммерфельд подчеркнул, чтоα-частица должна обладать устойчивой структурой, чтобы разрушить ядро атома азота в опыте Резерфорда. Решающее доказательство существования протона и, следовательно, истолкования опытов как превращения атомов было получено в 1925 г. учеником Резерфорда П.М.С. Блэккетом.

Игорь Васильевич Курчатов (1903–1960) – выдающийся советский ученый, академик АН СССР, трижды Герой Социалистического Труда, основатель и первый директор Института атомной энергии (1943). Он прожил короткую, но необыкновенно яркую жизнь. Под его руководством созданы первый в Европе ядерный реактор (1946), первая в СССР атомная бомба (1949), первая в мире термоядерная бомба (1953), построена первая в мире атомная электростанция (1954). В конце жизни Игорь Васильевич вспоминал:«В начале 30-х годов мне довелось быть у истоков зарождавшейся атомной физики на Украине. В то время я часто приезжал в молодой физико-технический институт, созданный в Харькове по решению правительства в октябре 1928 года, и работал в нем со своими старыми друзьями: К.Д. Синельниковым, А.К. Вальтером и А.И. Лейпунским, вместе с которыми начинал свою научную деятельность в Ленинграде».

Блэккету удалось получить в камере Вильсона фотографии протона, вылетающего в результате столкновенияα-частицы с ядром азота. Во всех этих случаяхα-частица, по-видимому, поглощалась атомом, с которым она сталкивалась, поскольку ее следа после соударения не обнаруживалось. Это позволило Э. Резерфорду в том же 1925 г. дать этому явлению следующее объяснение: ядро азота захватываетα-частицу и испускает протон.

Повторение этих экспериментов в разных вариантах многими физиками (Позе, Мейтнер, Боте, де Бройль, Ренге, Констабль) неопровержимо доказало, что протон испускается ядром, подвергнувшимся соударению в процессе его «расщепления». Это стало первым твердо установленным примером искусственного превращения элементов.

Еще в 1920 г. Резерфорд в своей бейкерианской лекции высказал гипотезу о возможности существования ядра с массой, равной единице, и нулевым зарядом.

«Подобная структура представляется вполне возможной. Нейтральный атом водорода обладал бы весьма своеобразными свойствами. Его внешнее поле было бы практически равно нулю повсюду за исключением области, примыкающей непосредственно к ядру, благодаря чему он мог бы проходить свободно через вещество. Существование таких атомов, вероятно, трудно было бы обнаружить с помощью электроскопа, и их невозможно было бы сохранять в герметически закрытом сосуде. С другой стороны, они должны легко проникать в недра атома и могут либо соединяться с ядром, либо распадаться под действием интенсивного поля ядра, результатом чего будет испускание либо водородного атома, либо электрона, либо обоих вместе».

События, которые привели к открытию нейтрона, начали разворачиваться в Берлине в Шарлоттенбурге, где в 1930 г. В. Боте и Г. Беккер обнаружили весьма проникающее излучение при бомбардировке бериллия α-частицами. Первое указание на существование нейтрона появилось в работе Г. Вебстера, в которой сообщалось о возникновенииγ-излучения при облучении бериллияα-частицами. Но источникα-частиц был слабым (полоний), а средства регистрации малочувствительными. В июне 1931 г. Вебстер установил, что излучение бериллия в направлении паденияα-частиц на мишень более проникающее, чем излучение в обратном направлении. Это можно было легко объяснить, предположив, что излучение состоит из нейтральных частиц. В том же году в журнале «Comptes renduce» Ирен и Фредерик Жолио-Кюри опубликовали сообщение о способности излучения бериллия выбивать протоны из водородосодержащих веществ. Наконец, в 1932 г. в Манчестере в лаборатории Резерфорда его сотрудником Чедвиком было получено достаточно полония для источникаα-частиц, чтобы уверенно провести эксперимент и обнаружить новую частицу – нейтрон – по ядерной реакции

2 Be+4 He→12C+1n.

4                 2                      6         0


Определение массы нейтрона подтвердило гипотезу Резерфорда.

В 1970 г. на базе выделившихся из Института физики АН УССР лабораторий и отделов был организован новый физический центр – Институт ядерных исследований АН УССР.

Институт ядерных исследований АН Украины располагает циклотроном У-120, изохронным циклотроном У-240, электростатическим генератором ЭГ-5, ядерным реактором ВВР-М на 10000 кВт. Основными направлениями научной деятельности института являются исследования структуры атомных ядер, механизмов ядерных реакций заряженных частиц различной природы (протонов, дейтронов,α-частиц) и нейтронов с ядрами атомов различных элементов в широком диапазоне энергий. В области ядерной энергетики исследования направлены на определение нейтронных констант, необходимых для теоретических расчётов ядерных реакторов. Так, определены нейтронные константы наиболее перспективных поглотителей для регулирования мощности ядерных реакторов на тепловых и быстрых нейтронах, а также нейтронные константы делящихся и воспроизводящихся топливных материалов ядерных реакторов, необходимых для проектирования и расчетов конструкций реакторов на тепловых нейтронах. Исследуется поведение материалов элементов конструкций активных зон ядерных реакторов в условиях облучения нейтронами.

Протонно-нейтронная модель строения атома. Ядерные силы — урок. Физика, 9 класс.

Атомные единицы массы

При изучении строения атома и атомных ядер физикам приходится обращаться с частицами очень малых масс. Поэтому для измерения массы частиц стали использовать новую единицу измерения массы — атомную единицу массы.

Одна атомная единица массы равна:

 

\(1\) а. е. м. \(= 1,6605655\) ·10−27 кг. 

Опыты Резерфорда привели к возникновению новой модели строения атома — ядерной модели. Согласно этой модели внутри атома находится маленькое положительно заряженное ядро, вокруг которого по круговым орбитам вращаются электроны. Так как атом заряжен нейтрально, то заряд ядра должен быть равен заряду всех электронов, которые вращаются вокруг ядра. Эрнест Резерфорд обнаружил, что при соударении альфа-частиц с атомами некоторых химических элементов появляются положительно заряженные частицы, заряд которых равен элементарному, а масса равна массе атома водорода. Эти частицы были названы протонами.

mp=1,6726485 · 10−27 кг \(=\) \(1,007276470\) а. е. м.

Было очевидно, что протоны могли вылетать только из ядер атомов. А следовательно, внутри ядра находилось столько же протонов, сколько и электронов вращается вокруг ядра. Однако масса атомов была больше, чем масса протонов и электронов. Это означало, что внутри ядра должны находиться ещё какие-то частички, заряженные нейтрально. Такие частички — нейтроны — были открыты в \(1932\) г. английским физиком Джеймсом Чедвиком.

mn=1,6749543·10−27 кг \(=\) \(1,008665012\) а. е. м.

Частицы, из которых состоит ядро атома, называются нуклонами. Такая модель строения ядра получила название — протонно-нейтронная модель (рис. \(1\)).

Рис. \(1\). Протонно-нейтронная модель строения атома

Согласно протонно-нейтронной модели строения атомного ядра, в очень маленьком объёме должно находиться несколько положительно заряженных протонов. Возникали очевидные вопросы. Почему Кулоновские силы отталкивания не разрывают ядро? Какие силы удерживают протоны и нейтроны вместе? Очевидно, что эти силы действуют только на малых расстояниях (порядка 10−15 м) и должны быть значительно больше сил Кулоновского отталкивания. Такие силы были названы ядерными силами.

Взаимодействие между протонами и нейтронами одинаковое, поэтому протон и нейтрон можно рассматривать как одну и ту же частицу — нуклон — в разных состояниях.

Обрати внимание!

Ядерные силы действуют одинаково между протоном и нейтроном, между двумя протонами и между двумя нейтронами.

Источники:

Рис. 1. Указание автора не требуется, 2021-08-30, Pixabay License, https://pixabay.com/images/id-2784853/

Радиоактивность искусственная открытие — Справочник химика 21

    Применение радиоактивных изотопов. Открытие искусственной радиоактивности оказало огромное влияние на развитие науки и техники. В настоящее время радиоактивные изотопы применяют в самых разнообразных областях промышленности, сельском хозяйстве, медицине и др. [c.67]

    Первое искусственное осуществление ядерной реакции (Резерфорд, 1919) положило начало новому методу изучения атомного ядра. Открытие нейтронов (Чэдвик, 1932) привело к возникновению протонно-нейтронной теории атомных ядер, предложенной сначала Д. Д. Иваненко и Е, Н. Гапоном (1932) н в том же году Гейзенбергом. Вскоре Фредерик и Ирен Жолио-Кюри (1934) открыли явление искусственной радиоактивности В 1938 г. Хан и Штрассман осуществили деление атомного ядра урана, а в 1940 г. К. Д. Петржак и Г. Н. Флеров открыли явление самопроизвольного деления атомных ядер. В 40-х годах была осуществлена цепная ядерная реакция (Ферми) и вскоре был открыт новый вид ядерных превращений — термоядерные реакции. Дальнейшее развитие ядерной физики сделало возможным использование ядерной энергии. Позднее эти явления стали использовать при химических и биологических исследованиях. В настоящее время разрабатывается проблема осуществления управляемых термоядерных реакций. [c.19]


    Первая искусственно осуществленная ядерная реакция была реализована супругами Ирен и Фредериком Жолио-Кюри 1з А1(а, я)15 Р, она привела к открытию искусственной радиоактивности. Эта реакция происходила при облучении образца металлического алюминия а-частицами (тип ядерной реакции а, л). В результате образовался искусственный радиоактивный изотоп фосфора и происходило выбрасывание нейтронов. Другая ядерная реакция того же типа 5 °В(а, га)7 Ы, осуществленная ими же, — это облучение бора а-частицами, при котором образовался радиоактивный изотоп азота и тоже выделялись нейтроны (тип а, п). [c.219]

    Позитронный или р+-распад был обнаружен (Ирен и Фредерик Жолио-Кюри, 1934) у изотопов, образующихся при бомбардировке ядер легких элементов а-частицами зА1+2Не- 5Р- -1 51+е+. Открытие такого распада, названного искусственной радиоактивностью, имело большое значение, так как получаемые радиоактивные изотопы, или меченые атомы, нашли широкое применение при различных исследованиях. [c.103]

    Бериллий сыграл важнейшую роль в истории открытия искусственной радиоактивности. В 30-е годы нашего столетия было установлено, что бомбардировка бериллия а-частицами, например из На, приводит к возникновению нового излучения — бериллиевых лучей , которые, как впоследствии оказалось, представляли собой поток нейтронов  [c. 25]

    Важнейшая особенность нестабильных изотопов— их радиоактивность, под которой понимают самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа химического элемента в другой изотоп этого или другого элемента. Различают радиоактивность естественную и искусственную. Первая из них открыта А. Беккерелем (1896), вторая — И. и Ф. Жолио-Кюри (1934). Во многих случаях продукты радиоактивного распад.а сами оказываются радиоактивными, и тогда образованию стабильного изотопа предшествует цепочка из нескольких актов радиоактивного распада. Примерами таких цепочек служат радиоактивные ряды (семейства) природных изотопов тяжелых элементов, которые начинаются у238 у235 Л 232 заканчиваются стабильными изотопами свинца РЬ ° , РЬ ° РЬ2° . Возможны разветвления радиоактивных превращений. [c.51]

    Первым шагом в научном решении проблемы превращения элементов было открытие А. Беккерелем в 1896 г. радиоактивности урана. Два года спустя Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри обнаружили радиоактивность у тория и открыли два новых радиоактивных элемента — полоний и радий. Объяснение радиоактивности как следствия расщепления ядер (Резерфорд, Содди, 1903) показало, что химические элементы не являются вечными и неизменными, а могут превращаться друг в друга. С этого момента получила твердые научные основы и задача искусственного превращения элементов. Закономерности превращения ядер химических элементов изучает ядерная химия. [c.657]


    Фредериком и Ирен Жолио-Кюри (1934) было открыто явление искусственной радиоактивности. Было получено весьма большое число новых изотопов, причем все они оказались радиоактивными. Благодаря этому в настоящее время общее число известных изотопов разных элементов очень сильно возросло. Так, если в природных соединениях встречается всего примерно 280 изотопов разных элементов, то с искусственно полученными это число возросло почти до 1400 и продолжает расти с каждым годом в связи с получением все новых изотопов. [c.50]

    Периодический закон и периодическая система элементов хотя и открыты в то время, когда атом считался неделимым, являются фундаментальным обобщением. В простом законе выражено огромное разнообразие сложнейших природных закономерностей. Все последующее развитие науки — и открытие новых элементов, и определение их свойств образуемых ими соединений, и открытие радиоактивности, изотопии, сложной структуры атома, искусственной радиоактивности и многие другие завоевания науки — лишь укрепило периодический закон, раскрыло новые его стороны, расширило и углубило его содержание. Подтвердились пророческие слова Д. И. Менделеева …периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает . [c.99]

    В настоящее время радиоактивные изотопы могут быть получены для любых химических элементов периодической системы за счет соответствующих ядерных реакций. Явление искусственной радио-акти (ности открыто в 1934 г. Ирен и Фредериком Жолио-Кюри. [c.659]

    В табл. 1 приведены названия (русские и латинские) элементов, химические знаки, порядковые номера их в периодической системе элементов Д. И. Менделеева, относительная атомная масса и год открытия. Атомные массы приведены по Международной таблице 1981 г. Звездочкой обозначены искусственно полученные элементы древн. — элемент, известный в глубокой древности средн. — элемент открыт в средние века. В квадратных скобках приведены массовые числа изотопов, обладающих наибольшим для данного радиоактивного элемента периодом полураспада. Названия и химические знаки элементов, приведенные в круглых скобках, не являются общепринятыми. [c.6]

    Явление искусственной радиоактивности открыто также французскими учеными супругами Фредериком Жолио-Кюри и Иреной Кюри в 1934 г. [c.383]

    Открытие ядерных реакций и искусственной радиоактивности имело огромное значение для науки и техники. Появилась возможность искусственного синтеза элементов. Впервые неизвестный ранее элемент технеций был синтезирован в 1937 г. по уравнению реакции [c.36]

    Ядерная химия занимается изучением реакций, при которых происходит изменение атомных ядер. Эта область науки начала развиваться после открытия радиоактивности и опубликования работ Пьера и Марии Кюри о химической природе радиоактивных веществ. Уже через несколько десятилетий (на протяжении которых природная радиоактивность была весьма тщательно изучена) в результате открытия искусственной радиоактивности произошел огромный скачок в развитии этого направления науки. [c.607]

    Открытие искусственной радиоактивности имело важные и разнообразные последствия, вплоть до нахождения путей практического использования атомной энергии. [c.22]

    Полученные за последние годы в области расщепления атомов результаты имеют настолько большое значение, что обзор их является весьма желательным. Было обнаружено существование новых элементарных частиц, и это привело к открытию такого неожиданного явления, как искусственная радиоактивность. Это открытие представляет определенный интерес не только для физиков, прерогативой которых являются исследования расщепления атомов, но и для химиков.[c.7]

    Искусственная радиоактивность (искусственное получение радиоактивных веществ) открыта в 1934 г. французскими учеными Фредериком Жолио-Кюри (1900—1958) и Ирэн Жолио-Кюри (1897—1956). Первыми были получены элементы  [c.46]

    Открытие искусственной радиоактивности показало, что, помимо а- и р-распадов, мо.жет существовать также позитронный распад. Так как испускание позитрона сопровождается уменьшением положительного заряда ядра на единицу, закон смещения требует в данном случае перехода продукта распада по периодической системе на одно место влево (без изменения массового числа). По характеру распределения скоростей позитроны вполне аналогичны р-лучам (рис. XVI-3). [c.519]

    Трансурановые элементы (заурановые элементы) — радиоактивные химические элементы, расположенные вслед за ураном в периодической системе Д. И. Менделеева. Атомные номера 93. Большинство известных трансурановых элементов (93—103) принадлежит к числу актиноидов. Все изотопы их имеют период полураспада значительно меньший, чем возраст Земли. Поэтому Т. э. практически отсутствуют в природе и получаются искусственно посредством различных ядерных реакций. Первый из трансурановых элементов нептуний Np (п. н. 93) был получен в 1940 г. бомбардировкой урана нейтронами. За ним последовало открытие плутония (Ри, п. н. 94), америция (Ага, п. н. 95), кюрия (Сга, п. н. 96), берклия (Вк, п. н. 97), калифорния( f, п. н. 98), эйнштейния (Es, п. н. 99), фермия (Рш, п.н. 100), менделевия (Md, п. н. 101), нобелия (No, п. н. 102), лоуренсия (Lr, п. н. 103) и курчатовия (Ки, п. н. 104). Так же получены Т. э.с порядковым номером 105— 106. Более или менее полно изучены химические свойства Т. э. Криста.члографи-ческне исследования, изучение спектров поглощения растворов солей, магнитных свойств ионов и других свойств Т. э. показали, что элементы с п. н. 93—103 — аналоги лантаноидов. Из всех Т. э. наибольшее применение нашел Ри как ядерное горючее. [c.138]


    Искусственно можно получить радиоактивные изотопы с массовыми числами от 74 до 90. С изотопом Вг связано открытие И. В. Курчатовым, Б, В. Курчатовым и Л. И. Русиновым явления ядерной изомерии, заключающегося в существовании ядер одинакового состава в различных энергетических состояниях. Одно из ядер, обозначаемое как о Вг, находится в метастабиль-ном состоянии и, испуская энергию в виде 7-квантов, переходит в Вг в основном состоянии. Оба изомера образуются из стабильного изотопа Вг, причем эффективные сечения захвата нейтронов для реакций Вг (и, 7) Вг и Вг (и, 7) «Вг различны и составляют соответственно 8,5 и 2,9 барн. Эффективное сечение захвата нейтронов для реакции Вг (и, у) Вг равно 3 барн [640]. [c.12]

    Использование рассмотренных в настоящем параграфе методов воздействия на атомные ядра дает возможность искусственно осуществлять превращения всех элементов. Однако, в отличие от естественных радиоактивных превращений, описанные выше ядерные реакции протекают лишь до тех пор, пока имеет место внешнее воздействие. Мост между теми и другими процессами был перекинут открытием искусственной радиоактивности.[c.517]

    Методы анализа с применением природных радиоактивных веществ, таких, как ПВ, были известны еще до открытия искусственной радиоактивности. [c.315]

    Таким образом, разновидностей атомов оказалось не 92, а больше. Если исключить все не достаточно еще установленные изотопы, то число устойчивых разновидностей атомов, открытых до настоящего времени, равно 272. Если же принимать во внимание изотопы, полученные искусственно (см. раздел Искусственная радиоактивность ), то число изотопов превысит 1300. [c.38]

    В начале текущего столетия открытие радиоактивности и изучение особых свойств элементов конца Системы дало в руки человека путеводную нить к удивительным успехам ядерной физики и химии она вручила науке ключи к космогоническим теориям эволюции химических элементов в недрах звезд. Извечная проблема философского камня и искусственного синтеза не только ранее известных, но и новых атомных ядер была разрешена.[c.353]

    В январе 1934 г. Фредерик Жолио и Ирэн Кюри сообщили об открытии искусственной радиоактивности. Облучив алюминий альфа-частицами, они получили радиоактивный фосфор. [c.377]

    Что называют искусственной радиоактивностью Кем, когда и какой реакцией она была открыта и какое имеет практическое значение  [c.108]

    Однако получающиеся при реакции (5.1) изотопы не являются радиоактивными. Поэтому открытие Резерфордом возможности искусственных превращений атомных ядер следует считать предтечей открытия искусственной радиоактивности. Разработка первых способов получения искусственных радиоактивных изотопов связайй с именами Ирэн и Фредерика Жолио-Кюри. В 1934 г. эти исследователи обнаружили, что при бомбардировке а-частицами бора, алюминия и магния возникают какие-то ядра, которые обладают -активностью. Тщательное исследование этого явления показало, что при столкновении а-частиц с ядрами атомов обстреливаемых элементов происходит ядерная реакция, как, например, [c. 75]

    Метод появился после открытия искусственной радиоактивности и основан на образовании радиоактивных изотопов определяемого элемента при облучении пробы ядерными или у -частицами и регистрации полученной при активации искусственной радиоактивности. Тип распада и энергия излучения образовавшегося радиоизотопа характеризуют природу искомого элемента. Интенсивность радиоактивности радиоизотопа А сразу после облучения пробы равна [c.376]

    Открытие искусственной радиоактивности, вызванной медленными нейтронами [c.778]

    Искусственная радиоактивность (искусственное получение радиоактивных веществ) открыта в 1934 г. выдающимися французскими учеными Фредериком Жолио-Кюри и Ирен Кюри-Жолио. Первыми были получены элементы радиофосфор jP, радиоазот 8N и радиокремний f Si ( —встречающееся в литературе обозначение радиоактивного изотопа в отличие от стабильного изотопа). [c.43]

    Открытие искусственной радиоактивности получило больщое научное и практическое значение.[c.219]

    В январе 1934 г. была открыта искусственная радиоактивность, возникающая под влиянием обстрела нерадиоактивных элементов альфа-частицами. Немного позже Энрико Ферми попробовал иные снаряды — нейтроны. При этом регистрировали интенсивность возникающего излучения и определяли периоды полураспада новых изотопов. Облучали поочередно все известные к тому времени элементы, и вот что оказалось. Особенно высокую радиоактивность под действием бомбардировки нейтронами приобретало серебро, а период полураспада образующегося при этом излучателя не превышал 2 минут. Именно поэтому серебро стало рабочим материалом в дальнейших исследованиях Ферми, при которых было открыто такое практически важное явление, как замедление нейтронов. [c.19]

    Природа интенсивных и экстенсивных свойств, используемых в аналитической практике, чрезвычайно разнообразна. В принципе, любое из этих свойств можно использовать для качественного или количественного анализа. Вот почему и аналитические методы чрезвычайно разнообразны по своему характеру, и это разнообразие непрерывно увеличивается с открытием и использованием новых свойств. Так, открытие искусственной радиоактивности, рентгеновских лучей, изучение оптических и магнитных свойств веществ обогатили аналитическую химию множеством новых аналитических принципов, основанных на этих свойствах. [c.11]

    Открытие Д. И. Менделеевым Периодического закона и создание им Периодической системы химических элементов послужило важным импульсом в развитии химии и смежных с ней естественных наук. Руководствуясь ПериоднМенделеев предсказал существование нескольких но вых элементов, с большой точностью теоретически обосновал их свойства и указал те места, которые должны занять эти элементы в естественном ряду известных элементов. Последующее открытие существующих в природе элементов скандия Зс, галлия Оа и германия Ое блестяще подтвердило предвидение Менделеева. Много позже в природе были обнаружены элементы полоний Ро и рений Ре и искусственно получен радиоактивный лемент технеций Тс, также предсказанные автором Периодического закона.[c.109]

    Явление искусственной радиоактивности было открыто лишь четверть века назад, но за этот весьма короткий в историческом масштабе срок применение радиоактивных изотопов бурно развивалось и к настоящему времени заняло важнейшее место в исполь-зовавии атомной энергии в мирных целях. [c.3]

    Изотопы бария сыграли важную роль в открытии деления урана. В опытах Ферми изучалось действие нейтронов на соединение урана. В результате нейтронного облучения возникла искусственная радиоактивность. Полученные при этом радиоактивные изотопы были по химическим свойствам сходны с радием. Используя прием извлечения очень малых количеств радия из реакционной смеси, разработанный Марией Склодовской-Кюри (с. 224), Ферми вводил в систему соединения бария, выделяя которые можно было сконцентрировать радий. И действительно, барий извлекал из раствора семидесятисекундный Т /2  [c.25]

    При изучении искусственной радиоактивности были открыты и новые виды радиоактивных превращений. Помимо а- и р-излученпй, характерных для природных радиоактивных элементов, были открыты р+-излучение (иозптронньш распад), самопроизвольное деление ядер, захват ядром электронов из оболочки (Л»-электронный захват). [c.53]

    Искусственная радиоктивность. Оказалось, что некоторые легкие элементы, например бор, магний, алюминий, при бомбардировке а-частицами испускают позитроны. Причем испускание позитронов продолжается некоторое время после воздействия а-частиц. Значит, при бомбардировке а-частицами образуются радиоактивные атомы, обладающие определенной продолжительностью жизни, но испускающие не а-частицы и не электроны, а позитроны. Таким образом, была открыта искусственная радиоактивность. [c.94]

    Свойство люминофоров возбуждаться радиоактивным излучением используется в технике уже давно для изготовления самосветящихся радиоактивных красок, которые часто называют светосоставами постоянного действия (СПД). Области их применения весьма разнообразны и определяются необходимостью в различного рода сигнальных и индикаторных устройствах, световых знаках, которые не требуют источников внепшего возбуждения. До открытия искусственных радиоактивных изотопов в самосветяЩихся красках в качестве источника возбуждения использовали исключительно соли естественных радиоактивных препаратов — радия и мезотория (вернее продукта его распада — радиотория). Однако такие светосоставы имеют два существенных недостатка первый — большая биологическая вредность, обусловленная радиоактивным излучением второй — быстрое снижение яркости свечения радиоактивных светящихся красок с течением времени. Оно объясняется разрушающим действием а-частиц на вещество основы люминофора, в результате которого згже примерно через год яркость свечения радиоактивных красок снижается наполовину. [c.162]

    Явление изотопии было открыто в 1909 г. при изучении природных радиоактивных элементов. Позднее, в результате разработки метода, дающего возможность определять массы отдельных видов атомов (метод масс-спектрографии), явление изотопии было otкpытo (Астон, 1920 г.) >и у природных соединений нерадиоактивных элементов. С развитием ядерной физики стало доступным искусственное получение новых изотопов для различных элементов. И в настоящее время для каждого элемента известны несколько изотопов, часть которых встречается в природе, другие же, обладая меньшей устойчивостью, могут получаться искусственным путем и испытывают превращение с той или другой скоростью. [c.46]

    Метод меченых атомов нашел применение вначале для изучения подвижности или реакционной способности различных атомов в молекуле данного соединения или в молекулах различных соединений (в частности, в реакциях изотопного обмена). Однако систематические исследования реакций изотопного обмена и других реакций с использованием меченых атомов начались с открытием дейтерия и получением искусственно-радиоактивных и стабильных изотопов других элемептоБ. [c.21]

    Радиохимия имеет ряд фундаментальных достижений, к числу которых относятся следующие открытия радия, радиоактивных рядов (семейств), искусственной радиоактивности и др. Достопримечательно, что явление деления тяжелого ядра урана открыто именно при помощи радиохимических методов (О. Ган и Ф. Штрасман). [c.389]


Конспект урока по физике «ПОЛУЧЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ» (11 класс)

Урок _____

ПОЛУЧЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Цель:_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задача:_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ход урока

I . Мотивация .

II . Актуализация знаний. (слайд 2-3)

  1. Как иначе называется и каким символом обозначается ядро атома водорода? Каковы его масса и заряд? (символом обозначен протон, т. е. ядро атома водорода, с массой, приблизительно равной 1 а. е. м. (точнее, 1,0072765 а. е. м.), и положительным зарядом, равным элементарному (т. е. модулю заряда электрона). Для обозначения протона используют также символ .)
  2. Какое предположение (относительно состава ядер) позволяли сделать результаты опытов по взаимодействию α-частиц с ядрами атомов различных элементов? (протоны входят в состав ядер атомов всех химических элементов.)
  3. К какому противоречию приводит предположение о том, что ядра атомов состоят только из протонов? Поясните это на примере. (Если считать, что атомные ядра состоят только из протонов)
  4. Кем впервые было высказано предположение о существовании электрически нейтральной частицы с массой, приблизительно равной массе протона? (Резерфордом)
  5. Кто и когда первым доказал, что бериллиевое излучение представляет собой поток нейтронов? (В 1932 г. английский ученый Джеймс Чедвик)
  6. Как было доказано отсутствие у нейтронов электрического заряда? Как была оценена их масса? (с помощью опытов, проведенных в камере Вильсона, массу частиц удалось оценить по их взаимодействию с другими частицами)
  7. Как обозначается нейтрон, какова его масса по сравнению с массой протона? (Нейтрон принято обозначать символом . Точные измерения показали, что масса нейтрона равна 1,0086649 а. е. м., т. е. чуть больше массы протона. Ноль внизу означает отсутствие электрического заряда.)
  8. Как называются протоны и нейтроны вместе? (нуклонами)
  9. Что называется массовым числом и какой буквой оно обозначается? (Общее число нуклонов в ядре называется массовым числом и обозначается буквой А)
  10. Что можно сказать о числовом значении массы атома (в а. е. м.) и его массовом числе? (массовое число А (т. е. общее число нуклонов в ядре) численно равно массе ядра m, выраженной в атомных единицах массы и округленной до целых чисел)
  11. Как называется и какой буквой обозначается число протонов в ядре? (Число протонов в ядре называется зарядовым числом и обозначается буквой Z)
  12. Где ставится зарядовое число по отношению к символу элемента? (зарядовое число ставится внизу перед буквенным обозначением элемента)
  13. Что можно сказать о зарядовом числе, заряде ядра (выраженному в элементарных электрических зарядах) и порядковом номере в таблице Д. И. Менделеева для любого химического элемента? (зарядовое число (т. е. число протонов в ядре) численно равно заряду ядра, выраженному в элементарных электрических зарядах. Для каждого химического элемента зарядовое число равно атомному (порядковому) номеру в таблице Д. И. Менделева)
  14. Как в общем виде принято обозначать ядро любого химического элемента? (Ядро любого химического элемента в общем виде обозначается так: (под X подразумевается символ химического элемента))
  15. Какой буквой обозначают число нейтронов в ядре? (Число нейтронов в ядре обычно обозначают буквой N)
  16. Какой формулой связаны между собой массовое число, зарядовое число и число нейтронов в ядре? (массовое число А представляет собой общее число протонов и нейтронов в ядре, то можно записать: А = Z + N)
  17. III. Решение задач (слайд 4)
  1. Ядром, какого элемента является протон? (водорода )
  2. Сколько нуклонов содержат ядра лития , меди , серебра , свинца ? (3, 64, 108, 207)
  3. Определите нуклоновый состав ядер гелия , кислорода , селена , ртути , радия , урана . (4=2+2, 16=8+8, 79=34+45, 200= 80+120, 226=88+138, 238=92+146)
  4. Доля, каких нуклонов в ядрах элементов возрастает с увеличением зарядового числа? (нейтронов)
  5. Назовите химический элемент, в атомном ядре которого содержатся нуклоны:
  6. а)7р+7n; б)18р + 22n; в) 33р + 42n; г) 84р + 126n.

(азот N, аргон Ar, мышьяк As, полоний Po)

IV. Изучение нового материала

(слайд 5) На основе протонно-нейтронной модели строения атомных ядер было дано объяснение интересным экспериментальным фактам, открытым в первые два десятилетия XX в.

Содди в 1911 г. высказал предположение о возможности существования элементов с одинаковыми химическими свойствами, но различающихся, в частности, своей радиоактивностью.

В это время многие ученые занимались исследованием свойств радиоактивных элементов. В ходе этой работы проводились различные опыты, в том числе измерялись массы атомных ядер. (Вернее, измерялись массы ионов, но в данном случае массу ядра, иона и атома можно считать одинаковой, поскольку масса всех электронов в атоме пренебрежимо мала по сравнению с массой ядра. )

В зависимости от значений Z, A, N различают :

Изотопы

Изобары

Изотоны

Ядра с одинаковым Z,

но разными A

Ядра с одинаковыми A, но разными Z

Ядра с одинаковым числом нейтронов N

Более подробно рассмотрим изотопы. При исследовании свойств радиоактивных элементов обнаружилось, что у одного и того же химического элемента встречаются атомы с различными по массе ядрами. Так, например, было найдено несколько разновидностей атомов урана: с массами ядер, приблизительно равными 234 а. е. м., 235 а. е. м., 238 а. е. м. и 239 а. е. м. Причем все эти атомы обладали одинаковыми химическими свойствами. Они одинаковым образом вступали в химические реакции, образуя одни и те же соединения.

Наличие одних и тех же химических свойств означает, что все эти атомы имеют одинаковое число электронов в электронной оболочке, а значит, и одинаковые заряды ядер.

Если заряды ядер атомов одинаковы, значит, эти атомы действительно принадлежат одному и тому же химическому элементу (несмотря на различия в их массах) и имеют один и тот же порядковый номер в таблице Д. И. Менделеева, т. е. занимают в этой таблице одну и ту же клетку, одно и то же место. Отсюда и произошло название всех разновидностей одного химического элемента: изотопы (от греческих слов isos — одинаковый и topos — место).

Изотопы — это разновидности данного химического элемента, различающиеся по массе атомных ядер.

Благодаря созданию протонно-нейтронной модели ядра (т. е. примерно через два десятилетия после открытия изотопов), удалось объяснить, почему атомные ядра с одним и тем же зарядом обладают разными массами. Очевидно, ядра атомов изотопов содержат одинаковое число протонов, но различное число нейтронов.

В настоящее время установлено существование изотопов у всех химических элементов. Некоторые элементы имеют только нестабильные (т. е. радиоактивные) изотопы. Изотопы есть у самого тяжелого из существующих в природе элементов — урана (относительные атомные массы 238, 235 и др.) и у самого легкого — водорода (относительные атомные массы 1, 2, 3).

(слайд 6) Существует три изотопа водорода: (протий), (дейтерий) и (тритий). Ядро изотопа вообще не имеет нейтронов — оно представляет собой один протон. Соответственно его заряд равен элементарному электрическому заряду (цифра внизу), а масса приблизительно равна 1 а. е. м. (цифра вверху). В состав ядра дейтерия () входят две частицы: протон и нейтрон. Поэтому масса дейтерия приблизительно равна 2 а. е. м. Ядро трития состоит из трех частиц: одного протона и двух нейтронов. Поэтому масса трития приблизительно равна 3 а. е. м.

Существование изотопов является причиной того, что относительные атомные массы большинства химических элементов в таблице Д. И. Менделеева выражены дробным числом. Поскольку химические элементы обычно состоят из смеси нескольких изотопов, то приходится указывать среднее значение массы ядер атомов всех изотопов данного элемента. А это среднее значение чаще всего оказывается дробным числом. Например, в среднем на 100 атомов хлора Сl приходится 75 атомов с массой 35 а. е. м. и 25 атомов с массой 37 а. е. м. (массы взяты с точностью до целых чисел). Среднее значение массы атома в данном случае вычисляется следующим образом:

В атомной индустрии всевозрастающую ценность для человечества представляют радиоактивные изотопы.

(слайд 7) Радиоактивные изотопы получают в атомных реакторах и на ускорителях элементарных частиц.

Химические свойства радиоактивных изотопов не отличаются от свойств нерадиоактивных изотопов тех же элементов, но они являются источниками радиоактивного излучения.

Элементы, не существующие в природе. С помощью ядерных реакций можно получить радиоактивные изотопы всех химических элементов, встречающихся в природе только в стабильном состоянии. Элементы под номерами 43, 61, 85 и 87 вообще не имеют стабильных изотопов и впервые получены искусственно. Так, например, элемент с порядковым номером 43, названный технецием, имеет самый долгоживущий изотоп с периодом полураспада около миллиона лет.

С помощью ядерных реакций получены также трансурановые элементы. О нептунии и плутонии вы уже знаете. Кроме них, получены еще следующие элементы: америций (Z = 95), кюрий (Z = 96), берклий (Z = 97), калифорний (Z = 98), эйнштейний (Z = 99), фермий (Z = 100), менделевий (Z = 101), нобелий (Z = 102), лоуренсий (Z = 103), резерфордий (Z = 104), дубний (Z = 105), сиборгий (Z = 106), борий (Z = 107), хассий (Z = 108), мейтнерий (Z = 109), а также элементы под номерами 110, 111 и 112, не имеющие пока общепризнанных названий. Элементы, начиная с номера 104, впервые синтезированы либо в подмос…

Если Вы являетесь автором этой работы и хотите отредактировать, либо удалить ее с сайта — свяжитесь, пожалуйста, с нами.

Круглов А. К. Как создавалась атомная промышленность в СССР. — 1995 — Электронная библиотека «История Росатома»

Закладок нет.

 

 

Обложка123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103104105106107108109110111112113114115116117118119120121122123124125126127128129130131132133134135136137138139140141142143144145146147148149150151152153154155156157158159160161162163164165166167168169170171172173174175176177178179180181182183184185186187188189190191192193194195196197198199200201202203204205206207208209210211212213214215216217218219220221222223224225226227228229230231232233234235236237238239240241242243244245246247248249250251252253254255256257258259260261262263264265266267268269270271272273274275276277278279280281282283284285286287288289290291292293294295296297298299300301302303304305306307308309310311312313314315316317318319320321322323324325326327328329330331332333334335336337338339340341342343344345346347348349350351352353354355356357358359360361362363364365366367368369370371372373374375376377378379380Обложка (с. 3)Обложка (с. 4)Обложка – 12 – 34 – 56 – 78 – 910 – 1112 – 1314 – 1516 – 1718 – 1920 – 2122 – 2324 – 2526 – 2728 – 2930 – 3132 – 3334 – 3536 – 3738 – 3940 – 4142 – 4344 – 4546 – 4748 – 4950 – 5152 – 5354 – 5556 – 5758 – 5960 – 6162 – 6364 – 6566 – 6768 – 6970 – 7172 – 7374 – 7576 – 7778 – 7980 – 8182 – 8384 – 8586 – 8788 – 8990 – 9192 – 9394 – 9596 – 9798 – 99100 – 101102 – 103104 – 105106 – 107108 – 109110 – 111112 – 113114 – 115116 – 117118 – 119120 – 121122 – 123124 – 125126 – 127128 – 129130 – 131132 – 133134 – 135136 – 137138 – 139140 – 141142 – 143144 – 145146 – 147148 – 149150 – 151152 – 153154 – 155156 – 157158 – 159160 – 161162 – 163164 – 165166 – 167168 – 169170 – 171172 – 173174 – 175176 – 177178 – 179180 – 181182 – 183184 – 185186 – 187188 – 189190 – 191192 – 193194 – 195196 – 197198 – 199200 – 201202 – 203204 – 205206 – 207208 – 209210 – 211212 – 213214 – 215216 – 217218 – 219220 – 221222 – 223224 – 225226 – 227228 – 229230 – 231232 – 233234 – 235236 – 237238 – 239240 – 241242 – 243244 – 245246 – 247248 – 249250 – 251252 – 253254 – 255256 – 257258 – 259260 – 261262 – 263264 – 265266 – 267268 – 269270 – 271272 – 273274 – 275276 – 277278 – 279280 – 281282 – 283284 – 285286 – 287288 – 289290 – 291292 – 293294 – 295296 – 297298 – 299300 – 301302 – 303304 – 305306 – 307308 – 309310 – 311312 – 313314 – 315316 – 317318 – 319320 – 321322 – 323324 – 325326 – 327328 – 329330 – 331332 – 333334 – 335336 – 337338 – 339340 – 341342 – 343344 – 345346 – 347348 – 349350 – 351352 – 353354 – 355356 – 357358 – 359360 – 361362 – 363364 – 365366 – 367368 – 369370 – 371372 – 373374 – 375376 – 377378 – 379380 – Обложка (с. 3)Обложка (с. 4)

 

 

Открытие радиоактивности. Альфа-, бета- и гамма-излучения

Открытие радиоактивности. Альфа-, бета- и гамма-излучения

Подробности
Просмотров: 653

«Физика — 11 класс»

Открытие радиоактивности

Открытие радиоактивности — явления, доказывающего сложный состав атомного ядра, — произошло благодаря счастливой случайности.
Рентгеновские лучи впервые были получены при столкновениях быстрых электронов со стеклянной стенкой разрядной трубки.
Одновременно наблюдалось свечение стенок трубки.
Беккерель долгое время исследовал подобное явление — свечение веществ, облученных солнечным светом.
К таким веществам относятся, в частности, соли урана, с которыми экспериментировал ученый.

И вот у него возник вопрос: не появляются ли после облучения солей урана наряду с видимым светом и рентгеновские лучи?
Беккерель завернул фотопластинку в плотную черную бумагу, положил сверху крупинки урановой соли и выставил на яркий солнечный свет.
После проявления фотопластинка почернела на тех участках, где лежала соль.
Следовательно, уран создавал какое-то излучение, которое, подобно рентгеновскому, пронизывает непрозрачные тела и действует на фотопластинку.
Беккерель думал, что это излучение возникает под влиянием солнечных лучей.

Но однажды, в феврале 1896 г., провести очередной опыт ему не удалось из-за облачной погоды.
Беккерель убрал пластинку в ящик стола, положив на нее сверху медный крест, покрытый солью урана.
Проявив на всякий случай фотопластинку два дня спустя, он обнаружил на ней почернение в форме отчетливой тени креста.
Это означало, что соли урана самопроизвольно, без каких-либо внешних влияний, создают какое-то излучение.

Вскоре Беккерель обнаружил, что излучение урановых солей ионизирует воздух, подобно рентгеновским лучам, и разряжает электроскоп.
Испробовав различные химические соединения урана, он установил очень важный факт: интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате и совершенно не зависит от того, в какие соединения он входит.
Следовательно, это свойство присуще не соединениям, а химическому элементу урану, его атомам.

Естественно было попытаться обнаружить, не обладают ли способностью к самопроизвольному излучению другие химические элементы, кроме урана.
В 1898 г. Мария Склодовская-Кюри во Франции и другие ученые открыли излучение тория.
В дальнейшем главные усилия в поисках новых элементов были предприняты Марией Склодовской-Кюри и ее мужем Пьером Кюри.
Систематическое исследование руд, содержащих уран и торий, позволило им выделить новый, неизвестный ранее химический элемент — полоний, названный так в честь родины Марии Склодовской-Кюри — Польши.


Наконец, был открыт еще один элемент, дающий очень интенсивное излучение.
Его назвали радием (т. е. лучистым).
Само же явление самопроизвольного излучения было названо супругами Кюри радиоактивностью.

Радий имеет относительную атомную массу, равную 226, и занимает в таблице Д. И. Менделеева клетку под номером 88.
До открытия Кюри эта клетка пустовала.
По своим химическим свойствам радий принадлежит к щелочно-земельным элементам.

Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.

Радиоактивностью называется способность нестабильных ядер превращаться в другие ядра, при этом процесс превращения сопровождается испусканием различных частиц.


Альфа-, бета- и гамма-излучения

После открытия радиоактивных элементов началось исследование физической природы их излучения.
Кроме Беккереля и супругов Кюри, этим занялся Резерфорд.

Опыт Резерфорда, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения, состоял в следующем.
Препарат радия помещали на дно узкого канала в куске свинца.
Против канала находилась фотопластинка.
На выходившее из канала излучение действовало сильное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны лучу.
Вся установка размещалась в вакууме.

В отсутствие магнитного поля на фотопластинке после проявления обнаруживалось одно темное пятно точно напротив канала.
В магнитном поле пучок распадался на три пучка.
Две составляющие первичного потока отклонялись в противоположные стороны.
Это указывало на наличие у этих излучений электрических зарядов противоположных знаков.
При этом отрицательный компонент излучения отклонялся магнитным полем гораздо сильнее, чем положительный.
Третья составляющая совсем не отклонялась магнитным полем.
Положительно заряженный компонент получил название альфа-лучей, отрицательно заряженный — бета-лучей и нейтральный — гамма-лучей (α-лучи, β-лучи, γ-лучи).

Эти три вида излучения очень сильно различаются по проникающей способности, т. е. по тому, насколько интенсивно они поглощаются различными веществами.
Наименьшей проникающей способностью обладают а-лучи.
Слой бумаги толщиной около 0,1 мм для них уже непрозрачен.
Если прикрыть отверстие в свинцовой пластинке листочком бумаги, то на фотопластинке не обнаружится пятна, соответствующего а-излучению.

Гораздо меньше поглощаются при прохождении через вещество β-лучи.
Алюминиевая пластинка полностью их задерживает только при толщине в несколько миллиметров.
Наибольшей проникающей способностью обладают γ-лучи.

Интенсивность поглощения γ-лучей усиливается с увеличением атомного номера вещества-поглотителя.
Но и слой свинца толщиной в 1 см не является для них непреодолимой преградой.
При прохождении у-лучей через такой слой свинца их интенсивность ослабевает лишь вдвое.

Физическая природа α-, β- и γ-лучей, очевидно, различна.

Гамма-лучи

По своим свойствам γ-лучи очень сильно напоминают рентгеновские, но только их проникающая способность гораздо больше, чем у рентгеновских лучей.
Это наводило на мысль, что γ-лучи представляют собой электромагнитные волны.
Все сомнения в этом отпали после того, как была обнаружена дифракция γ-лучей на кристаллах и измерена их длина волны.
Она оказалась очень малой — от 10-8 до 10-11 см.

На шкале электромагнитных волн γ-лучи непосредственно следуют за рентгеновскими.
Скорость распространения у γ-лучей такая же, как у всех электромагнитных волн, — около 300 000 км/с.

Бета-лучи

С самого начала α- и β-лучи рассматривались как потоки заряженных частиц.
Проще всего было экспериментировать с β-лучами, так как они сильнее отклоняются как в магнитном, так и в электрическом поле.

Основная задача экспериментаторов состояла в определении заряда и массы частиц.
При исследовании отклонения β-частиц в электрических и магнитных полях было установлено, что они представляют собой не что иное, как электроны, движущиеся со скоростями, очень близкими к скорости света.
Существенно, что скорости β-частиц, испущенных каким-либо радиоактивным элементом, неодинаковы.
Встречаются частицы с самыми различными скоростями.
Это и приводит к расширению пучка β-частиц в магнитном поле.

Альфа-частицы

Труднее было выяснить природу α-частиц, так как они слабее отклоняются магнитным и электрическим полями.
Окончательно эту задачу удалось решить Резерфорду.
Он измерил отношение заряда частицы к ее массе по отклонению в магнитном поле.
Оно оказалось примерно в 2 раза меньше, чем у протона — ядра атома водорода.
Заряд протона равен элементарному, а его масса очень близка к атомной единице массы.
Следовательно, у α-частицы на один элементарный заряд приходится масса, равная двум атомным единицам массы.

Атомная единица массы (а. е. м.) равна 1/12 массы атома углерода; 1 а. е. м. ≈ 1,66057 • 10-27 кг.

Но заряд α-частицы и ее масса оставались, тем не менее, неизвестными.
Следовало измерить либо заряд, либо массу α-частицы.
С появлением счетчика Гейгера стало возможным проще и точнее измерить заряд.
Сквозь очень тонкое окошко α-частицы могут проникать внутрь счетчика и регистрироваться им.

Резерфорд поместил на пути α-частиц счетчик Гейгера, который измерял число частиц, испускавшихся радиоактивным препаратом за определенное время.
Затем он поставил на место счетчика металлический цилиндр, соединенный с чувствительным электрометром.
Электрометром Резерфорд измерял заряд α-частиц, испущенных источником внутрь цилиндра за такое же время (радиоактивность многих веществ почти не меняется со временем).
Зная суммарный заряд α-частиц и их число, Резерфорд определил отношение этих величин, т. е. заряд одной α-частицы.
Этот заряд оказался равным двум элементарным.

Таким образом, он установил, что у α-частицы на каждый из двух элементарных зарядов приходится две атомные единицы массы.
Следовательно, на два элементарных заряда приходится четыре атомные единицы массы.
Такой же заряд и такую же относительную атомную массу имеет ядро гелия.
Из этого следует, что α-частица — это ядро атома гелия.

Не довольствуясь достигнутым результатом, Резерфорд затем еще прямыми опытами доказал, что при радиоактивном а-распаде образуется именно гелий.
Собирая α-частицы внутри специального резервуара на протяжении нескольких дней, он с помощью спектрального анализа убедился в том, что в сосуде накапливается гелий (каждая α-частица захватывала два электрона и превращалась в атом гелия).

Итак,
при радиоактивном распаде возникают α-лучи (ядра атома гелия), β-лучи (электроны) и γ-лучи (коротковолновое электромагнитное излучение).

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин



Физика атомного ядра. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц — Открытие радиоактивности. Альфа-, бета- и гамма-излучения — Радиоактивные превращения — Закон радиоактивного распада. Период полураспада — Открытие нейтрона — Строение атомного ядра. Ядерные силы. Изотопы — Энергия связи атомных ядер — Ядерные реакции — Деление ядер урана — Цепные ядерные реакции — Ядерный реактор — Термоядерные реакции. Применение ядерной энергии — Получение радиоактивных изотопов и их применение — Биологическое действие радиоактивных излучений — Краткие итоги главы — Три этапа в развитии физики элементарных частиц — Открытие позитрона. Античастицы

в этом месяце в истории физики

май, 1911: Ratherford и открытие атомного ядра

в 1909 году ученик Эрнеста Резерфорда сообщил о некоторых неожиданных результатах эксперимента Rutherford назначал его. Резерфорд назвал это известие самым невероятным событием в своей жизни.

В широко известном эксперименте наблюдалось рассеяние альфа-частиц в обратном направлении от золотой фольги.Объяснение Резерфорда, которое он опубликовал в мае 1911 года, заключалось в том, что рассеяние было вызвано твердым плотным ядром в центре атома — ядром.

Эрнест Резерфорд родился в Новой Зеландии в 1871 году, был одним из 12 детей. В детстве он часто помогал на семейной ферме, но хорошо учился и получил стипендию для обучения в Университете Новой Зеландии. После колледжа он выиграл стипендию в 1894 году, чтобы стать студентом-исследователем в Кембридже. Сообщается, что, получив известие об этой стипендии, Резерфорд сказал: «Это последняя картофелина, которую я когда-либо копал.

В Кембридже молодой Резерфорд работал в Кавендишской лаборатории с Дж.Дж. Томсон, первооткрыватель электрона. Талант Резерфорда был быстро признан, и в 1898 году он стал профессором Университета Макгилла в Монреале. Там он определил альфа- и бета-излучение как два отдельных типа излучения и изучил некоторые их свойства, хотя и не знал, что альфа-излучение — это ядра гелия. В 1901 году Резерфорд и химик Фредерик Содди обнаружили, что один радиоактивный элемент может распадаться на другой.Это открытие принесло Резерфорду Нобелевскую премию по химии 1908 года, что его несколько раздражало, поскольку он считал себя физиком, а не химиком. (Многие цитируют слова Резерфорда: «Вся наука — это либо физика, либо коллекционирование марок»)

В 1907 году Резерфорд вернулся в Англию, в Манчестерский университет. В 1909 году он и его коллега Ганс Гейгер искали исследовательский проект для студента Эрнеста Марсдена. Резерфорд уже изучал рассеяние альфа-частиц на золотой мишени, тщательно измеряя малые прямые углы, под которыми рассеивается большинство частиц.Резерфорд, который не хотел пренебрегать ни одним аспектом эксперимента, каким бы бесперспективным он ни был, предложил Марсдену посмотреть, действительно ли какие-либо альфа-частицы рассеиваются назад.

От Марсдена не ожидали, что он что-то найдет, но тем не менее он добросовестно и аккуратно провел эксперимент. Позже он писал, что чувствовал, что это была своего рода проверка его экспериментальных навыков. В ходе эксперимента альфа-частицы радиоактивного источника выстреливались в тонкую золотую фольгу. Любые рассеянные частицы попадут на экран, покрытый сульфидом цинка, который мерцает при попадании заряженных частиц.Марсден должен был сидеть в затемненной комнате, ждать, пока его глаза привыкнут к темноте, а затем терпеливо смотреть на экран, ожидая, что он вообще ничего не увидит.

Вместо этого Марсден увидел множество крошечных, мимолетных вспышек желтоватого света, в среднем более одной вспышки в секунду.

Он едва мог поверить в то, что увидел. Он проверял и перепроверял каждый аспект эксперимента, но, не найдя ничего неправильного, сообщил о результатах Резерфорду.

Резерфорд тоже был поражен.Как он любил говорить: «Это было так, как если бы вы выстрелили 15-дюймовым снарядом в кусок папиросной бумаги, а он вернулся бы и попал в вас». мишень рассеивалась под углом более 90°. Это не согласовывалось с преобладающей моделью атома, так называемой моделью сливового пудинга, разработанной Дж. Дж. Томсоном. В этой модели считалось, что электроны застревают в комке положительно заряженная материя, как изюм в пудинге.Но такое расположение вызвало бы рассеяние только под малыми углами, совсем не похожее на то, что наблюдал Марсден.

После более года размышлений над проблемой Резерфорд нашел ответ. Единственное объяснение, предложенное Резерфордом в 1911 году, заключалось в том, что альфа-частицы рассеиваются большим количеством положительного заряда, сконцентрированным в очень маленьком пространстве в центре атома золота. Резерфорд предположил, что электроны в атоме должны вращаться вокруг этого центрального ядра, как планеты вокруг Солнца.

Резерфорд провел довольно простой расчет, чтобы найти размер ядра, и обнаружил, что он составляет лишь около 1/100 000 размера атома. Атом был в основном пустым пространством.

В марте 1911 года Резерфорд объявил о своем удивительном открытии на собрании Манчестерского литературно-философского общества, а в мае 1911 года опубликовал статью о результатах в Philosophical Magazine .

Позже Резерфорд и Марсден попытались провести эксперимент с другими элементами в качестве мишени, а также измерили их ядра.

Модель солнечной системы не сразу была принята. Одна очевидная проблема заключалась в том, что, согласно уравнениям Максвелла, электроны, движущиеся по круговой орбите, должны излучать энергию, а потому замедляться и падать на ядро. Атом Солнечной системы не просуществовал бы долго.

К счастью, Нильсу Бору вскоре удалось спасти модель солнечной системы, применив новые идеи квантовой механики. Он показал, что атом мог бы остаться целым, если бы электронам было позволено занимать только определенные дискретные орбитали.

Хотя Резерфорд все еще не знал, что находится в этом открытом им ядре (протоны и нейтроны будут определены позже), его открытие в 1911 году, которое опровергло преобладающую модель атома со сливовым пудингом, открыло путь для современной ядерной энергетики. физика.


История открытия ядра  | Разделы  | Американский институт физики

Резерфорд в Манчестере, 1907–1919 гг.

Эрнест Резерфорд открыл ядро ​​атома в 1911 году.Мы читаем об этом в учебниках и в популярных сочинениях. Но что означает это утверждение? Географическое открытие обычно означает, что человек видит место впервые. Но может ли открытие быть таким же для царства, скрытого от глаз? В этом смысле нельзя увидеть атом. Так что это намекает на то, что, возможно, история открытия ядра была более сложной. История, разворачивавшаяся в лаборатории Резерфорда в Манчестерском университете, вращалась вокруг реальных людей. Это было связано с разочарованиями и триумфами.Это включало в себя тяжелую работу, недоумение и вдохновение.

Когда Резерфорд стал профессором в Манчестере в 1907 году, он нашел современные лаборатории как для обучения, так и для исследований. По настоянию его предшественника Артура Шустера было собрано более 40 000 фунтов стерлингов на программу по физике. Для сравнения, щедрая зарплата Резерфорда составляла 1600 фунтов стерлингов в год. Кредит: Из книги: Физические лаборатории Манчестерского университета: отчет о 25-летней работе Манчестерского университета, Манчестер: в University Press, 1906.Визуальные архивы AIP Эмилио Сегре, Коллекция хрупких книг.

Резерфорд прибыл в Манчестер летом 1907 года, за несколько месяцев до начала семестра в университете. Он был назначен профессором физики Лэнгуорти, преемником Артура Шустера (1851–1934), который вышел на пенсию в возрасте 56 лет, чтобы завербовать Резерфорда. Шустер построил современный корпус физического факультета, нанял Ганса Гейгера, доктора философии. (1882–1945) из-за его экспериментальных навыков и предоставил новую должность в математической физике, чтобы завершить полную программу физики.Резерфорд вошел в центр физического мира. Исследователи приходили к нему десятками.

Прослушать голосовой клип

Для прослушивания этого аудиоклипа у вас должен быть установлен Flash Player.

Я нашел дом Резерфорда очень занятым, трудолюбивым. Но очень грязное место. А именно, в Манчестере очень туманно, туманно и дымно. И конечно везде дым там, везде дым. Теперь техника, используемая в лаборатории Резерфорда, заключалась в установке электроскопа.Вы должны построить его самостоятельно из коробок какао, сусального золота и изоляции серы. А электроскоп вы заряжаете сургучом, которым натерли штаны. Так что это была очень примитивная техника. Но, конечно, также микроскоп, чтобы читать электроскоп. Теперь микроскоп был зафиксирован, и тогда к нему нельзя было прикасаться. И, конечно же, вы не должны были его чистить. Так прошли годы без чистки аппарата. Но если не считать недостатков, это была очень хорошая лаборатория, хорошие помещения, и там работало много людей — способных людей…. Я очень хорошо помню Мозли, с которым был в очень дружеских отношениях. Я расскажу вам позже о его работе. И Чарльз Дарвин был там. Он читал лекции по теоретической физике. И Рассел, который позже поступил в Оксфорд. Итальянец Росси занимался спектроскопией. Он показал, что ионий и натрий имеют одинаковый спектр. И тут появился Гейгер. Он был помощником. А также помощник по имени Маковер, который с тех пор умер. Гейгер и Маковер вместе опубликовали книгу. А еще парень Робинзон, работавший над бета-лучами.Грей, житель Новой Зеландии. Марсден, приехавший из Австралии. Фаяны, приехавшие из Германии. И Болтвуд был там какое-то время. Он приехал из Йеля. Резерфорд пригласил его в надежде, что Болтвуд, великий химик, очистит ионий, но он потерпел неудачу, как и многие другие.

Резерфорд прибыл с множеством исследовательских вопросов. Он не закончил с загадками семейств распада тория, радия и т. д., но передал большую часть этой работы Болтвуду, Хану и Содди. Болтвуд и Хан оба работали с Резерфордом в Манчестере, Болтвудом в 1909–1910 годах и Ханом в 1907–1908 годах.Постепенно Резерфорд все больше обращал свое внимание на сами лучи α (альфа), β (бета) и γ (гамма) и на то, что они могут рассказать об атоме. То есть он оставлял радиохимию другим и обращался к физике.

Резерфорд всегда собирал вокруг себя группу ярких молодых исследователей. На этом групповом фото 1910 года изображены Эрнест Марсден и Ганс Гейгер. Впереди и в центре — профессора Шустер и Резерфорд, а в центре сзади — Уильям Кей, талантливый и услужливый лаборант.Авторы и права: JB Birks, ed., Rutherford at Manchester (London: Heywood & Co., 1962), стр. напротив. 38.

В первую команду Резерфорда в Манчестере входили Гейгер и Уильям Кей (1879–1961), младший лаборант с 1894 года. В 1908 году Резерфорд повысил Кея до начальника лаборатории, чтобы он управлял лабораторным оборудованием и помогал ему в его исследованиях. В 1957 году Кей вспомнил свою юность с Резерфордом в интервью. Язык причудливый, но описание максимально близко к подходу Резерфорда.Задавшим вопрос был Сэмюэл Девонс (1914–2006), который был одним из последних учеников Резерфорда в 1930-х годах.

[Девонс] «Когда вы были здесь [в Манчестере], в этот период… действительно ли Резерфорд сам изготавливал какие-либо аппараты?»

[Кей] «Нет, нет, нет, нет. Раньше мы, я устанавливал почти все его аппараты. Знаете, когда он делал свою работу, знаете, чаще всего он мне говорил, и мы проводили грубый эксперимент, ре…»

[Д.] «Он набросал то, что хотел?»

[К.] «Ну, он бы сказал тебе, что хотел, грубо, понимаешь, но он позволил бы тебе сделать то, что ты хотел, понимаешь, он бы сказал тебе, что он собирался сделать, что было очень хорошо, вы видите. Это дает вам ……… оно многому научило вас, и вы знали, что делать и чего не делать. А затем мы проводили грубый эксперимент и получали одну или две кривые, которые вы видите, а затем сразу же пришивали их к кому-то другому, чтобы он делал настоящую работу, и вот как он делал свою…….. напал на эти мелочи, понимаете».

[Д.] — Он сначала сам их попробовал?

[К.] «Он сам проводил грубый эксперимент над мелочами, понимаете, а потом передал его кому-нибудь…» (Цит. по Hughes, стр. 104)

Ганс Гейгер был главным партнером Резерфорда в исследованиях альфа-излучения с 1907 по 1913 год. Вместе они разработали несколько способов обнаружения альфа-лучей. Они доказали, что альфа-лучи представляют собой дважды ионизированные ядра гелия.ок. 1908 г. Предоставлено: AIP Emilio Segre Visual Archives, Physics Today Collection.

Резерфорд и Ганс Гейгер тесно сотрудничали в 1907 и 1908 годах над обнаружением и измерением α частиц. Если бы они использовали α частиц для исследования атома, они должны были сначала узнать больше об этих частицах и их поведении. Резерфорд пытался еще в Макгилле сосчитать α частиц, но потерпел неудачу.

Год спустя в Манчестере он и Гейгер преуспели в двух методах наблюдения α частиц.В первом методе использовались сцинтилляции, возбуждаемые частицами α на тонком слое сульфида цинка. Они наблюдали их в микроскоп и подсчитывали мерцания под разными углами рассеивания. Они также разработали «электрометр», который мог продемонстрировать большой аудитории прохождение отдельной частицы α . Прибор, который превратился в «счетчик Гейгера», имел частично вакуумированный металлический цилиндр с проволокой по центру. Они приложили напряжение между цилиндром и проводом, достаточно высокое, чтобы почти искрить.Они пропускали α частиц через тонкое слюдяное окно, где эти частицы сталкивались с газами, образуя ионы газа. Затем они столкнулись с другими молекулами и произвели больше ионов и так далее. Каждая частица α производила каскад ионов, которые частично разряжали цилиндр и указывали на прохождение частицы α . Гейгер и Резерфорд опубликовали в 1908 и 1909 годах несколько статей об этих методах и их использовании.

Резерфорд писал Генри Бамстеду (1870–1920), американскому физику, 11 июля 1908 года:

Гейгер — хороший человек и работал как раб.У меня никогда не было бы времени на рутинную работу, пока мы не наладили бы дела в хорошем стиле. В итоге все прошло хорошо, но россыпь это черт. Наша трубка работала как часы, и мы могли легко получить дальность 50 мм. для каждой частицы. … Гейгер — демон в работе по подсчету мерцаний, и он мог считать с интервалами всю ночь, не нарушая своего невозмутимости. Я энергично ругался и удалился через две минуты. (Цитируется по Еве, стр. 180.)

Хотя Резерфорд еще в 1906 г. подозревал, что α частиц представляют собой атомы гелия, лишенные своих электронов, он требовал высоких стандартов доказательств.Одного эксперимента было недостаточно. Одного детектора было недостаточно. Он хотел больше доказательств. Для этого Резерфорду нужны были «большие напряжения» и большие электромагниты, чтобы отклонять α частиц, но этот метод еще не созрел. Стюард лаборатории Уильям Кей вспоминал в процитированном устном историческом интервью, что Резерфорд в 1908 году настаивал на том, что сильные электрические и магнитные поля необходимы для более непосредственного измерения заряда и массы частиц α и β :

И таким он был все время.Это то, что он получил в Кембридже [после 1919 года], чего мы никогда не получали здесь, понимаете, потому что у нас не было денег. (Хьюз, «Уильям Кей», 2008 г., стр. 109–110.) 90 110

Кей сказал, что Резерфорду нужен был большой магнит с водяным охлаждением, но он «выбросил его как горячий пирог», когда узнал его стоимость. Поэтому ему нужна была новая линия атаки. Новая линия была очень простой, химическая процедура смешана с физикой. Для этой работы Резерфорд нанял Томаса Ройдса (1884–1955), получившего степень с отличием по физике в 1906 году.Они собрали α частиц в запаянную стеклянную трубку, сжали их и пропускали через них электрическую искру. Они изучили испускаемый свет в спектроскопе и обнаружили, что он идентичен спектру гелия. Через несколько месяцев Резерфорд был удостоен Нобелевской премии по химии «за исследования распада элементов и химии радиоактивных веществ». (Нобелевская цитата) Резерфорд и Ройдс установили идентичность и основные свойства частиц α .Затем Резерфорд обратил свое внимание на использование их для исследования атома.

Осенью 1908 года началась важная серия исследований. Гейгер пропускал лучи частиц α через золотую и другую металлическую фольгу, используя новые методы обнаружения, чтобы измерить, насколько эти лучи были рассеяны атомами в фольге. Гейгер подумал, что Эрнест Марсден (1889–1970), 19-летний студент факультета физики с отличием, готов помочь в этих экспериментах, и предложил это Резерфорду.Поскольку Резерфорд часто подталкивал к исследованиям студентов третьего курса, говоря, что это лучший способ узнать физику, он с готовностью согласился.

На этом рисунке из статьи Гейгера и Марсдена 1909 года показана коническая стеклянная трубка, наполненная «излучением радия» (радона), закрытая в точке B тонкой пластиной из слюды. Это был их источник альфа ( α ) частиц. S представлял собой экран из сульфида цинка, который мерцал при попадании частицы α . P представлял собой свинцовый экран, который блокировал попадание любых частиц α непосредственно на экран из сульфида цинка.РР представлял собой фольгу (или фольги) из различных металлов (включая золото), которые «диффузно отражали» падающие α частиц. Гейгер и Марсден наблюдали возникающие мерцания через наблюдательный микроскоп, М. Кредит: Х. Гейгер и Э. Марсден, «О диффузном отражении α -частиц», Proceedings of the Royal Society , 1909, 82: 495–500.

Гейгер и Марсден начали с малоугловой дисперсии и попробовали различные толщины фольги, ища математические отношения между дисперсией и толщиной фольги или числом пройденных атомов.Позже Марсден вспоминал, что Резерфорд сказал ему во время этих экспериментов: «Посмотрите, сможете ли вы получить какой-нибудь эффект альфа-частиц, прямо отраженных от металлической поверхности». (Сообщено Марсденом в Birks, 1962, стр. 8). Марсден сомневался, что Резерфорд ожидал обратного рассеяния α частиц, но, как писал Марсден,

… это было одно из тех «предчувствий», что, возможно, можно было бы наблюдать какой-то эффект, и что в любом случае соседняя территория земли этого Тома Тиддлера может быть исследована разведкой.Резерфорд всегда был готов встретить неожиданное и использовать его там, где это было выгодно, но он также знал, когда нужно остановиться в таких прогулках. (Биркс, 1962, стр. 8)

Это был игровой подход Резерфорда в действии. Его ученики и другие люди опробовали его идеи, многие из которых оказались тупиковыми. Однако эта идея поиска обратного рассеяния α частиц окупилась. Резерфорд писал:

Эксперимент, направляемый дисциплинированным воображением либо отдельного человека, либо, что еще лучше, группы людей с различным мировоззрением, способен достичь результатов, далеко превосходящих воображение одного лишь величайшего философа.(Цитируется по Eve, 1939, Frontmatter)

Некоторое время спустя, в 1908 или 1909 году, сказал Марсден, он сообщил о своих результатах Резерфорду. Резерфорд вспоминал об этом несколько иначе:

Помню… позже Гейгер подошел ко мне в большом волнении и сказал: «Мы смогли получить некоторые из α -частиц, летящих назад…» Это было совершенно невероятное событие, которое когда-либо случалось с меня в моей жизни. Это было почти невероятно, как если бы вы выстрелили 15-дюймовым снарядом в кусок папиросной бумаги, а он вернулся бы и попал в вас. ( Резерфорд , 1938, стр. 68)

Человеческая память подвержена ошибкам. Рассказывали ли Марсден или Гейгер Резерфорду, эффект был одинаковым. Резерфорд сказал, что они должны подготовить публикацию на основе этого исследования, которое они представили в мае 1909 года. Более того, это заставило Резерфорда задуматься о том, что в конечном итоге, почти два года спустя, он опубликовал как теорию атома.

Чем занимался Резерфорд до конца 1909 г. и весь 1910 г.? Во-первых, его близкий друг Болтвуд был в Манчестере в течение учебного года, работая с Резерфордом над продуктами радиоактивного распада радия.Он также рассматривал и говорил о более ранних идеях об атомной структуре. Самое главное, он систематически рассматривал явление рассеяния α частиц и проверял каждую частицу. У Резерфорда не сразу появилась смелая идея — ядерный атом, а он пришел к ней постепенно, рассматривая проблему со многих сторон.

Осенью 1910 года он привез Марсдена обратно в Манчестер, чтобы вместе с Гейгером завершить тщательную экспериментальную проверку своих идей. Они повторно установили скорость выброса и диапазоны α частиц радиоактивными источниками и пересмотрели свой статистический анализ.Резерфорд пытался согласовать результаты рассеяния с различными атомными моделями, особенно с моделью Дж.Дж. Томсона, в котором положительное электричество рассматривалось как рассеянное равномерно по всей сфере атома.

Страница ранних недатированных (1910 или 1911) черновых заметок Резерфорда. Первые несколько строк гласят: «Теория строения атома. Предположим, атом состоит из + заряда ne в центре и из – заряда в виде электрона, распределенного по сфере радиусом r». Затем он набросал идеи о расчете силы отклонения заряженной частицы, проходящей вблизи этого заряженного центра.Авторы и права: Дж. Б. Биркс, изд., Rutherford at Manchester (Лондон: Heywood & Co., 1962), с. 70.

В какой-то момент зимой 1910–1911 годов Резерфорд разработал основную идею атома с «заряженным центром». Как указали Гейгер и Марсден в своей статье 1909 года:

Если принять во внимание высокую скорость и массу α -частиц, то кажется удивительным, что некоторые из α -частиц, как показывает эксперимент, могут поворачиваться в пределах слоя 6 x 10 -5 см. золота под углом 90° и даже больше. Чтобы произвести подобный эффект магнитным полем, потребовалось бы огромное поле в 109 абсолютных единиц. (Биркс, стр. 179)

Резерфорд пришел к выводу в своей статье, опубликованной в мае 1911 г., что такое значительное отклонение на пути массивной заряженной частицы может быть достигнуто только в том случае, если большая часть массы, скажем, атома золота и большая часть его заряда будут сосредоточены в очень маленьком центральном тело. Примечание: в этот момент в 1911 году Резерфорд не называл это «ядром».

Послушайте выступление Чедвика о первом публичном заявлении Резерфорда

Для прослушивания этого аудиоклипа у вас должен быть установлен Flash Player.

Первое публичное заявление Резерфорда о ядерной теории было сделано на собрании Манчестерского литературно-философского общества, и он пригласил нас, мальчишек, пойти на собрание. Он сказал, что у него есть что сказать, и он подумал, что мы хотели бы их услышать. В то время мы не знали, о чем идет речь. Пожилые люди в лаборатории знали, конечно, Гейгер и Марсден знали, потому что они уже проводили эксперименты. На самом деле, если только они не сделали чего-то достаточного, чтобы иметь решающее значение, Резерфорд никогда не упоминал об этом публично. И, конечно же, Дарвин знал об этом гораздо раньше. Но это должно было быть в начале 1911 года, и мы пошли на собрание, и он рассказал нам. И тут же он упомянул, что есть некоторые экспериментальные доказательства, полученные Гейгером и Марсденом.Он, насколько я помню, ничего не сказал о результатах, кроме того, что они были весьма решающими. И, как я уже говорил, он никогда бы не сделал такого публичного заявления, если бы у него не было веских доказательств. И это одна из характеристик, пронизывающих все работы Резерфорда, особенно все его работы вплоть до конца манчестерского периода. Если вы посмотрите на некоторые из его ранних работ — я называю Макгилла ранними днями, — он был совершенно убежден, что альфа-частицы — это атомы гелия, но он никогда не говорил этого в тех словах. Он всегда говорил, что это либо атомы гелия, либо молекулы водорода, а может быть, он говорил что-то еще об этом весе. Для него было весьма характерным то, что он никогда не говорил, что что-то так, если у него не было экспериментальных доказательств этого, которые действительно его удовлетворяли.

На самом деле, Резерфорд был чрезвычайно осторожен в выводах об этом центральном заряде: «Простые расчеты показывают, что атом должен быть очагом сильного электрического поля, чтобы произвести такое большое отклонение за одно столкновение.(Биркс, стр. 183). Он быстро и грубо определил, что если эта основная теория верна, то несколько количественных соотношений должны быть верными. Во-первых, число α частиц, рассеянных на заданный угол, должно быть пропорционально толщине фольги. Во-вторых, это число должно быть пропорционально квадрату заряда ядра. Наконец, она должна быть обратно пропорциональна четвертой степени скорости частицы α . Эти три идеи определили экспериментальную программу Гейгера и Марсдена на следующий год.

Послушайте рассказ Чедвика об интересе Резерфорда к исследованиям

Для прослушивания этого аудиоклипа у вас должен быть установлен Flash Player.

Интерес Резерфорда был тогда почти полностью связан с исследованиями. Он очень мало преподавал в Макгилле. Он был профессором-исследователем. Я предполагаю, что он читал несколько лекций, но их было очень мало. И его интерес вполне естественно был на исследовательской стороне. Он читал несколько лекций, но элементарных лекций, таких, которые человек должен знать до поступления в университет.Это были лекции для инженеров. Они были шумной компанией, и Резерфорд мог держать их под контролем. Возможно, в отделе был только один человек, который мог бы это сделать, и ему (Резерфорду?) они понравились, потому что он смог показать им очень интересные эксперименты, которые можно проводить на начальных курсах.

Мне часто говорили, что Резерфорд был плохим лектором. Такого бреда я еще не слышал. Правда, иногда он был немного скучен, немного путался, но это было только в очень редких случаях.Были и другие случаи, когда он действительно возбуждал. От него исходил огромный энтузиазм.

Резерфорд рассматривал возможность того, что заряженный центр отрицателен. Сегодня это звучит странно, так что же сделало это разумным? Во-первых, она не сильно отличалась от модели Томсона. Во-вторых, поскольку Резерфорд знал, что частицы α несут двойной + заряд, он подумал, что это может действовать так же, как Солнце действует на проносящуюся мимо комету.Он будет метать частицу α по кругу и обратно к своему источнику. Он также рассмотрел почти забытую модель, предложенную японским физиком Хантаро Нагаока (1865–1950), — модель Сатурна. Нагаока и Резерфорд контактировали в 1910 и 1911 годах, и Резерфорд упомянул модель Нагаоки о «центральной притягивающей массе, окруженной кольцами вращающихся электронов» (Биркс, стр. 203). Конечным результатом этой критической статьи Резерфорда, однако, было заявление Резерфорда о том, что то, является ли атом диском или сферой, и действительно, положительный или отрицательный заряд в центре, не повлияет на расчеты. Резерфорд всегда старался не претендовать на большее, чем могли подтвердить его результаты.

В ныне известную статью Резерфорда от мая 1911 года о рассеянии альфа-частиц золотой фольгой он включил этот набросок гиперболического пути частицы. Авторы и права: Э. Резерфорд, «Рассеяние частиц α и β материей и структура материи», Philosophical Magazine , 1911, 21:669–688.

Резерфорд видел возможные проверки природы центрального заряда. По его словам, поглощение частиц β должно быть разным с отрицательным центром по сравнению с положительным.Положительный центр объясняет большую скорость, которую α частиц достигают при испускании радиоактивных элементов. Но это были только намеки.

На этой схеме представлены усовершенствованные эксперименты 1912–1913 годов, проведенные Гейгером и Марсденом. R — источник альфа-частиц, E — золотая фольга, M — микроскоп, вращающийся вокруг вертикальной оси с центром на золотой фольге. Альфа-частицы от источника проходили через диафрагму D, рассеивались фольгой и наблюдались в виде сцинтилляций на экране S. Гейгер и Марсден наблюдали за углами рассеяния частиц, вращая узел микроскопа и экрана. Авторы и права: Х. Гейгер и Э. Марсден, «Законы отклонения α частиц под большими углами», Philosophical Magazine , 1913, 25:604–623.

Гейгер и Марсден действительно систематически работали над проверяемыми следствиями гипотезы Резерфорда о центральном заряде. Первая крупная публикация их результатов была на немецком языке в Proceedings Венской академии наук ( Sitzungberichte der Wiener Akademie der Wissenschaften) в 1912 году.За этой 30-страничной версией последовала версия на английском языке в 1913 году в Philosophical Magazine: «Законы отклонения α частиц под большими углами». Английская версия более известна. Небольшие различия между ними привели одного историка к предположению, что к августу 1912 года Резерфорд принял решение в пользу положительно заряженного центра (Trenn, 1974). Другие члены команды Резерфорда, особенно Чарльз Гальтон Дарвин (1887–1962), Х. Г.Дж. Мозли (1887–1915) и Нильс Бор (1885–1962) сыграли важную роль в окончательном создании Резерфордом ядерного атома.

Молодой Генри Г.Дж. Мозли, в лаборатории Баллиол-Тринити, Оксфорд, ок. 1910. Позже в том же году Мозли начал исследования в лаборатории Резерфорда в Манчестере. Его блестящая карьера оборвалась в боях Первой мировой войны. Фото: Оксфордский университет, Музей истории науки, любезно предоставлено AIP Emilio Segrè Visual Archives, Physics Today Collection.

«Великая война» полностью нарушила работу манчестерского отдела Резерфорда. Бор вернулся в Данию. Марсден принял должность профессора в Новой Зеландии.Мозли погиб в битве при Галлиполи. Джеймс Чедвик (1891–1974), который работал с Гейгером в Берлинском техническом университете, когда началась война, провел несколько лет в лагере для военнопленных Рулебен. Другие студенты тоже ушли на войну, и Резерфорд посвятил много сил мобилизации науки для военных действий и, в частности, противолодочной техники.

Нильс Бор впервые работал с Резерфордом по адресу
Manchester в 1912 году. На этой фотографии изображены молодые Нильс и Маргрета Бор, ок.1914 г., когда Бор сменил Чарльза Гальтона Дарвина на посту читателя Шустера по математической физике в Манчестере. Предоставлено: AIP Emilio Segre Visual Archives, коллекция Маргрет Бор.

На этом рассеянном фоне Резерфорд и его лаборант Уильям Кей в 1917 году начали исследовать прохождение частиц α через водород, азот и другие газы. Когда закончилась Великая война, Эрнест Марсден ненадолго помог с утомительными наблюдениями сцинтилляций, которые дали ключ к пониманию природы ядра.Резерфорд сообщил о предварительных результатах этих обширных экспериментов в 1919 году. Резерфорд поместил источник радия С (висмут-214) в герметичный латунный контейнер, приспособленный таким образом, чтобы положение источника можно было изменять и чтобы можно было вводить различные газы или вакуум создается по желанию. Частицы α пересекали внутреннюю часть контейнера и проходили через щель, закрытую серебряной пластиной или другим материалом, и попадали на экран из сульфида цинка, где в затемненной комнате наблюдалось мерцание. Когда в контейнер ввели газообразный водород и постарались поглотить частицы α до того, как они попадут на экран, сцинтилляции все еще наблюдались. Резерфорд предположил, что когда частицы α пересекают газообразный водород, они время от времени сталкиваются с ядрами водорода. Как писал Резерфорд, это произвело «стремительные атомы водорода», которые в основном были спроецированы вперед в направлении первоначального движения α частиц.

Во время этих экспериментов Резерфорд имел в виду несколько тонких вопросов, главным образом связанных с природой ядра.Он попросил своего коллегу Дарвина проанализировать эти столкновения на основе «простой теории» упругих столкновений между точечными ядрами, отталкивающимися по закону обратных квадратов, α частиц, несущих заряд, в 2 раза превышающий заряд электрона (и противоположного знака). ) и ядер водорода в 1 раз. Дарвин обнаружил, что все α частиц, приближающихся на расстояние 2,4×10 -13 см, образуют «быстрый атом водорода». Однако эта простая теория предсказывала гораздо меньшее количество ускоренных атомов водорода, чем наблюдалось в экспериментах.

Резерфорд отверг объяснения этой дисперсии, основанные на различных зарядах частиц или других законах, кроме законов обратных квадратов. Скорее, он пришел к выводу, что для расстояний порядка диаметра электрона «структура ядра гелия больше не может рассматриваться как точка…». Он утверждал, что ядро ​​гелия (частица α ) имеет сложную структуру из четырех ядер водорода и двух отрицательно заряженных электронов. (Мы бы сказали, что он состоит из двух протонов.) Резерфорд пришел к выводу, что более вероятным объяснением является деформация сложных ядер во время столкновений, поскольку изменение сил между ядрами сложным образом меняется при близком сближении.

Принимая во внимание интенсивные силы, возникающие при таких столкновениях, было бы неудивительно, если бы ядро ​​гелия распалось. Никаких свидетельств такого распада… не наблюдалось, что указывает на то, что ядро ​​гелия должно быть очень стабильной структурой.

Мы должны помнить, что Резерфорд не мог непосредственно наблюдать структуру ядра, поэтому его выводы были предварительными.Тем не менее он открыто рассматривал возможности сложного ядра, способного к деформации и даже к возможному распаду. Эти мысли сформировали этот напряженный период экспериментальных исследований.

Открытие атомного ядра — глава книги

Ядерная физика началась 1 марта 1896 года с открытия радиоактивности Анри Беккерель. Беккерель обнаружил, что соли урана (например, K 2 UO 2 (SO 4 ) 2 ·2H 2 O) образовывались черные дорожки на фотопластинках.Ответственность за радиацию впервые интерпретировали как проникающее УФ-излучение, так как Вильгельм Рентген открыл рентгеновские лучи годом ранее. Беккерель назвал свое излучение «лучами». ураники». Слово «радиоактивность» было введено позже Марией Кюри. Эрнест Резерфорд и другие обнаружили, что радиоактивность состоит по крайней мере из трех компоненты: (i) α — излучение, которое легко поглощается и отклоняется магнитными полями, (ii) проникающее β -излучение (которую первоначально наблюдал Беккерель), которая отклоняется в противоположную сторону. направление, и (iii) γ -излучение, которое не отклоняется магнитные поля.Таким образом, α — и β -лучи имели противоположными электрическими зарядами, а γ -излучение было электрически нейтральный.

Резерфорд описал выделяющуюся энергию как «атомную» энергию 1 . Поскольку атомы воспринимались как элементарные строительные блоки 2 происхождение выделения энергии было неясным: была ли теорема закон сохранения энергии нарушен или атом все-таки мог разложиться на более мелкие фрагменты?

Вскоре были обнаружены другие радиоактивные атомы, в том числе полоний и радий. (Пьер и Мария Кюри, 1898 г., см. рисунок 1.1). В 1909 году Резерфорд и Гейгер наблюдал характерные спектральные линии гелия в лампе накаливания, облученной источником радия (гелий был открыт в 1895 году Норманом Рэмси в урановая руда). Они пришли к выводу, что атомы гелия представляют собой α частиц. которые потеряли свои положительные заряды!

Дж. Дж. Томсон после открытия электрона в 1897 г. был убежден, что атом состоял из «пудинга» электронов и положительных зарядов, где (как ни странно) вклад в массу атома вносили только электроны.Водород таким образом, содержал примерно 2000 электронов. Эта точка зрения была пересмотрена в 1906 г. была измерена скорость рассеяния рентгеновских лучей электронами оболочки и по сравнению с так называемым поперечным сечением Томсона. Было обнаружено, что водород имеют 1-2 электрона.

После открытия атомного ядра в 1911 году Резерфордом, Гейгером и Марсдена, который мы опишем подробно, атом моделировался как твердое ядро. с А положительных заряда и () электронов (общий положительный заряд Ze ) окружен облаком электронов с зарядом.Ответственными за это считались электроны в ядре. для β -излучения. (Нейтрон был открыт в 1932 г. теория β -распада как превращения нейтрона в протон () был сформулирован в 1934 году Энрико Ферми. ) Простейший атом, водород, состоял из одной единицы положительного заряда, которую Резерфорд назвал «протон» и один электрон оболочки. Планетарная модель атома, какой мы ее знаем сегодня был введен Нильсом Бором в 1913 году.Первый искусственно созданный ядерная реакция (N→ p 17 O) наблюдалась в 1914 г. Резерфордом и Марсденом. Комплексный отчет о первых днях ядерной физики и физики элементарных частиц можно найти в [1].

Ганс Гейгер и Эрнест Марсден, два сотрудника Резерфорда, были исследование рассеяния α на тонких пленках в Университете Манчестера. Аппарат (рисунок 1.2) состоял из вакуумированного камера, коллимированный источник радия, R, и сцинтиллятор ZnS, S, который можно было вращать вокруг тонкой золотой или серебряной фольги F, установленной в центре камеры.Кинетическая энергия частицы α составила Т  = 4,78 МэВ.

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 1.2.  Прибор, которым пользовались Резерфорд, Гейгер и Марсден (по [2]).

Скачать рисунок:

Стандартное изображение Изображение с высоким разрешением

Рассеянные частицы α произвели вспышки света в Сцинтиллятор ZnS, который можно было наблюдать с помощью микроскопа, М.Номер вспышек за заданное время измерения показано в таблице 1.1 как функция угла рассеяния θ . При малых углах коллимация источник был увеличен, так как человеческий глаз не может разрешить скорость счета более ∼90/мин. Гейгер и Марсден определили, что скорость уменьшилась. с увеличением угла рассеяния, следуя угловому распределению . Удивительным было наблюдение рассеянного назад α частиц (). Это было бы возможно только в том случае, если бы атом состоял из твердого тяжелое ядро, в котором был сконцентрирован электрический заряд, ядро ​​ 3 .

Таблица 1.1. Количество отсчетов N в зависимости от угла рассеяния θ .

  Серебро Золото
θ [°] Н Н
           
150 1. 15 22,2 19,3 33,1 28,8
135 1,38 27,4 19,8 43,0 31.2
120 1,79 33,0 18,4 51,9 29,0
105 2,53 47,3 18. 7 69,5 27,5
75 7,25 136 18,8 211 29,1
60 16.0 320 20,0 477 29,8
45 46,6 989 21,2 1435 30. 8
37,5 93,7 1760 18,8 3300 35,3
30 223 5260 23.6 7800 35,0
22,5 690 20300 29,4 27300 39,6
15 3445 105400 30. 6 132000 38,4
30 223 5,3 0,024 3.1 0,014
22,5 690 16,6 0,024 8,4 0,012
15 3445 93. 0 0,027 48,2 0,014
10 17330 508 0,029 200 0,0115
7.5 54650 1710 0,031 607 0,011
5 276300 3320 0. 012

Опишем теперь процесс рассеяния количественно (рис. 1.3), сделав следующие (современные) предположения:

  • 1.  

    Ядро намного тяжелее снаряда (масса м , скорость ), так что энергия отдачи ядра равна пренебрежимо мал (то есть скорость снаряда после столкновения ). Это относится не к свободным атомам, а к атомы, связанные в кристаллической решетке.
  • 2.  

    Ядро и снаряд бесструктурные (точечные) с зарядами и зе соответственно, и имеют спин 0.
  • 3.  

    Взаимодействие полностью описывается электромагнитным взаимодействие (кулоновская сила).

  • 4.  

    Ядро в процессе рассеяния не возбуждается ( упругое рассеяние ) и снаряд не теряет энергию при взаимодействии с электронами оболочки, поскольку м намного больше, чем масса электрон.

Пусть — составляющая скорости, перпендикулярная (рисунок 1. 3). За каждую точку получается на траектории с сохранением углового момента, что

Прицельный параметр b расстояние между падающим снарядом на асимптотических расстояниях и осью пучка. Угол рассеяния обозначается как θ , и К нет — сила, спроецированная в направлении .Проекция асимптотического импульса до и после столкновения. Таким образом, по импульсу изменяется на

. Из (1.1) имеем, что

и, следовательно,

. Используя (1.2), получаем

. Находим взаимно-однозначную связь между прицельным параметром b и угол рассеяния θ . Для большие (соответственно малые) расстояния от оси,

Рассмотрим теперь сферу единичного радиуса (рис. 1.4): входящий частицы, которые пролетают через кольцо площадью

, рассеиваются между θ и в телесный угол

Площадь называется дифференциальным крестом раздел .Из (1.5) получаем

отсюда с (1.7)

Делением на из (1. 8) получаем

где – кинетическая энергия снаряда. Давайте представим безразмерная постоянная тонкой структуры

, а также натуральных единиц

Уравнение (1.11) тогда принимает простое форму, известную как формула Резерфорда

, которая представляет собой дифференциальное сечение рассеяния в телесный угол.Как мы увидим, формула (1.14) является мерой вероятность того, что снаряд будет разбросан между θ и поэтому описывает угловой распределение рассеянных частиц.

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 1.3. Резерфордовское рассеяние.

Скачать рисунок:

Стандартное изображение Изображение с высоким разрешением

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 1.4.  Единичная сфера единичного радиуса.

Скачать рисунок:

Стандартное изображение Изображение с высоким разрешением

1.

1.1. Примечания по агрегатам

1.1.2. Интерпретация дифференциального сечения

1.1.3. Замечания о резерфордовском рассеянии

Дифференциальное сечение (1.14) для Резерфорда рассеяние уменьшается как с увеличением угла θ , в в соответствии с экспериментальными наблюдениями Гейгера и Марсдена (фигура 1.2). Таким образом, атом имеет твердое ядро ​​с зарядом. + Зе . Здесь следует сделать ряд замечаний:

Открытие атомного ядра

Открытие атомного ядра

Образное изображение атома гелия-4 с электронным облаком в оттенках серого. Протоны и нейтроны, скорее всего, находятся в одном и том же пространстве, в центральной точке. Источник wikipedia.org Лицензия CC BY-SA 3.0

В физике атомное ядро ​​ является центральной частью атома.По сравнению с атомом он намного меньше и содержит большую часть массы атома. Ядро атома также содержит весь свой положительный электрический заряд (в протонах), а весь его отрицательный заряд распределен в электронном облаке.

Атомное ядро ​​было открыто Эрнестом Резерфордом, который предложил новую модель атома на основе экспериментов Гейгера-Марсдена . Эти эксперименты проводились между 1908 и 1913 годами Гансом Гейгером и Эрнестом Марсденом под руководством Эрнеста Резерфорда.Идея Резерфорда заключалась в том, чтобы направить энергичные альфа-частицы на тонкую металлическую фольгу и измерить, как пучок альфа-частиц рассеивается при ударе о тонкую металлическую фольгу. Узкий коллимированный пучок альфа-частиц был направлен на золотую фольгу толщиной около 1 мкм (толщиной около 10 000 атомов). Альфа-частицы представляют собой энергичные ядра гелия (обычно около 6 МэВ) . Альфа-частицы, которые примерно в 7300 раз массивнее электронов, имеют положительный заряд +2e. Из-за своей относительно большей массы альфа-частицы незначительно отклоняются от своего пути электронами в атомах металла.

Согласно модели Томсона, если бы альфа-частица столкнулась с атомом сливового пудинга, она просто пролетела бы сквозь него, отклонившись от траектории не более чем на долю градуса. Но в эксперименте Гейгер и Марсден увидели, что большинство частиц рассеивается под довольно малыми углами, но, и это было большой неожиданностью, очень малая часть их рассеивается под очень большими углами, приближающимися к 180° (т. е. они были откатился назад).

По словам Резерфорда:

«Это почти так же невероятно, как если бы вы выстрелили пятнадцатидюймовым снарядом в лист папиросной бумаги  , и он вернулся и попал в вас.

Резерфорд предположил, что для отклонения альфа-частицы назад должна быть очень большая сила. Эта сила могла быть обеспечена только в результате столкновения с массивной целью или от взаимодействия с электрическим или магнитным полем большой напряженности. В предыдущих экспериментах было показано, что отклонения должны быть электрическими или, возможно, магнитными по происхождению.

Эти эксперименты стали знаменательной серией экспериментов, в ходе которых ученые обнаружили, что каждый атом содержит ядро ​​(диаметр которого составляет порядка 10 90 210 -14 90 211 м), где весь его положительный заряд и большая часть массы сосредоточены в небольшом области, называемой атомным ядром. В атоме Резерфорда диаметр его сферы (около 10 -10 м) влияния определяется его электронами. Другими словами, ядро ​​занимает лишь около 10 90 210 -12 90 211 общего объема атома или меньше (ядерный атом в значительной степени представляет собой пустое пространство), но оно содержит весь положительный заряд и не менее 99,95 % общей массы атома. атом.

На основе этих результатов Эрнест Резерфорд предложил новую модель атома. Он постулировал, что положительный заряд в атоме сосредоточен в небольшой области (по сравнению с остальной частью атома), называемой ядром в центре атома с электронами, существующими на орбитах вокруг него.Кроме того, ядро ​​отвечает за большую часть массы атома.

Наследие Резерфорда — рождение ядерной физики в Манчестере

Манчестер — родина ядерной физики, и в этом году исполняется 100 лет с тех пор, как Эрнест Резерфорд «расщепил атом» в Манчестерском университете… или нет?

В 1917 году лауреат Нобелевской премии фактически стал первым человеком, создавшим искусственную ядерную реакцию в лабораториях Университета. Открытие Резерфорда теперь часто описывается в популярных отчетах как «расщепление атома», но его не следует путать с процессом ядерного деления, обнаруженным позже в 1930-х годах.

Между 1914 и 1919 годами Резерфорд провел множество экспериментов в университете, бомбардируя газообразный азот альфа-частицами. Эти эксперименты показали, что испускается проникающее излучение, которое, по предположению Резерфорда, могло быть ядром атома водорода.

Последующие кропотливые исследования, проведенные Патриком Блэкеттом по предложению Резерфорда в Кембридже в 1920-х годах, позволили получить редкие изображения из камеры Вильсона, раскрывающие все детали происходящего.На фотографиях видно, что некоторые альфа-частицы были поглощены ядрами азота. Этот процесс привел к избыточной энергии в ядрах азота, что привело к испусканию атома кислорода и ядра водорода. (Между прочим, Блэкетт переехал в Манчестер в 1937 году, где его избрали профессором Лэнгуорти, а в 1948 году он получил Нобелевскую премию за исследования космических лучей. )

Именно благодаря этим первым экспериментам Резерфорд и его команда стали первыми в истории, кто инициировал искусственную ядерную реакцию, а позже Блэкетт раскрыл механизм реакции.Теперь мы также знаем, что испускаемое ядро ​​водорода на самом деле было субатомной частицей, называемой теперь протоном.

Профессор Шон Фриман, профессор ядерной физики и глава Школы физики и астрономии в университете, объясняет: ««Расщепление атома» — не особенно хорошее описание этой работы, учитывая подробную картину реакции, раскрытую позже Блэкетт.»

Упрощенная наука: что такое атомные ядра?

Министерство энергетики США 6 июля 2021 г.

В 1911 году Эрнест Резерфорд открыл, что в основе каждого атома лежит ядро.Атомные ядра состоят из электрически положительных протонов и электрически нейтральных нейтронов. Они удерживаются вместе самой сильной известной фундаментальной силой, называемой сильной силой. Ядро составляет гораздо меньше, чем 0,01% объема  атома, но обычно содержит более 99,9% массы атома.

Химические свойства вещества определяются отрицательно заряженными электронами, окружающими ядро. Количество электронов обычно совпадает с количеством протонов в ядре.Некоторые ядра нестабильны и могут подвергаться радиоактивному распаду, в конечном итоге достигая стабильного состояния в результате испускания фотонов (гамма-распад), испускания или захвата электронов или позитронов (бета-распад), испускания ядер гелия (альфа-распад) или комбинации этих процессов. Большинство ядер имеют сферическую или эллипсоидальную форму, хотя существуют и экзотические формы. Ядра могут вибрировать и вращаться при столкновении с другими частицами. Некоторые из них нестабильны и могут развалиться или изменить относительное количество протонов и нейтронов.

Факты о ядрах
  • Типичная песчинка содержит более 10 миллионов триллионов ядер. Это в 100 раз больше, чем количество секунд с начала Вселенной.
  • На ядро ​​приходится более 99,9994% всей атомной массы, но оно занимает менее одной десятитриллионной части атомного объема.
  • Все ядра имеют примерно одинаковую плотность. Если Луну разбить до такой же плотности, она поместится внутри стадиона Янки.
Управление науки Министерства энергетики: вклад в исследования ядер

Управление ядерной физики Министерства энергетики в Управлении науки поддерживает исследования, направленные на изучение всех форм ядерной материи. Это исследование включает механизмы образования тяжелых ядер при слиянии космических нейтронных звезд. Он также включает в себя раскрытие ранее неизвестных свойств ядер в их естественном состоянии для важных приложений в медицине, торговле и национальной обороне. Другая область исследований — понимание того, как именно устроены ядра в зависимости от количества протонов и нейтронов внутри них.Другие исследования сосредоточены на нагревании ядер до температуры ранней Вселенной, чтобы понять, как они конденсировались из кварк-глюонного супа, существовавшего в то время.

Атомное ядро: больше, чем сумма его частей

ASK JACEK

КТО ВДОХНОВИЛ ВАС ИЗУЧАТЬ ФИЗИКУ В УНИВЕРСИТЕТЕ?

Конечно, мой школьный учитель. Он вел самые необычные и нетипичные занятия во всей школе. Он указал нам на решение проблем, которые вдохновили нас на впечатляющие, иногда взрывные эксперименты! Я помню одно занятие, на котором мы оценивали силы, действующие на железный стержень, закрепленный на концах и охлаждаемый сухим льдом.Он щелкнул с ужаснейшим шумом, и выяснить, почему, было самым интересным путешествием в структуру металлов.

ВЫ ОБУЧАЕТЕ В СВЯЗИ С ВАМИ? ЭТО ТО, ЧТО ВАМ НАСЛАЖДАЕТСЯ?

В настоящее время я работаю в Йоркском университете по исследовательскому гранту, поэтому в настоящее время я не преподаю. Тем не менее, я преподавал около 40 лет в течение своей профессиональной карьеры, поэтому я бы сказал, что у меня была хорошая доза преподавательского опыта. Мне нравилось преподавать, но постепенно я перестал получать удовольствие от того, сколько времени это занимает.

ЧТО БЫЛО САМЫМ САМЫМ В ВАШЕЙ КАРЬЕРЕ?

Будучи молодым постдоком, я решил проблему, как описать ядра, состоящие из нейтронов, намного превышающих количество протонов. Даже сейчас я, вероятно, наиболее известен в сообществе благодаря этому раннему успеху. С тех пор мне было предложено множество возможностей для создания и руководства большими исследовательскими группами, что позволило мне предлагать и реализовывать идеи, которые невозможно реализовать без совместной работы. Это то, чем я сейчас занимаюсь — пытаюсь разработать методы, позволяющие описывать свойства тяжелых ядер с недоступной ранее точностью.

ВЫ ПРОВЕЛИ БОЛЬШУЮ ЧАСТЬ СВОЕЙ КАРЬЕРЫ В ВАРШАВСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ, НО ПЕРЕЕХАЛИ В ВЕЛИКОБРИТАНИИ. МОЖЕТЕ ЛИ ВЫ ОПИСАТЬ ЭТОТ ОПЫТ ПОДРОБНЕЕ?

Это правда, что большую часть своей карьеры я провел в Варшавском университете, но большую часть своей жизни я провел и за пределами Варшавы. Я думаю, что около 30% моей карьеры я провел за границей, поэтому я предпочитаю называть себя физиком-бродягой — совсем нетипичный профессиональный профиль в наши дни. Мне очень нравится переезжать в новые места и принимать новые вызовы, и Йорк удовлетворил и то, и другое.

ЧТО В ЭТОЙ ОБЛАСТИ ФИЗИКИ ВЫ НАХОДИТЕ НАИБОЛЕЕ УВЛЕКАТЕЛЬНЫМ И ЗАХВАТЫВАЮЩИМ?

Я большой поклонник философского подхода к физике и науке в целом, который рассматривает «эмерджентность» как основной принцип природы. Этот подход говорит о том, что целое всегда больше, чем простая сумма его составных частей. Например, живой организм представляет собой сумму его биологических клеток, но его существенные черты выходят далеко за рамки того, что могут рассказать нам свойства клеток.

Биологическая клетка представляет собой сумму простых органелл, но ее функции в жизни проявляются как нечто гораздо большее, чем сумма ее мембраны, клеточного ядра, митохондрий или хлоропластов. Белки внутри клетки намного больше, чем просто сумма составляющих ее атомов. Эта цепочка появляющихся явлений продолжается вплоть до меньших и меньших объектов, и атомное ядро ​​демонстрирует захватывающие квантовые явления, которые выходят далеко за рамки того, что могут рассказать нам его основные составляющие, протоны и нейтроны. Для меня вопросы о том, как протоны и нейтроны организованы в атомном ядре, являются главной научной проблемой, и на их изучение стоит потратить целую жизнь.

НАКОНЕЦ, МОЖЕТЕ ЛИ У ВАС ЕСТЬ МУДРОСТЬ ОБ ОДНОМ ДНЕ ИЗ ЖИЗНИ ФИЗИКА?

Ну, во-первых, хочу сказать, что быть учёным – и, в частности, физиком – чрезвычайно приятный и полезный способ проводить время в этом мире. Свобода организовывать свое время и жизнь невероятна; это никогда не работа с 9 до 5.Работать в физике — это удовольствие, и это то, что никогда не прекращается — вы можете думать, где бы вы ни находились и чем бы вы ни занимались. Говорят, что лучшие идеи приходят в душе, поэтому я рекомендую принимать душ пять раз в день!

Вы работаете с очень умными людьми, и вы получаете фантастическую помощь и поддержку от ваших руководителей и коллег. Конечно, есть и минусы. Это чрезвычайно конкурентная среда; получить стабильную работу трудно, а стабильности в жизни добиться нелегко.Но, эй, это сработало для меня — почему это не сработает и для вас?

.

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.