Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 152
Текст из файла (страница 152)
Так, выход фотопротонов и фотонейтронов из ядра обычно больше ожидаемого по концепции Бора, угловое распределение вылетающих быстрых протонов и нейтронов анизо"гропно и переходит в изотропное для медленных. Эти факты говорят в пользу предположения, что поглощение у-кванта происходит на поверхности ядра одним или несколькими нуклонами. 9. Наряду с ядерным фотоэффектом отметим еще олектроядернъ~е процессъд проявляющиеся при бомбардировке ядра заряженными частицами, например протонами или о-частицами.
В этом случае идет конкуренция между процессами, происходящими под действием ядерных н электрических сил. Ядерные силы в области их действия примерно в 100 — 1000 раз сильнее электрических. Зато они очень быстро убывают с расстоянием и практически перестают действовать вне ядра. Электрические силы, напротив, слабо убывают с расстоянием, и поэтому именно они определяют поведение налетающей заряженной частицы вне ядра. Этим объясняется, почему а-частица, например, при высоких энергиях свободно проникает в ядро и вступает с ним в интенсивное ядерное взаимодействие. При высоких энергиях влияние электрических сил ничтожно. При низких энергиях, напротив, а-частица не может приблизиться к ядру вплотную и взаимодействует с ним голько через электрическое поле.
Граничной янляется энергия й„р а-частицы, равная примерно кулоновской энергии при соприкосновении ядра с очастицей, т. е. 27е йлг где 2е — заряд съ-частицы, г — ее радиус, Яе — заряд ядра, й — его радиус. Для средних ядер б„р 10 МэВ. Кулоновское взаимодействие тяжелых заряженных частиц с ядрами вызывает не только упругое рассеяние этих частиц, но и может приводить к неупругому рассеянию с кулоновским возбуждениель ядра. Хотя этот процесс приводит к возбуждению только низких уровней ядра, однако он представляет интерес в связи с тем, что позволяет измерять внутренние квадрупольные моменты ядер Яо (см.'9' 70). Взаимодействие электронов с ядрами при всех энергиях происходит исключительно через электромагнитное поле (если пренебречь слабым взаимодействием), так как электроны в сильных взаимодействиях не участвуют.
Особое значение имеет изучение упругого рассеяния электронов высоких энергий на ядрах и на отдельных нуклонах. Такой процесс поддается точному расчету и позволяег измерять распределение электрического заряда в ядрах и яуклонах. Глава ХГЪ' НЕЙТРОНЫ И ДЕЛЕНИЕ АТОМНЫХ ЯДЕР 9 92. История открытия нейтрона 1. Нейтрон в ядерной физике и ее приложениях играет не меньшую роль, чем электрон в электронике. Хотя при изучении физики ядра мы все время имели дело с нейтронами, до сих пор ничего не было сказано об истории открытия эгих частиц.
А этот вопрос в учебнике, несомненно, представляет определенный интерес. Заполним теперь коротко этот пробел. Первая искусственная ядерная реакция '~Н +",Не — > 'зтО +,'Н наблюдалась Резерфордом в 1919 г. Протоны в этой реакции регистрировались по сцинтилляциям, вызываемым ими на экране из сернистого цинка. После открытия реакции (92.1) Резерфордом, Чедвиком и др.
началось энергичное изучение аналогичных ядерных реакций. Однако до 1931 г. не существовало ускорителей, пригодных для этой цели. Искусственные превращения атомных ядер пытались осуществлять путем облучения их о-частицами, особенно наиболее энергичными, испускаемыми эз144ро (радиохимическое обозначение этого изотопа КаС'). Было установлено, что многие элементы, преимущественно легкие, у которых кулоновский барьер сравнительно невысок, при таком облучении испускали протоны.
Однако среди самых легких элементов оказались и такие, например Ве и 1л, которые при облучении а-частицами протонов не испускали. 2. Был поставлен вопрос, не появляется ли при о-облучении различных веществ какое-то новое излучение, которое не дает сцинтилляций на экране из сернистого цинка. Для ответа на этот вопрос Боте (1891— 1957) и Г. Беккер в конце 1930 г. заменили экран из сернистого цинка счетчиком Гейгера. В качестве источника а-частиц был взят зэз4!'о, хотя энергия испускаемых им а-частиц и не очень велика (5,25 МэВ). Такой выбор был сделан потому, что ~э~~~Ро испускает только и-частицы и не дает 11- и т-излучений, осложняющих опыт. Между источником о-частиц и счетчиком Гейгера вводилась пластинка из исследуемого вещества, например бериллия, которая и подвергалась облучению. За облучаемой пластинкой можно было вводить свинцовые пластины различной толщины для суждения о поглощении неизвестных лучей, если таковые будут обнаружены.
Опыт действительно показал, что при облучении некоторых веществ (бериллий, бор, литий) возникает какое-то излучение, вызывающее слабые разряды счетчика Гейгера. Особенно сильное излучение й 92) История открытие нейтрона 603 Л' — Л = (1 — соз О), тс в которой, однако, т означает массу протона, а не электрона (см.
9 3). Максимальное изменение длины волны получается при рассеянии на- зад, т.е. при 0 = я. В этом случае Л' — Л = 2Ь(тс. Отсюда находим частоту и', а затем и энергию выбитого протона: й = Ьи — Ьы ! Ьо 1 + тс /(2Ьо) (92.2) Подставляя сюда Ф = 4,5 МэВ, тсз = 938 МэВ, вычисляем Ьи 48 МэВ. Такова должна быть энергия 7-квантов, чтобы при их давал бериллий.
Бериллиевые лучи, как мы будем временно называть неизвестное излучение, оказались весьма проникающими. При прохождении через слой свинца толщиной 2 см интенсивность бериллиевого излучения уменьшалась всего на 13 о~о. На основании этого можно было заключить, что бериллиевые лучи должны состоять из электрически нейтральных частиц, гак как заряженные частицы ионнзуюг среду и поэтому поглощаются значительно сильнее.
Из нейтральных же частиц в 1930 г, были известны голько фотоны. Поэтому Боте и Беккер вполне естественно предположили, что бериллиевые лучи состоят из 7-квантов, и притом очень жестких. Однако при более подробных исследованиях это предположение не подтвердилось. Если бы бериллиевые лучи представляли собой у-излучение, то по их поглощению в свинце, например, можно было бы оценить энергию соответствующего 7-кванта. Таким путем было найдено, что максимальная энергия 7-кванта должна быть около 7 МэВ. А это не согласовывалось с результатами, найденными из других опытов. Кроме того, поглощение 7-лучей тем больше, чем больше плотность поглотителя. Для бериллиевых лучей соотношение оказалось обратным. 3.
И. Кюри и еР. Жолио-Кюри в 1932 г, повторили опыты Боте и Беккера, заменив счетчик Гейгера ионнзационной камерой. Помещая между источником бериллиевых лучей и ионизационной камерой листы парафина, они обнаружили, что из парафина исходили прогоны, максимальный пробег которых в воздухе достигал 26 см. Такому пробегу соответствовала энергия протона 9 — 4,5 МэВ. Появление протонов отдачи в этих опытах было непосредственно доказано путем наблюдения треков в камере Вильсона. Подобно парафину действуют также все водородсодержащие вещества.
Зная максимальную энергию протонов, на основе гипотезы Боте и Беккера о природе бериллиевого излучения супруги Кюри вычислили необходимую максимальную энергию 7-квантов. Расчет производился следующим образом. Если протоны появляются под действием 7-квантов, то, очевидно, этот процесс есть комптон-эффект на протонах водорода, в котором их можно считать свободными. Поэтому для изменения длины волны Л при рассеянии 7-кванта на угол д можно воспользоваться известной формулой Нейтроны и д~ление атолен х ядер 604 рассеянии получились протоны требуемой энергии. Сами ч-кванты должны возникать в бериллии под действием о-частиц, излучаемых полонием.
Так как энергия последних всего 5,25 МэВ, то трудно допустить, чтобы они возбуждали 7-кванты столь высоких энергий. Кроме того, полученное значение 48 МэВ не согласуется с энергией 7 МэВ тех же з-квантов, найденной по их поглощению. 4. Наиболее тщательные исследования природы бернллиевого излучения были произведены Чедвиком в 1932 г. Схема его установки принципиально не отличается от той, какой пользовались супруги Кюри.
Она изображена на рис. 158. На подложку О наносили слой полония Ро. Альфа-частицы, испускаемые ядрами Ро, вступали в ядерную реакцию (ст, и) с ядрами Ве. Нейтроны на пути к ионнзацнонной камере пропускались через слой парафина. Заметим, что ионизационная камера 7 прикрывалась листами алюминия различной толщины для определения пробегов, а следовательно и энергий прогонов, исходивших из парафина. Для максимальной энергии протонов из парафина Чедвик получил й = 5,7 МэВ. Если бы бериллиевые лучи состояли из з-квантов,то при таком значении (г максимальная энергия 7-кванта получилась бы Ьо = 55 МэВ. Но Чедвик исследовал рассеяние бериллиевых лучей не только парафином, но и другими веществами и рассчитал по формуле (92.2) соответствующие максимальные энергии 7-квантов.
Из измерения пробегов ядер отдачи в азоте получилось Ьо = 90 МэВ, а в аргоне Ьо = 150 МэВ. усилителю Парафин Рис. 158 Итак, гипотеза, отождествлявшая бериллиевые лучи с з-квантами, приводила к противоречивым результатам. Для одной и той же величины различные методы давали значения 7, 55, 90, 150 МзВ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
