1612725063-eb24d9660fd97b365f78091f0a818088 (828996), страница 10
Текст из файла (страница 10)
П1. $6) и даже открывать новые частицы, например мезоны (гл. П, 9 8). Узким местом таких исследований была малая частота событий: требовались сотни и тысячи фотографий, чтобы обнаружить один случай явления. Огромным шагом вперед стала синхронизированная со счетчиком камера Вильсона (Блэкетт и Оккналинн, 1937 г.).
Установка в этом случае состоит из камеры и двух счетчиков, одного над камерой, другого под нею. Система синхронизирована так, что прибор срабатывает и фотографирование производится только при условии «совпадения», т. е. когда частица действительно пролетает через камеру. Позднее получила раапространенне диффузионная камера непрерывного действия (Леметр и Валларта, 1936 г:, Нидлс и Нильсон, 1950). Пар в ней непрерывно диффундирует д 4. Радиоактивные извинении в направлении сверху вниз через участок, на котором поддерживается вертикальный градиент температуры.
Благодаря этому создается зона, в которой пар все время пересыщен, и которая, следовательно, все время находится в готовом к действию состоянии. По-видимому, самым революционным типом камеры эа последние годы является пузырьковая камера, изобретенная Глейзером (1952 г.). Основной недостаток камер Вильсона состоит в том, что плотность рабочего вещества в них по необходимости мала. Для преодоления этой трудности Глейзер предложил использовать нестабильность перегретой жидкости относительно образования пузырьков пара.
Он рассуждал так. При движении ионизирующей частицы в перегретой жидкости в ней появятся ядра «конденсации», которые вызовут образование пузырьков точно так же, как образуются капельки в обычной камере Вильсона. Но зато рабочее вещество наполненной жидкостью пузырьковой камеры будет иметь значительно более высокую плотность. В настоящее время созданы различные пузырьковые камеры на жидком водороде, оказавшиеся в высшей степени полезными при исследованиях процессов с участием протонов и других частиц.
Другой большой успех был достигнут двумя женщинамифизнками из Вены Блау и Вамбахер (1937г.), которые открыли фотографический метод регистрации треков частиц. Зерна фотографической эмульсии чувствительны не только к свету, но и к быстрым частицам; если пластинку, подвергнутую действию пучка частиц, проявить н отфиксировать, то под микроскопом можно увидеть треки в виде цепочки темных пятен. Качество изображения сильно зависит от размера зерен эмульсии; созданы эмульсии с очень маленькими и плотными зернами (Ильфорд, Кодак). Треки в эмульсии в несколько тысяч раз короче треков в воздухе вследствие высокой тормозной способности твердого материала; длина треков имеет порядок нескольких микрон.
Преимущество этого метода заключается в чрезвычайной простоте, непрерывности действия и большом числе событий, регистрируемых на одной пластинке. С другой стороны, иммерсионные объективы позволяют получать высококачественные изображения н микрофотографии треков. Поскольку глубина резкости таких объективов очень мала, резкие изображения получаются только от небольшого числа треков, так что необходимо делать несколько фотографий при разной фокусировке. Новый важный метод регистрации и счета очень быстрых электронов опирается на открытие Черенкова (1934 г.), теоретически объясненное Таммом и Франком. Существо дела легче Гд.
П. Зммвнтерные еаетеян всего понять с помощью акустической аналогии. Пушечный снаряд, двигаясь быстрее звука, порождает конусообразную волну сжатия с вершиной на головке снаряда (фиг. 20). Пусть се— скорость звука, о — скорость снаряда и о>сь Тогда, как видно из фиг. 20, угол раскрытия конуса 8 определяется уравнением соз 8 = — ' < 1. Теперь перейдем к случаю световой волны. Скорость света в. аакууне равна с, но его групповая скорость в среде с показателем преломления п>1 меньше, именно: е с,= — <с. а Если электрон движется со скоростью о>сь то по тем же причинам, что и в акустике, около него образуется коническая Фиг. 20. Коннчеелла головнаа волна волна.
В этом и состоит явление, экспериментально обнаруженное Черенковым. Использовать его для регистрации электронов можно, поставив на пути конической волны металлическую пла стинку, в которой энергия фотонов преобразуется в электрический ток. Этот ток затем усиливается 1фотоумножнтелем, см. стр. 44). Таким образом получается высокочувствительное ус тройство для регистрации электронов. й1 А Гннотеза Проута. Изотонин.
Протон Теперь, убедившись в корпускулярном характере испускаемых радиоактивными веществами а- и 1)-лучей, мы можем вновь обратиться к поставленной с самого начала проблеме строения атомов и молекул из элементарных составляющих. Еще на заре прошлого века Проут выдвинул гипотезу о том„ ф Д Гинотвта Проута. Иоотония. Протон что в конечном счете все атомы сложены из атомов водорода. Эта гипотеза, однако, была предана забвению, когда химики научились более точно определять атомные веса элементов. Если бы она была верна, вес каждого атома был бы целым кратным атомного веса водорода. Но оказалось, что для большого ряда атомов такая целочисленность не имеет места— яркий пример тому хлор, атомный вес которого в всщородных единицах равен 35,5. Явления, открытые в связи с изучением радиоактивности, привели к предположению, что химические элементы, даже будучи абсолютно чистыми химически, на самом деле представляют собой смесь атомов различных сортов, хотя и одинаковой структуры, но с различной массой.
Такие атомы, полностью эквивалентные химически, но с различной массой, называются изотопами. Для того чтобы легче понимать даль .нейшее, полезно кратко напомнить читателю периодическую систему элементов (табл. 1), разработанную Ньюлэндсом (1863 г.), Менделеевым (1870 г.) и Л. Мейером (1870 г.). Химическое поведение данного элемента в большей степени определяется местом, занимаемым им в периодической таблице. Например, щелочные металлы с их сходным химическим поведением распбложены в одном вертикальном столбце; точно так же щелочноземельные металлы, тяжелые металлы и, наконец.
галогены и инертные (или благородные) газы составляют отдельные столбцы таблицы. Размещение элементов в периодической системе производилось вначале по их атомным весам; теперь, как мы увидим ниже (гл. 111, $3), элементы размещают соответственно их «атомным номерам». В конце периодической системы располагаются радиоактивные элементы; они также могут быть расставлены в согласии с их химическими свойствами.
Метод их выделения в чистом виде и определения химических свойств, примененный впервые супругами Кюри, заключается в следующем: содержащее радиоактивный элемент вещество переводят в раствор и действием различных осаждающих реактивов пытаются выделить радиоактивный элемент в осадок. Затем проверяют активность осадка и оставшегося раствора.
При этом по мощности излучения можно судить, перешел ли радиоактивный элемент в осадок, остался он в растворе, или присутствует н там, и там. В последнем случае и раствор, и осадок подвергаются снова тем же процедурам, пока, наконец, один из продуктов не будет свободен от радиации, а другой не обнаружит экспоненциального распада с характерным полупериодом ($4 этой главы). Таким образом супруги Кюри (1898 г.) выделилн из урановой смоляной руды радий; с самого начала радию в руде сопутствовал ф Ю. Гипотеза Проуте. Изотоппя. Протон барий, который до последней стадии не удалось отделить.
Это указывает, что радий принадлежит к группе щелочноземельных металлов, а в периодической системе должен быть помещен в столбце под кальцием и барием. С другой стороны, радон цц рав урано-рагин ллв лув тлл жв иб и ьм в ттт и лло ~ ав Зб ел ти ям Ф аг. 21. Райвойктивные рййы. Превращения по вертивалам соответствуют а-яалусению, а по горазонталам-З-нвлуаааню; з первом слунае атомвмй зас исвнжаетса на 4, а атонрмй комер-ва т; во втором-атомнмй вес остаемся првблизаталаео тем же, по атомвма помер увелнанааатсв на Ь Заютрняоваииме кружки соответствуют и-активности. а иезаяттзктпеааиме-9 актипиости. Размеры кружков нлюострируют валяниям нерйолов яолурасзсла.
,(или «эманация радия») по своему поведению подобен благородному газу и поэтому занимает место под гелием, неоном и т. д. Короткоживущий продукт дальнейшего распада Яал (Т 3 мин) оказался химически эквивалентным теллуру, еле. дующий )саВ (Т 27 мин) походит на свинец и т. д. Из этих и им подобных результатов был выведен важный закон радиоактивного смещения: получающийся после испускания и-частицы (нотери заряда +2 е) атом-остаток сдвигается влево на две клетки периодической системы, т.
е. в направлении меньших валентностей по водороду. Например, радий, отдав сс-частицу, превращается в радон (эманацию радия). Напротив„ испускание Р-частицы смещает атом на одну клетку вправо (Рассел, Содди, Фаянс, 1913 г.). Если, согласно этому правилу„ построить трн радиоактивных ряда (фиг, 21), то многие клетки таблицы Менделеева оказываются занятыми несколькими элементами. Возьмем наиболее яркий пример: согласно закону смешения, в клетку, занятую обычным свинцом, попадают конечные продукты трех радиоактивных рядов, а именно ссасу. Гл, П. элементарнмв частичм АсЬ и ТЬЬ, причем все три, несомненно, обладают теми же свойствами; что и свинец. Кроме них, в ту же клетку попадают маЬ, АсВ, ТпВ и гсаВ.
Вопреки сходному химическому поведению всех этих элементов их массы различны, так как после я-излучения масса атома уменьшаетск на массу атома гелия, равную 4, в то время как р-распад оставляет массу атома практически неизменной (ведь масса электрона ничтожно мала).
Поэтому три элемента в упомянутом выше ряду радия, маВ, КаЬ н Каб, должны обладать массами, последовательно уменьшающимися на 4. Добавим также следующее: может случиться (например, при каждом ()-распаде) так, что два химически различных элемента обладают одинаковым атомным весом.
Такие элементы называют изобпрами. После открытия изотопов у радиоактивных веществ Дж. Дж. Томсон (1913 г,) сумел на опытах по отклонению каналовых лучей обнаружить изотопы и у обычных элементов, например у неона. Обычный хлор, атомный вес которого химики нашли равным 35.5, состоит из атомов двух сортов с атомными весами 35 и 37. Эти исследования были доведены до высокого совершенства на уже упоминавшемся ($2 этой главы) масс-спектрографе Астона (1919 г.).
Его метод определения атомных весов и по сей день остается наиболее точным (Астон, Демпстер, 1918г.; Бэйнбридж, 1930г:, Маттаух, 1937 г.; Нир, 1951 г.). С помощью магнитного разделения каналовых лучей оказалось даже возможным получить заметные количества разделен» ных изотопов лития с атомными весами 8 и 7 (Олифант, Шир н Краутэр, 1934 г.). Сейчас такой метод широко используется для разделения двух изотопов урана с атомными весами 235 и 238 (гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
