Быстрые а-частица
Cтраница 2
Продолжительность световой вспышки от отдельной частицы очень невелика и в реальных условиях может составлять величину порядка 10-и сек. Счетчик Черепкова регистрирует быстрые а-частицы, Y-кванты, протоны и мезоны высоких энергий. [16]
Формула Бора (13.36) верно описывает потери энергии для сравнительно медленных а-частиц и тяжелых ядер. Однако для электронов, мезонов, протонов и даже для быстрых а-частиц оно приводит к сильно завышенным значениям потерь энергии. Причина этого заключается в том, что для более легких частиц классическое рассмотрение уже неприменимо из-за квантовомеханических эффектов. Важнейшими квантовыми эффектами являются, во-первых, дискретность возможных значений передаваемой энергии, во-вторых, ограничения, связанные с волновой природой частиц и принципом неопределенности. [17]
Ве есть хорошо известный уровень J71 2 с энергией возбуждения Е 16 63 МэВ [9], при переходе на который величина Q реакции (15.2.22) очень близка к нулю. На первом этапе образуется относительно долгоживу-щее состояние 8Ве, которое затем распадается на две быстрые а-частицы. А поскольку в процессе (15.2.22) Q и 0, то, благодаря эффекту Вилкинсона-Сельшопа [39], сечения этой реакции при умеренно малых энергиях должны быть существенно больше, чем дают простые барьерные оценки. [18]
 |
График потенциальной энергии. [19] |
Однако опыты показывают, что оно не соблюдается. Очень быстрые а-частицы с энергией 8 8 Мэв рассеиваются от ядра урана в соответствии с законом Кулона. Следовательно, максимум ( полная высота) потенциального барьера ядра урана лежит выше 8 8 Мэв и а-час-тица, которая покидает ядро атома урана, должна иметь энергию больше 8 8 Мэв. В действительности же энергия а-частиц, испускаемых ураном, равна 4 18 Мэв. [20]
Причину такого малого числа ядерных реакций нетрудно понять. Чтобы проникнуть внутрь атомного ядра, а-части-ца должна преодолеть огромные силы электростатического отталкивания, ибо и а-частица и ядро обладают положительным зарядом. Поэтому ядерные превращения могут производить только достаточно быстрые а-частицы. Но, двигаясь в веществе, ос-частицы расходуют свою энергию на ионизацию и возбуждение атомов. Очень скоро они полностью затормаживаются, захватывают электроны и превращаются в нейтральные атомы гелия. Ввиду малых размеров ядер ( см. § 200) лишь немногие частицы наталкиваются на ядро до того, как они растратят свою энергию. Только такие редкие случаи и приводят к ядерным расщеплениям. [21]
Эта проблема анализировалась Бете [48], Вильямсом [54], Багге [59] и особенно Фано [58], который смог дать объяснение тому экспериментальному результату, что общая ионизация соответствует затрате энергии в 30 - 40 электрон-вольт на образование одного иона почти вне зависимости от рода вещества. Можно ожидать, что это число очень медленно изменяется с изменением заряда и скорости падающей частицы, но оно может зависеть от относительной доли свободных столкновений и резонансных эффектов в первичной ионизации. В частности, нужно заметить, что средняя энергия, затраченная на образование одного иона, может не быть точно одинаковой для осколков деления и быстрых а-частиц из-за значительно меньшей роли резонансных эффектов в первом случае. Некоторое указание на то, что разница сравнительно мала, было получено Лассеном [60], который показал, что отношения ионизации к потере энергии в различных веществах для осколков деления и а-частиц близки друг к другу. [22]
Наблюдения по сходству спектров катодолюминесцен-ции с излучением при остальных видах возбуждения довольно многочисленны, но менее строги, чем в случае действия света. Для катодо - и анодолюминесценции идентичность спектрального состава установлена еще Арнольдом [13, 14] и Шмидтом [262] на свечении активированных марганцем сульфатов магния, кальция и кадмия. В анодолюминесценции передатчиками энергии люминофору служат заряженные и незаряженные частицы газа, с достаточно большой скоростью бомбардирующие экран. Для очень быстрых а-частиц ( радиолюминесценция), проникающих в виллемит, например, до глубины 0 02 мм [246], сходство спектров с эффектом от катодных лучей и света также очень взлико. На основании полного сходства всех видов свечения по цвету часто прямо говорят о единстве механизма радио -, фото - и катодолкшинесценции [ 232, стр. [23]
В волновой механике, рассматривая стенки кратера, мы встречаемся точно с таким же положением вещей. Если стенки имеют конечную высоту и ширину, то стоячие волны внутри кратера никоим образом не ограничены-его размерами - в ослабленном виде они проникают сквозь стенки, превращаясь снаружи в расходящиеся волны. Ясно, что квадрат амплитуды будет стремительно уменьшаться по мере увеличения толщины барьера; особенно существенна при этом его толщина на той высоте, которая соответствует энергии а-частицы ( см. фиг. Поэтому у быстрых а-частиц гораздо больше шансов покинуть ядро; это качественно соответствует закону Гейгера и Нуттала. Точный анализ ( приложение 30) приводит к сравнительно сложной формуле аналогичного характера. При выводе этой формулы не нужны какие-либо специальные предположения о внутреннем устройстве энергетического кратера: фактически существенны только его радиус и высота. [24]
Поскольку эти электроны заряжены отрицательно, где-то внутри атома должен находиться один или несколько положительных зарядов. Далее, поскольку масса электрона ничтожна по сравнению с общей массой атома, в атоме должны быть тяжелые частицы. На основании изучения поглощения катодных лучей тонкими слоями металлов Ленард ( 1903 г.) сделал заключение, что масса твердого металла распределена не равномерно, а сконцентрирована в отдельных центрах. В течение следующих десяти лет Резерфорд и другие, изучая рассеяние а-частиц твердыми телами, установили, что положительный заряд и масса атома заключены в частице, диаметр которой меньше 10 - 13 см. Радиоактивный элемент радон был использован в качестве источника быстрых а-частиц, тонкий пучок которых ударялся о металлическую фольгу, причем измерялось количество частиц, рассеянных под различными углами. Большая часть а-частиц проходила прямо через пленку совершенно без отклонений или с очень незначительными отклонениями. [25]
При прохождении среды они теряют энергию главным образом вследствие взаимодействия с электронами. Это взаимодействие может приводить к диссоциации молекул или к возбуждению и ионизации молекул и атомов среды. Ионизационные эффекты могут быть измерены довольно легко, и они наиболее часто используются для регистрации а-частиц. Средняя энергия, передаваемая а-частицей отдельным электронам, составляет 100 - 200 эв. Многие из возникающих таким образом электронов сами обладают достаточной энергией для ионизации других атомов, и фактически около 70 % ионизации, создаваемой а-частицами, связано со вторичными процессами. Максимальный пробег наиболее быстрых а-частиц с энергией 7 - 8 Мэв в воздухе не превышает 10 см. В твердых веществах, даже таких легких, как алюминий, пробег а-частиц составляет всего лишь 0 06 мм. Легко видеть отсюда, что а-излучатели не могут быть широко использованы для измерения толщины. [26]
Например, радиоактивность дает одно представление о природе явлений, электронные пучки - другое; фотоэлектрический эффект ставит перед наблюдателем новые проблемы. Рентгеновские лучи опять дают новую картину; исследуя свойства этих лучей, удается обнаружить их связь с радиоактивностью, с фотоэлектрическим эффектом; кроме того, с их помощью оказывается возможным получить подтверждение произведенных ранее измерений атомных диаметров. Наконец, с помощью проверок и сравнений различных точек зрения удается получить логичную схему, создать некую общую картину, описать микромир. Такое описание не является истинным - что бы мы ни понимали под словом истинный - это лишь модель, позволяющая описать то, что нам известно о микромире, обычными словами. Эта схема, наша модель и ее законы - наша описательная теория - до сих пор видоизменяется и расширяется. Если мы откроем новые экспериментальные факты, которые находятся в соответствии с ней, то обрадуемся подтверждению ее правильности. Если же новые факты будут противоречить нашей модели, мы изменим ее, стараясь из-за присущего нам естественного консерватизма держаться возможно ближе к ней. Обнаружив новые факты, выходящие за пределы нашей модели, мы расширим саму модель. Когда стало известно, что быстрые а-частицы могут свободно проходить через атомы, мы стали считать последние уже не непроницаемыми, как ранее, а полыми шарами. [27]
Страницы: 1 2