Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 104
Текст из файла (страница 104)
По мере ускорения масса частицы растет, а с ней растет период обращения т, Период обращения становится больше периода ускоряющего переменного напряжения, в результате чего частица выпадает из такта и перестает ускоряться. Некоторое время считалось, что рост массы со скоростью ограничивает предельную энергию частиц, ускоряемых в циклотроне, величиной 100 МэВ. Советский физик Владимир Иосифович Векслер (1907 — 1966) открыл в 1944 г, важное усовершенствование принципа действия циклотрона, позволившее обойти трудность с непостоянством массы частицы. Это открытие сделало возможным получение частиц, ускоренных до энергий в миллиарды электронвольт. На рис. 393 приведена фотография участка кольцевого зала ускорителя, ускоряющего протоны до энергии 76 миллиардов электронвольт.
ф 22.Емкость нити счетчика и присоединенных к ней тел равна 10 пФ (1 пФ=10 тз Ф). Сколько пар ионов образуется при разряде н счетчике, если электрометр (рис. 383) показывает 1О В? (Утечкой заряда через большое сопротивление?? за время разряда и отброса электрометра можно пренебречь.) 23. Скорость а-частицы в среднем в 15 раз меньше скорости ()-частицьь Объясните, почему сг-частицы слабее отклоняются магнитным полем.
(Сравните радиусы траекторий и- и 5-частицы в одном и том же магнитном поле.) 24. а-частица с энергией 5 МэВ создает в воздухе около !50 000 пар ионов. Найдите нонизационный ток, создаваемый препаратом, испускающим !00 а-частиц в 1 с. (Все ионы собираются на электроды.) 25. Почему при измеренинх ионнзационпого тока с помощью электрометра (рис. 368) употребляют очень большие сопротивлении ?? (10" — !Отз Ом)? 26.
Емкость электромет(~а в установке, изображенной иа рис. 386, равна!О пФ (10 'Ф). В собирающий цилиндр попадает !00 000 эчектроиав в 1 с. Через сколько времени электрометр отклонится на одно деление, если цена деления равна 0,1 В? 27. Определите напряженность электрического и индукцию магнитного полей в приборе, изображенном на рис. 387, при которых частица с энергией 100 кэВ движется в том и другом поле по оиружности радиуса 20 см. Вычисления проделайте для сс-частицы и для ()-частицы. 28. 1 г радия испускает 3,7 ° 1О" а-частиц в 1 с, Сколько электронов в 1 с испусиает ЯаЕ, накопившийся за длительное время в 1 г радия? 20.
Сколько а-частиц испускает в 1 с 1 г радия вместе со своими продуктами распада? (См, упражнение 27.) 30. Вычислите объем гелия (при нормальных условиях), накопнвшнйся за месиц в результате распада 1 г радия с потомками. 31. Считая энергию а-частицы равной в среднем 5 МэВ, а энергию 8-частвцы равной в среднем 0,5 МэВ, найдите количество теплоты, выделяемой в 1 мин 1 г радия с потомками (см. упраж- 539 пение 27). До какой температуры нагреется препарат за минуту, если теплоемкость его равна 4,18 Дж/К? (Выходом ))-частнц за пределы препарата, а также теплоотдачей последнего пренебречь.) 32.
Период полураспада полонин эгэ Ро — 140 дней. Испуская а-частицу, полоний превращается в стабильный свинец. Найдите, сколько свинца выделит за 100 дней 1 мг полония. 33. Определи~с возраст минерала, в котором на один атом урана приходится: а) один атом свинца; б) 0,2 атома свинца. 34. Найдите период т переменного напряжения, ускоряющего протоны в цнклатроне. Магнитная индукция поля равна 1,5 Тл. 33. Протоны выпускаются из циклотрона, достигнув радиуса Я= 100 см.
Какова их энергия, если В= 1,5 Тл Сколько оборотов в единицу времени делает протон, испущенный ионным источаиком в момент, когда разность потенциалов между дуантами составляет 100 кВР Г л а в а ХХ(Ч, АТОМНЫЕ ЯДРА И ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ 9 218. Понятие о ядерных реакциях. В предыдущей главе мы познакомились с кругом явлений р а д н о а к т и вн о с т н. Мы убедились, что атомные ядра радиоактивных элементов неустойчивы, т.е.
с течением времени они распадаются, испуская а- или р-частицы и превращаясь в ядра других элементов. Эти факты доказывают, что ато,иные ядра, несмотря на свои ничтожные размеры, являются сложными частицами, построенными из других, более простых частиц. Как было уже отмечено, радиоактивность не только свидетельствует о сложном строении атомных ядер, ио также дает соедства для изучения этого строения.
Одним из таких средств являются быстрые ы-частицы, способные проникать внутрь легких ядер п р а с щ е ил я т ь их на части. Расщепление атомного ядра под действием ы-частиц впервые наблюдал Резерфорд (в 1919 г.). Продолжая опыты, описаннеяе в 9 203, он заметил, что при облучении а-частицами азота, бора и других элементов возникают новые частицы, такжесоздающие сцннтилляции, но отличающиеся от а-частиц большей проникающей способностью.
С помощью магнитного отклонения и других методов удалось установить заряд и массу, а тем самым природу этих частиц. Они оказались б ы с т р одвижущимися ядрами атомов водород а. (Напомним, что ядро водородного атома, или, как его называют, протон, обладает массой, очень близкой к 1 а. е. м., и зарядом +е.) Процесс испускания протонов был изучен с помощью камеры Вильсона. Внутрь камеры Вильсона, заполненной а з о т о м, помещался и-радиоактивный препарат.
Периодически производилось расширение камеры н фотографирование получающейся картины. На снимках наблюдался веер следов а-частиц, исходящих из препарата (рис. 394, а). В подавляющем большинстве следы прямолинейны. В некоторых случаях, однако, след а-частицы на некотором 541 расстоянии от конца пробега образует «вилкуя (схема на рис. 394, б) — разветвляется на два неравных следа, из которых длинный (р) т о н ь ги е, а короткий (О) ж и р н е е следа гх-частицы.
Образование такой «вилкиа нельзя объяснить иначе, как результатом соударения а-частицы с ядром атома азота. ! нс 394. Расщепление ядра азота и-частицей в камере Вильсона: а1 фотография следов в камере; б) схема следов «нилина, гх — след м- ~асгицы, столкнувшейся в точке Л с ядром азота, р и Π— следы продуктов расщепления — протона и ядра кислорода 542 Опираясь на наблюдения Резерфорда, мы должны приписать один нз следов «вилки» протону. Ввиду меньшего заряда протон действует на атомные электроны с меньшей силой, чем а-частица. Поэтому протон производит меньшую понизацию на единице пути и образует в камере Вильсона более тонкий след.
Более жирный след принадлежит частице, ионизующей сильнее а-частицы и обладающей, следовательно, ббльшим зарядом. Природу этой частицы можно установить, используя законы сохранения заряда и массы. До соударения мы имели две частицы: 1) а-частицу (т. е. ядро атома гелия) с зарядом +2 единицы и массой 4 единицы и 2) ядро атома азота с зарядом +7 единиц и массой 14 единиц. Суммарный заряд равен +9 единиц, суммарная масса 18 единиц. После соударения также имеются две частицы, одна из которых является протоном (т. е. ядром атома водорода) с зарядом +1 и массой 1.
На долю второй частицы остается заряд +8 и масса 17. Восьмым элементом периодической системы является кислород. Таким образом, рассматриваемая «вилка» указывает на явление п р е в р а щ е н и я я д е р а з о т а и гелия в ядра кислорода и водорода. Вслед за открытием Резерфорда были найдены и другие подобные процессы, в которых происходит п р е в р а щ ение ядер (а следовательно, и атомов) одних элементов в ядра (атомы) других элем е н т о в. Такие процессы получили название ядерных реикций.
Символически ядерная реакция азот + гелий = кислород + водород записывается следующим образом; 1»4К+ ',Не — 1«О+,'Н. (218. 1) Прп такой записи реакции верхняя строка цифр представляет запись условия с о х р а н е н и я м а с с ы (14+4= =1?+1), а нижняя — условия с о х р а и е н и я з а р я. д а (7+2=8+1). 9 219. Ядерные реакции и превращение элементов. Изучению ядерных реакций очень способствовало изобретение приборов для сообщения высокой энергии заряженным частицам — ускорителей (см. 5 217).
Ускорители создают интенсивные пучки заряженных частиц, ускоренных до энергий, не только равных, но и во много раз превосходящих энергии частиц радиоактивных излучений, Оказалось, что искуственно ускоренные быстрые протоны, дейтроны (ядра тяжелого водорода), ядра гелия и ядра других, более тяжелых, элементов способны производить разнообразные ядерные расщепления, аналогичные рассмотренной реакции а-частиц радиоактивного препарата с азотом *).
Быстрые электроны и рентгеновские фотоны (полученные торможением электронов, ускоренных до энергий 10 МэВ н выше), также вызывают ядерные реакции. Однако по эффективности, с которой они производят расщепления, фотоны, а в особенности электроны, уступают тяжелым частицам (протонам, дейтронам и другим ускоренным ядрам). В настоящее время известно множество различных ядерных реакций; с некоторыми из них мы познакомимся в дальнейшем. Особенно существенным было обнаружение среди продуктов ядерных реакций н е з а р я ж е н н ы х (нейтральных)частиц с массой, равной массе прот о н а (т.
е. приблизительно ) а, е. м.). На свойствах этих частиц, названных нейтронами, мы остановимся подробнее в следующем параграфе. Открытие ядерных реакций имело п р и н ц и п и а л ьн о е значение: впервые была доказана возможность и скусственного превращения элемент о в. Правда, на первых порах удавалось превратить лишь ничтожное количество вещества.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
