|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Резерфорда рассеяние |
 | |
Анимация
0
Описание
Рассеяние a-частиц тонкими слоями металлической фольги впервые наблюдал Эрнст Резерфорд (Rutherford E., 1871 - 1937). В 1906 - 1912 гг. Резерфорд и его сотрудники изучали прохождение a-частиц через слои золота и некоторых других металлов толщиной порядка 10-5 - 10-4 см. Схема опыта показана на рис. 1.
Схема установки по рассеянию a -частиц
Рис. 1
Обозначения:
Р - радиоактивный препарат;
Ф - фольга;
Э - сцинтиллирующий экран;
М - микроскоп.
Узкий пучок a-частиц, вылетающих из естественно радиоактивного препарата направлялся на мишень-фольгу. Детектором для рассеянных фольгой a-частиц служил экран, покрытый сцинтиллирующим веществом, дающим световую вспышку при попадании на него a-частицы. Наблюдая вспышки с помощью микроскопа, можно было подсчитать их количество и найти угловое распределение рассеянных a-частиц. Исследования показали, что подавляющее большинство a-частиц рассеивалось на 1 - 3°, но отдельные частицы отклонялись на углы, доходящие до 150°. Число таких частиц очень мало, например, для платиновой фольги оно составляло примерно 1/8000.
Угловое распределение a-частиц зависит от характера сил, действующих на них внутри атома. Если предположить, что a-частица и ядро являются точечными зарядами и точечными массами; между ними действуют только электростатические (кулоновские) силы отталкивания; масса ядра много больше массы a-частицы, т.е. ядро остается неподвижным при столкновении; столкновение происходит только с одним ядром, влияние остальных ядер пренебрежимо мало; столкновение является упругим, т.е. кинетическая энергия остается постоянной, то из законов классической физики следует, что a-частица должна двигаться по гиперболе, а угол J, на который отклоняется, частица определяется равенством:
сtg (J/2) = p·mv2/2eZe,
где m и v масса и скорость a-частицы;
Ze - заряд атомного ядра;
2e - заряд a-частицы (е - заряд электрона);
p - прицельное расстояние (рис. 2).
Отклонение a -частицы положительным зарядом, находящимся в т О
Рис. 2
Резерфорд получил формулу для числа a-частиц, рассеянных фольгой:
N = (N0·n·d·Z2·e4)/[(8pe0)2·r2·T2·sin4(J/2)],
где N - числа a-частиц, падающих на единицу площади экрана вблизи J;
N0 - общее число a-частиц, попавших на фольгу;
n - число атомов в единице объема фольги;
d - толщина фольги;
r - расстояние от фольги до экрана;
T - энергия a-частиц.
Формула Резерфорда получена в предположении, что масса a-частицы пренебрежимо мало по сравнению с массой ядра элемента мишени.
Из формулы следует, что произведение N·sin4(J/2) должно оставаться постоянным, что блестяще подтвердилось на опыте, несмотря на разницу в количестве рассеянных частиц в тысячу раз при разных J.
В 1911 г. Резерфорд на основании полученных данных предложил новую планетарную модель атома: атом состоит из положительно заряженного ядра очень малых размеров, в котором сосредоточена почти вся масса атома, и электронов, находящихся на расстояниях, сравнимых с размерами самого атома.
Ключевые слова
Разделы наук
Элементарные частицы, их рассеяние, реакции, космические потоки
Свойства ядер. Радиоактивность. Ядерные реакции
Атомная физика, излучение и поглощение энергии атомами и молекулами
Электрическое поле
Применение эффекта
Формулу Резерфорда можно использовать для определения в прямом опыте заряда атомного ядра Z по наблюдаемому угловому распределению a-частиц. Соответствующий эксперимент ставился неоднократно, однако до 1920 г. он не давал удовлетворительных результатов. Схема эксперимента, проведенного Чедвиком в 1920 г., изображена на рис. 3.
Рис. 3
В опыте использовались различные металлы в качестве мишени, и для них получено, что в пределах погрешностей эксперимента (относительная погрешность меньше 2 %) результат совпадает с порядковым номером элемента в таблице Менделеева.
Реализации эффекта
Общая схема технической реализации опыта Резерфорда приведена на рис. 1.
Литература
1. Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики. - М.: ГИФМЛ, 1962.
2. Бейзер А. Основные представления современной физики. - М.: Атомиздат, 1973.
3. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика. - М.: Энергоатомиздат, книга 1, часть 1, 1993.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |