Пучок - а-частица
Cтраница 2
Он установил, что при прохождении пучка а-частиц сквозь слой газа или тонкую металлическую пластинку большинство их продолжает двигаться прямолинейно, а небольшая часть отклоняется на разные углы от первоначального направления. Такое резкое изменение направления движения а-частиц можно объяснить только тем, что они наталкиваются, проникая во внутренние области атомов, на их составные части, имеющие одноименный ( положительный) и притом значительный по величине заряд. Несмотря на то что а-частицы - пролетают сквозь миллионы миллионов атомов, лишь немногие из них отклоняются от прямолинейного пути. [16]
Если экран укрепить на изолирующей подставке и на него направить пучок а-частиц, то можно точно подсчитать по числу вспышек, какое число а-частиц упало на экран. Поскольку а-частицы несут положительный заряд, постольку при бомбардировке экрана они заряжают его положительным электричеством. Величину этого заряда в конце опыта можно точно измерить. [17]
В весьма реальном плане опыт с рассеянием а-частиц представляет собой просто видоизмененный вариант того, что происходит, когда мы рассматриваем обыкновенный предмет в дневном свете. Во многом подобно таким же образом мы смотрим на атомы посредством наблюдения за их воздействием на пучок а-частиц, электронов, протонов, нейтронов или электромагнитного излучения подходящих частот. [18]
Таким образом, всякая теория, использующая ту или иную модель атома, оказывается логически не обоснованной: мы не можем точно определить начальные условия, необходимые для описания дальнейшего хода элементарного акта столкновения. В дальнейшем мы увидим, что эта невозможность принципиальная, вовсе не связанная с недостаточностью использованных нами средств. Вопрос можно было бы сформулировать непосредственно так: пучок а-частиц попадает в поле атомных ядер; каково распределение рассеянных а-частиц по углам после прохождения зоны возмущения. Именно таким образом ставится вопрос в квантовой механике, с которой мы познакомимся в главе II. [19]
Мы не будем углубляться в развитие этого формализма, а лучше спросим, что является эмпирическим обоснованием этой точки зрения. Это обоснование заключается прежде всего в атомных процессах соударения, вынуждающих нас интерпретировать квадрат модуля волновой функции Шредингера p ( qr, W) 2 как число частиц. Например, если мы возьмем случай, исследованный впервые Резерфордом, где пучок а-частиц сталкивается с тяжелыми атомными ядрами, то ему соответствует плоская ф-волна, которая рассеивается на ядрах ( посредством кулоновского обменного взаимодействия между зарядами) и переходит в сферическую волну. Вентцель и Оппенгеймер показали, что и в самом деле для множества рассеянных частиц получается формула Резерфорда, если принять интенсивность шрединге-ровской волны за меру вероятности. [20]
 |
Схема установки Резерфорда для наблюдения рассеяния а-частиц металлической фольгой. Установка помещается в вакуумную камеру. [21] |
Эксперимент, выполненный Резерфордом с сотрудниками, заключался в бомбардировке золотой фольги а-частицами, которые представляют собой ядра гелия с двойным зарядом. Пучок а-частиц направлялся на тонкую металлическую фольгу, которая имела толщину приблизительно 10 000 атомов. [22]
Для проверки справедливости этого предположения необходимо было экспериментальным путем определить заряд ядра атома. Один из таких методов был предложен Резерфордом. Исследуя а-излуче-ние, Резерфорд заметил, что след пучка а-частиц, прошедшего через узкую щель, получается резким и отчетливым, если из сосуда выкачать воздух. Траектория След получается размытым, если ос-частицы прохо - а-частицы. [23]
Однако благодаря тому, что вес атомов известен, мы знаем, что где-то в атоме должно быть расположено нечто массивное. Трудно поверить, что эта масса состоит из электронов. Масса атома золота примерно в 50 раз больше массы а-частицы, и если а-частица ударяется о такую массу в лоб, то она должна отскочить прямо назад. Поэтому рассмотрим снова пучок а-частиц, проходящих сквозь золотую фольгу. [24]
Для этой цели применяют коллимированные пучки моноэнергетических а - или р-частиц низкой энергии; исследуемую фольгу помещают между источником излучения и детектором. Методы, основанные на использовании а-излучателей, дают более точные результаты в том случае, если а-частицы достигают детектора почти в самом конце пробега. Тогда даже незначительные изменения толщины образца в большой степени отражаются на скорости счета детектора. Приборы для определения толщины материала, основанные на регистрации прошедшего через него а - или ( 3-излучения, могут быть сравнительно простыми, если предназначаются для относительных измерений и контроля однородности. Один из наиболее удачных методов измерения толщины состоит в регистрации хорошо коллимирован-ного пучка а-частиц до и после фольги с помощью спектрометра с высокой разрешающей способностью, например состоящего из полупроводникового детектора с амплитудным анализатором. Мерой средней толщины фольги, помещенной на пути луча, является сдвиг спектральной линии в сторону низких энергий; уширение линии может дать некоторую информацию о неоднородности фольги в микромасштабе. [25]
Страницы: 1 2