1625913952-eb24d9660fd97b365f78091f0a818088 (532682), страница 20

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 20)

1„$1). Это можно видеть следующим образом. Для непрерывного ускорения частицы необходимо, чтобы момент ее перехода нз одной полукруговой коробки в другую был ,согласован с высокочастотными колебаниями поля. Если частица с массой тп и зарядом е движется по кругу радиуса Й в ,плоскости, перпендикулярной магнитному полю Н, то должно выполняться равенство Оев = —. й Здесь о — скорость частицы. Пользуясь тем, что о=оР, где в — круговая частота, запишем Не Я вЂ”вЂ” т Поэтому если т постоянна, то а принимает одно и то же значение для всех 1т.

Однако если тп изменяется в силу релятивистского увеличения массы, то для поддержания синхронизации между движением частицы н высокочастотными колебаниями поля необходимо менять либо то, либо Н. В синхроциклотроне (Векслер, 1944 г.; Макмиллан, 1945 г.) эта трудность преодолена с помощью периодического изменения частоты генератора. Прн этом ускорение частиц происходит порциями, взрывоподобно. Так, например, на 184-дюймовом сннхроцнклотроне Калифорнийского университета можно получать 120 порций протонов с энергией 350 Мэв каждую секунду. С другой стороны, в синхротроне согласование достигается путем изменения магнитного поля при фиксированной частоте генератора.

В электронном синхротроне, рассчитанном на энергию около 2 Мзв, при которой о с, угловая скорость частиц составляет то -с/Р, так что радиус орбиты почти постоянен, если постоянна е, Это означает, что если в синхротрон вводить достаточно быстрые электроны, то отпадет необходимость в том, чтобы магнитное поле заполняло все пространство ускорителя. Это позволяет ограничиться кольцеобразным магнитом и, следовательно, значительно снизить стоимость сооружения.

Для протонного синхротрона условия приблизительного постоянства радиуса орбиты не выполняются вплоть до энергий порядка 3 Бэв. Тем ие менее орбиту с постоянным радиусом все же можно получить, если одновременно с увеличением поля изменять и частоту колебаний, так чтобы соотношение о=ай выполня- я 6. Искусственное оасщенление ядер и радиоактивность 97 лось для одного и того же радиуса )г. В Врукхейвенской нацно нальной лаборатории построен протонный синхротрон (космо- трон), дающий протоны с энергией 3 Бэв.

Еще большая маши на (беватрон) Калифорнийского университета с диаметром орбиты 160 футов разгоняет протоны до энергии 7 Бэв. В различ. ных лабораториях планируются и уже сооружаются также и еще более мощные ускорители„рассчитанные на энергии вплоть до 30 Бэв. С помощью машин бпнсанных выше конструкций удалось получить большое число различных частиц„которые наблюдаются в естественных космических лучах (гл. П, 9 8). Позднее (гл.

У11, $9) в связи с кратким обзором теории ядра мы расскажем также о ядерной реакции совершенно иного типа. Она называется делением и состоит в том, что ядро распадается на части примерно одинаковых размеров, На этом мы закончим этот небольшой обзор наших знаний о ядре и обратимся к изучению строения системы внешних электронов атома. Таким образом, мы приступаем к рассмотрению областей, линейные размеры которых в несколько тысяч раз больше размеров ядер.

Благодаря совместным усилиям теоретиков н экспериментаторов фундаментальные законы, характерные для этих масштабов, достаточно хорошо выяснены во всех своих существенных чертах. Но осмыслить этн законы удалось лишь ценой отказа от классических воззрений — воззрений, к которым человеческий ум столь приучен повседневным опытом, сложившимся из наблюдения макроскопическнх явлений, что понадобился глубокий и болезненный пересмотр основных представлений классической физики.

7 м. вое ВОЛНЫ вЂ” ЧАСТИЦЫ ф 1. Волновая теорая света. Интерреренцая а ди(рра яция Все те представления о строеннн вещества, к которым мы прншлн в предыдущих главах, держатся на возможности доказать существование быстро движущихся частиц прямым опытом, на возможности даже непосредственно «увндеть» этн частицы, регнстрнруя нх треки„как это делается, скажем, в камере Вильсона.

Из таких экспериментов однозначно и недвусмысленно следует, что вещество состоит нз мельчайших частиц — корпускул. Таперь же мы должны рассмогреть другие эксперименты, которые столь же убедительно свидетельствуют в пользу того, что молекулярный нлн электронный пучок представляет собой не что иное, как распространяющуюся волну. Но прежде чем перейтн к делу, напомним вкратце, что известно о волновом двнженнн вообще. Прн этом в качестве конкретного примера мы разберем явление оптнческой днфракцнн. В восемнадцатом столетии фнзнкн почтя единодуШно прндержнвалнсь ньютоновской корпускулярной теорин (примерно 1680 г.), согласно которой свет состоят нз комбинаций очень маленьких частнц, вылетающих нз источника света. Волновая же теория Гюйгенса (1690 г.) насчнтывала лишь нескольких сторонников (в нх числе был н великий математик Леонард Эйлер).

Однако положение вещей в корне изменилось к началу девятнадцатого века, когда благодаря открытию Юнга выясннлось, что прн определенных условиях два световых луча могут взаимно ослаблять друг друга — явление, совершенно необъяснимое с точки зрения корпускулярной теория. Дальнейшне нсследовання Юнга н Френеля неопровержимо подтверднлн волновую концепцию Гюйгенса, нбо явление интерференция нельзя объясннть иначе как с помощью волновой теории. Опишем кратко иятерферемционкый опыт Юнга (фнг.

27). Источник монохроматнческого света Я освещает параллельным (благодаря линзе Ь) пучком две щелн в диафрагме В. Прн этом на экране 3 за диафрагмой возникает эквнднстантная система светлых н темных полос (ореолов). Объяснить это явле- р 1. Волновая таврия свата. Ингврфврвнция а дифраяция 99 ние можно следующим образом. Из двух щелей диафрагмы исходят две сферические волны, которые «когерентны», т. е. способны к взаимной интерференции.

Зтн волин накладываются одна на другую и усиливают друг друга в том случае, если их гребки совпадают. Если же гребни одной волны попадают на впадины другой, то волны «сглаживают» одна другую н, следовательно, происходит взаимоуничтожение волн.

Стало быть, можно прямо указать те места экрана, где освещенность будет наибольшей — они соответствуют таким точкам, разность расстояний которых от отверстий диафрагмы составляет в точности целое число длин волн. Из фиг. 27 ясно, что эта разность Ф яг. 27. Лифракпяя яа двух баяако расположенных щелях. двервквноиквв кнутике вревстввивет *своа евсееву вкввииствктнми Светкин к темник ковос равна с1 з1п Ф, где а — расстояние между отверстиями, а Ф угол отклонения, Поэтому на экране получится светлое поле там, где ссз1пф=п)в 1а (и=О, й1, ~2,...). темное поле там, где Из1пФ=(га+-2-~ Х ! Аналогичная дифракпнонная картина получается и при прохождении света через одну щель.

Грубо говоря, это происходит вследствие взаимной интерференции между отдельно взятымн элементарньпяи волнамн Гюйгенса, исходящими нз различных точек щели. Однако в двух пунктах этотслучайсущественно отличается от предыдущего. Во-первых, как нетрудно убедиться, соотношение Из1пФ =л)в (и= ~ 1, +2, ...), где д — ширина щели, определяет теперь не светлые, а, наоборот, темные участки экрана. Действительно, в совокупности элементарных волн, исходящих от щели в заданном этим равенством направлении, все возможные «фазы» колебаний представлены в точности одинаковое число раз, т. е.

количество волн, падающих на экран «гребнем», равно количеству волн, падающих «впадиной». Ясно поэтому, что все волны погасят Гл. г У. Виллас — иесумяас друг друга. Бо-вторых, в предыдущем случае днфракцнонные максимумы были почти одинаково яркими, теперь же освещен.

рость резко падает от максимума к максимуму, прнчем нанбольшая освещенность прнходнтся на среднйй макснмум, как это нзображено' на фнг. 28 волннстой крнвой справа. Йеобхо днмо особо подчеркнуть, что дифракционная картина располаается но мере уменьшения ширины щели, что можно легко усмотреть лнбо нз уравнения, определяющего мнннмум, либо непосредственно нз фнг.

28. Ф и г. 28. дмфраичмл аа одной щели, двераиииоккаи картава сссговт иа реаиого максимума осаавгеивоств, отваеамогего углу лиераииив а ьо, и сеаокуввоств еиввлвставтими маисвмувма, ивгеискввость квгермк сгаво- витса аса весьма и меаьме ао мере увелмиевва угла лвераииив. Тот факт, что внд днфракцнонной картины существенно завнснт от длины волны света, обеспечивает возможность нспользовать ннтерференцнонные явления для нужд спектрального анализа (днфракцнонные решетки, эшелоны, т.

е. ступенчатые решетки, ннтерферометр Фабри — Перо, пластинка Люммера). Чтобы днфракцконная картина стала доступной наблюдению, необходимо, чтобы ширина щелк была соизмерима с длнной волны света. Поэтому еслн мы хотим наблюдать ннтерференцнонные явления в рентгеновскнх лучах, то нужно взять днфракцнонные решеткн с постоянной порядка велнчнны 1А. =1О-а см. Как показал Лауэ (1912 г.), сама природа дает нам в рукн такие решеткн.

Характеристики

Список файлов книги