1625913952-eb24d9660fd97b365f78091f0a818088 (532682), страница 8
Текст из файла (страница 8)
1, $6). При определенных условиях анод также испускает положительно заряженные лучи. В этом случае они состоят нз ионов, вырванных нз атомной решетки анода; такие лучи названы анодными лучами. Свойства этих кположительнах лучей» можно изучить методами, аналогичными тем, которые использовались прн изучении катодных лучей, Значения удельного заряда положительно Ф и г. 13. Возникновение каналовмх лучей. Образоеаашаеса перел катодом поломнтьмные моны узаекамтск к катоду п проколет скасеь капали, просаерлеппме е ием. заряженных частиц, найденные в опытах по отклонению, имеют порядок числа Фарадея Р. Таким образом, здесь мы имеем дело с однократно или многократно заряженнымн атомами или молекулами (ионами); для масс ионов получаются те же отношения, какие нашли химики своимн методамн. о йу Фиг.
14. Схема масс-снектрографа Астонь Положетельный луч отклонзетск сначала акко н електрпческом поле (межзу иластпиамк иорлексатера Р, а Р4, ° зетом леера е магнитном есле (пзображена катумка елеатромагпнта м). йонколиежм образом подобран размеры и азанмаое расаоложенке частей прибора, можно гараатнроаать (как показали Астап н Еауаер), что полОжительные час\пни с одинакозым отноыеииам едм. по прмкмоаьпммп скоростмеи фзкуснрумтса а оспой и той мо гочке Р фотопластинки. На фстопласткнке получаетск спектр масс; примеры изображены аа фото а, Для точного определения удельного заряда Дж.
Дж. Томсон построил прибор, в котором ионы отклоняются электрическим и параллельным ему магнитным полем. Если перпендикулярно первоначальному направлению лучей поместить фотопластинку, то изображение на ней будет иметь вид семейства парабол (фото 1). Как показывает простое вычисление ($1 этой главы), точки, соответствующие частицам с одним и тем же значением е(иа, ложатся на одну и ту же параболу, причем отдельные точки параболы соответствуют различным скоростям частиц так, что следы частиц с меньшимн скоростями (поэтому легче отклоняемых) расположены дальше от ее вершины. Так Гв. П, Эв«ивитарныв частицы как каждому значению е/тп отвечает своя парабола, то по положению отдельных парабол легко определить удельные заряды ионов, содержащихся в луче, а тем самым и их массы (поскольку нам известны уже их заряды, кратные, конечно, элементарному заряду).
«Масс-спектрограф» Астона (его устройство показано на фнг. 14, а получаемые спектры масс — на фото 2) позволяет определять непосредственно массы. Очевидно, преимущество этого метода перед химическими заключается в том, что здесь измеряется масса отдельного иона, в то время как химик всегда измеряет лишь среднюю массу очень большого числа частиц. Ниже мы вернемся к этому вопросу ($5 этой главы). ф 3. Ренпэгеноеснне эучн В 1895 году Рентген открыл лучи нового типа, обладающие невиданной проникающей опособностью. Многие до сих пор помнят, какую сенсацию вызвала первая опубликованная фотография скелета живого существа. Надежды, возникшие тогда у медиков, во многом оправдалнсь.
Но и в физике это открытие проложило новые пути. С него ведет свое начало физика излучений, столь знаменательная для нашего времени. Рентгеновские лучи возникают при падении катодиых лучей на стеклянную стенку трубки или на специально подобранный антикатод (фиг. 15). Проникающая способность рентгеновских лучей, называемая также жесткостью, возрастает при повышении приложенного к трубке напряжения.
Но различные вещества обнаруживают различную степень «прозрачности». Чем выше атомный вес, тем сильнее поглощение, поэтому н возможно получать рентгенограммы костей, в которых содержание атомов металлов значительно выше, чем в прилежащих тканях. Умы физиков долго и безуспешно занимал вопрос, какова природа рентгеновских лучей — корпускулярная или, как и у света, волновая. Опыты по интерференции и дифракции (Уолтер и Поль, 1908 г.), сущность которых мы объясним позднее (гл. 1У, $1), дали лишь один несомненный вывод, именно: если лучи считать волнамн, то длина этих волн должна быть значительно меньше, чем волн видимого илн ультрафиолетового света. Применив в качестве разрешающей системы кристалл, фон Лауэ и его сотрудники Фридрих и Книппинг (1912 г.) пришли к окончательному ответу (гл.
1У, $ 1): рентгеновские лучи представляют собой свет с очень малой длиной волны. Это открытие дало нам один из самых мощных методов исследования структуры вещества (молекул и кристаллов, гл. 1Ч, $1), В этом 41 методе наблюдающееся рассеяние рентгеновских лучей интерпретируется как результат интерференции вторичных волн.
Замечательно, однако, что другие опыты с теми же самыми рентгеновскими лучами привели к выводам, прямо противополож Ф н г. 15. Схема рентгеновской трубки. с-катод, л-аоод 1аатддатод), в-еааараа дае еааааа катода. ным волновой точке зрения. Это заставляет нас приписатьсвету и корпускулярные свойства (гл, 1Ч, 9 5). 8) 4. Радиоактивнаде из зуаевмия До сих пор мы занимались только искусственно вызванными излучениями.
Но мы знаем, что существуют и испускаемые радиоактивнеиаи веществами естественные излучения, которые сопровождаются спонтанными превращениями атомов этих веществ в другие атомы (Беккерель, 1896 г.; Пьер и Мария Кюри, 1898 г:, Резерфорд и Содди, 1902 г.). Мы различаем три типа радиоактивных излучений. 1. Альфа-лучи. Опыты по отклонению частиц в поле показали, что в случае са-лучей мы имеем дело с положительно заряженными частицами, которые гораздо труднее отклонить, чем Гл. И. Элемещаэаме часгицм катодные лучи.
Следовательно, эти частицы должны иметь значительно большую массу, чем электроны. Их удельный заряд соответствовал бы дважды ионнзированному атому гелия, Не~+- частице. Указанием на то, что это в самом деле частицы Нез+ (атомный вес 4), а не, скажем, однократно заряженные частицы с атомным весом 2, которые обладали бы, конечно, тем же значением удельного заряда, служит выделение гелия радиоактивными веществами (Резерфорд, Рамзей и Содди, 1903 г.).
Самым убедительным образом это показали на опыте Резерфорд н Ройдс (1909 г.), которым удалось собрать а-частицы в откачанный сосуд. Если затем заставить светиться собранный газ, то спектрограф с несомненностью обнаруживает линии гелия. й. Бета-лучи. Опыты по отклонению этих частиц однозначно доказывают, что (1-лучи состоят из электронов и отличаются от катодных лучей только тем, что скорости электронов в них выше.
В то время кзк скорости частиц в катодных лучах удает. ся довести лишь до нескольких сотых скорости света, скоро. сти р-частиц меньше скорости света всего на несколько тысячных долей. Более тщательные исследования обнаружили два вида р-лучей, испускаемых данным радиоактивным элементом. Лучи одного вида обладают непрерывным «спектром скоростей», т. е. содержат электроны со всеми значениями скорости нз довольно широкого интервала. Спектр скоростей другого вида лучей дискретен, т.
е. они состоят из отдельных групп электронов с определенным значением скорости в каждой группе. В 3 4 гл. Ч11 мы выясним, что существование второго вида лучей можно считать менее важным, вторичным эффектом. Эти электроны вылетают вовсе не из ядра, которое собственно н характеризует атом (гл, 111, 5 3), а из окружающей ядро внешней электронной системы. Собственно же ядерные б-лучи, обладающие непрерывным спектром, поставили перед теоретической физикой на первый взгляд неразрешимую проблему.
Именно, если ядро атома действительно испускает частицы всех возможных энергий, то оно не может превращаться в единую систему с определенной энергией. Но все эксперименты указывают на то, что остающееся в качестве продукта распада после вылета электрона новое ядро стабильно н, следовательно, обладает определенной энергией. Тогда что же происходит с избытком энергин7 Позднее (гл. И1, $4) мы узнаем, что избыточную энергию уносит самая загадочная из частиц — нейтрино ф К Ридиоиятиияые излучения (т'), которая не имеет ни заряда, нн, вероятно, массы и которую чрезвычайно трудно обнаружить.
3. Гамма-лучи. Установлено, что у-лучи не отклоняются ни в электрическом, ни в магнитном поле. Здесь мы сталкиваемся со светом очень малой длины волны (ультрарентгеновым излу» чением), Основной закон радиоактивных превращений (фон Швейдлер, 1905 г.) утверждает, что число атомов, распадающихся в единицу времени, ( — йЛЧаГ) пропорционально числу нераспавшихся атомов в данный момент: Множитель А называетсн постоянной радиоактивного распада; она имеет одну и ту же величину для всех атомов одного сорта.
Проинтегрировав равенство, мы получим Ф = Жив-~ где Фз есть число нераспавшихся атомов в момент 8=0. Можно выразить А через период полураспада Т (он равен времени, за которое распадается половина общего числа атомов). Из равенства 1Чзв хт Чз)Уз мы имеем 1а 2 0,693! Т= — = — ' Х Х Для радия, например, Т=1590 лет, но имеются радиоактивные элементы н с чрезвычайно большими периодами полураспада,— например для торня Т=1,8 ° 1О'и лет — и с чрезвычайно малыми — скажем, для тория В' Т !О-э свк Смысл закона радиоактивных превращений состоит в том, что каждый атом обладает одной и той же вероятностью евзорватьсяз. Ясно, что сам закон имеет чисто статистический характер.
Последнее обстоятельство имеет два различных подтверждения. Во-первых, обнаружено, что обычными физическими средствами (скажем, действием высоких температур) абсолютно невозможно ускорить или замедлить процесс распада, да и вообще каким-либо образом повлиять на него. Во-вторых,оказалось возможным определить не только среднее число частиц, излучаемых за секунду, но н флуктуации около среднего, причем выяснилось, что флуктуации подчиняются обычным статистическим законам (приложение 4). Радиоактивный распад— это пример процесса, в объяснении которого бессильны иден классической физики, но с которым успешно справляется современная квантовая теория. Упомянем теперь еще о нескольких опытах, которые однозначно свидетельствуют о корпускулярной прнродеа- и р-лучей.
Гл. П. Эламвнтарныв «астичм Мы придаем особое значение тому, что, по-видимому, просто невозможно объяснить эти опыты иначе, кзк считая эти лучи действительно потоками дисхретных частиц. Однако в следующей главе мы обсудим ряд других опытов с теми же самыми лучами, которые, по-видимому, столь же неопровержимо свидетельствуют о том, что эти лучи представляют собой волновой процесс. Начнем со счимгилляциоякы» явлений (Крукс, 1903 г.), о которых уже упоминалось а конце предыдущей главы в связи с методами определения числа Авогадро.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
