Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 104
Текст из файла (страница 104)
Например, для свинца получаегся го = 1,17 10 'э см, а й(з~~РЬ) = 1,17 10 'з х х 20711з = 6,9. 10 '1з см. 9. Радиусы о-радиоактивных ядер могут быть найдены по времени их жизни относительно о-распада. Об этом методе сказано в 3 73 (п. 11). )Гл. Ч!!! Статические свойства атомного ядра 416 10. До открытия нейтрона общепринятой считалась электроннопротонн я модель ядра, согласно которой ядро состоит из А протонов и С электронов, так что зарядовое число равно Л = А — С. Малые размеры ядер являются сильной аргументацией против такой модели.
Действительно, возьмем, например, ядро с радиусом сс = 3 10 и см, т. е. с диаметром 2Й = 6. 10 'з см. Если бы частица (протон, нейтрон или электрон) находилась внутри ядра, го ее импульс р определялся бы там оценочной формулой р= =1,1 10 г см/с, й а энергия электрона по релятивистской формуле й = рс была бы равна 3,3 10 4 эрг 200 МэВ. Такого же порядка были бы и энергии электронов внутри других ядер. Среди искусственно получаемых ядер встречаются )г'-активные ядра всех атомных чисел (за исключением протона). Маловероятно, что энергия !1-электрона, вылетевшего из ядра, существенно отличалась бы от его энергии внутри ядра.
При д-распаде не наблюдаются электроны с большими энергиями (порядка 100 МэВ). Это противоречит протонно-электронной модели ядра. Электроны, получающиеся при )д-распаде, не содержатся в исходном ядре, а образуются в результате этого процесса. Совсем иначе обстоит дело с протонами и нейтронами. Энергию каждой из таких частиц можно оценить по нерелятивистской формуле й = р,~2т, где т — масса протона или нейтрона.
Подстановка числов вых значений дает б - 10 ' эрг — 6 МэВ. Это — разумный результат, так как средняя энергия связи в ядре на один нуклон составляет около 8 МэВ. Таким образом, протоны н нейтроны могут содержаться и действительно содержатся в ядре. Приведенное здесь возражение против нахождения электронов внутри ядра неприменимо к частицам, масса которых составляет несколько десятых масс нуклона,например к к-мезонам или кваркам. Современные эксперименты по глубоко неупругому рассеянию мюонов на ядрах (т. е. рассеянию с большим изменением импульса мюона и рождением вторичных частиц) свидетельствуют о том, что в ядре могут содержаться кварковые ассоциаь,ии, более тяжелые, чем нуклоны. 8 66.
Спин ядра и сверхтонкая структура спектральных линий 1. Существование спина, т. е. собственного момента импульса ядра, и связанного с ним магнитного момента было постулировано Паули в 1928 г. для объяснения так называемой сверхтонкой структуры спектральных линий. Спектроскопическое изучение этого явления дало первое доказательство справедливости гипотезы Паули. Как было показано в 3 40, так называемая тонкая структура, т.е.
мультиплетность спектральных линий, объясняется спин-орбитальным 6 66) Спин ядра и сеерхтаннал струнтура спентрааьн х линий 417 взаимодействием эвектронов, точнее, взаимодействием магнитных орбитальных моментов электронной оболочки атома с ее спиновыми магнитными моментами.
У щелочных металлов, имеющих один валентный электрон, мультиплетная структура наиболее проста: спектральные линии у них двойные — 8ублетьи Для разрешения дублетной структуры в случае лития требуются приборы высокой разрешающей силы (большие дифракционные решетки, интерференционные спектроскопы).
У остальных щелочных металлов дублетная структура легко разрешается уже неболыпими призменными спектроскопами. У натрия расстояние между компонентами резонансного дублета (Ры Ра) составляет 0,6 нм, а у цезия оно доходит до 42 нм. В последнем случае по внешнему виду спектр уже не напоминает «тонкую структурук Только по ряду дополнительных признаков удается установить, что указанные две линии цезия являюгся дублетом одной и той же спектральной серии, а не одиночными линиями различных спектральных серий.
Оказалось, что сами компоненты тонкой структуры испытывают дальнейшее расщепление, которое не может быть истолковано как результат спин-орбитвльного взаимодействия электронов элекгронной оболочки атома. Такое расщепление и получило название сверхтонкой структуры. Сверхтонкая структура в оптических спектрах была открьпв Майкельсоном в 1891 г.
с помощью его интерферометра. Фабри и Перо, а затем Луммер (1860 — 1925) и Герке 11878 — 1960), используя предложенные и сконструированные ими интерферометры, продолжили первые наблюдения этого явления. Оказалось, что некоторые спектральные линии состоят из нескольких (иногда до 10 и более) тесно расположенных компонент. Расстояния между компонентами обычно не превышают 0,01 — 0,02 нм. Уже к 1910 г. был накоплен значительный экспериментальный материал. Его осмысливание стало возможным только после создания квантовой теории Вора и введения упомянутой выше гипотезы Паули.
Вольшое значение для выяснения природы явления имело установление сверхтонкой структуры компонент двойной желтой Р-линии натрия. Эта структура была открыта в 1928 г, независимо друг от друга А.Н. Терениным (1896 — 1967) и Л.Н. Добрецовым, с одной стороны, и РПюлером -- с другой. Они на~пли, что каждая компонента дублета натрия (Ры Рз) в свою очередь представляет дублет с расстоянием между составляющими около 0,002 нм, которое примерно в 300 раз меныпе расстояния между самими линиями Р~ и Ра (0,6 нм). Такая структура может быть разрешена спектральными приборами с разрешающей силой не менее 300000.
Дальнейшее изучение сверхтонкой структуры потребовало разрешающей силы порядка нескольких миллионов, а ее могут дать только интерференционные спектральные приборы. Первые измерения свинов и магнитных моментов ядер были первоначально получены при изучении сверхтонкой структуры спектральных линий.
Этот метод отличался небольшой точностью и утратил свое значение. Все последующие точные сведения о спинах и магнитных ы д.В. сивухин. зги )Гл. Ч!!1 Статические свойства атомного ядра 418 ь«о в = — сов 0 и с (66,!) зависит от угла между скоростью атома и и направлением наблюдения. Если наблюдать под углом О = 90', то в случае параллельного пучка возбужденных атомов доплеровское уширение исчезнет. Конечно, а"гомный пучок в действительности всегда немного расходится. Но соответствующим расположением щелей удается снизить «эффективную скорость» о сова в 10 — 30 раз по сравнению со скоростью и.
Таким образом, удается добиться необходимого ослабления доплеровского уширения. Теренин и Добрецов применяли боковое освещение пучка атомов резонансной В-линией натрия. При поглощении света атомы пучка переходили в возбужденное состояние и начинали светиться. Ббльшая интенсивность свечения получается при возбуждении атомов пучка электронными ударами.
Применение электронов допустимо из-за их малой массы, так как по этой причине электроны несут малые импульсы, а потому при неупругих столкновениях с атомами пучка практически не меняют направление их движения. 3. Гипотеза Паули, упомянутая выше, предполагает, что сверхтонкая структура спектральных линий возникаот из-за взаимодействия магнитного момента ядра с магнитным полем, создаваемым электронной оболочкой (орбитальным и спиновым моментами электронов). Кроме того, у ядра может быть электрический квадрупольный момент, моментах ядер были получены методом ядерного магнитного резонанса (см. 8 42). Но мы подробно остановимся и на ыетоде, основанном на явлении сверхтонкой структуры, поскольку это явление само по себе представляет большой физический интерес.
2. Экспериментальное исследование сверхтонкой структуры очень трудная задача. Разрешающей способности самого распространенного интерференционного спектрального прибора интсрферометра Фабри -Перо . - с избытком достаточно для разрешения компоненг сверхтонкой структуры. Главная трудность связана с тем, что расстояние между компонентами сверхтонкой структуры исследуемой спектральной линии перекрывается шириной самой ливии.
Естественная ширина спектральной линии, обусловленная затуханием или обрывом колебаний, порядка десятитысячных долей нанометра, т. е. на порядок меньше самого сверхтонкого расщепления. Однако к естественной ширине добавляется еще доплеровское уширение, которос даже при низких температурах увеличивает ширину линии примерно в 10 раз и тем самым делает невозможным разделение компонент сверхтонкой структуры !см. т. 1Ъ', 8 89).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
