1612725063-eb24d9660fd97b365f78091f0a818088 (828996), страница 17
Текст из файла (страница 17)
В ядерной физике дефекты масс или энергии связи обычно выражают либо просто в атомных весовых единицах (например, для гелия Е=0,028), либо, поскольку получающиеся численные значения малы, в электронных массах ш (или в электронных энергиях яэса), так что для Не Е = 0,028 . 1840тсз = 52ятс'. Мы будем часто пользоваться единицами яасэ. Эта единица соответствует кинетической энергии электрона, прошедшего разность потенциалов 510 000 э; мы будем говорить, что она равна 5,1 ° 10' эв (электрон-вольт) или 0,51 Мэв (мегаэлектроп-вольт). Измерения дефектов массы, проведенные с большой точностью Астоном и др. (начиная с 1920 г.), дают, таким образом, сведения о «теплотах образования» ядер, т. е, об энергетических соотношениях в ядерной системе.
Было обнаружено, что эти соотношения подчиняются некоторым вполне определенным правилам. Оказывается удобным разбить все ядра на четыре группы в соответствии с тем, делится ли массовое число на четыре, или деление дает остаток 1, 2 илн 3; мы вернемся к этому немного ниже. На фиг. 26 приведены энергии связи (и, следовательно, дефекты масс); видно, что при увеличении атомного номера энергия связи (дефект масс) сначала быстро растет, а затем начинает медленно спадать при приближении к радиоактивным элементам.
Для объяснения этих фактов существенны предположения о составных частях ядер. Мы уже видели, что электроны не могут поместиться внутри ядер, если считать радиус электрона физической реальностью. Поскольку изложенное нами рассуждение могло показаться недостаточно убедительным, приобретает важность тот факт, что невозможность продолжительного существования электрона внутри ядра болеедостоверно следует из измерений ядерных моментов количества движения — так называемого ядерного спина. Мы еще вернемся к этому вопросу (гл. 1Х, $3), здесь же нужно отметить только следующее.
В квантовой теории момент частицы всегда равен целому числу некоторых элементарных единиц; при этом момент системы частиц должен быть ~вязан простыми целочисленными соотношениями с моментами отдельно взятых частей. Эти соотношения, з Я О с ФГ Я о о~ м~ ~ Е ~ О Ф оо у 43 Ьз оз ай щД м Й аЯ, о ЮФ 4 Дв ь Я гдеОг 3 ~ 9 м~;о~ з э 4.
Йефект маеты и эивргил связи адар, нвятрино 85 хотя онн выполняются без всяких исключений для электронных оболочек атомов, не имели бы место для ядер, содержащих электроны, что хорошо выяснено на примере ядра азота И"„ если строить ядра из протонов н электронов, то моменты ведут себя, как если бы в ядре были одни только протоны (Гайтлер, Герцберг, 1929 г.). Сейчас в нашем распоряжении имеются другие частицы„ прежде всего нейтроны, и, естественно, возникает мысль попытаться использовать их для объяснения структуры ядер.
Все вышеперечисленные трудности исчезают, если принять, что ядра составлены из протонов и нейтронов (Иваненко, Гейзенберг„ !932 г.). Прежде всего уже простые предположения о силах взаимодействия позволяют в этом случае понять тот фундаментальный факт, что атомный вес А легких атомов вдвое больше атомного номера Е, тогда как для тяжелых атомов он возрастает несколько быстрее, чем 22. Ведь между двумя протонами действует сила кулоновского отталкивания нх положительных зарядов, поэтому, чтобы образование ядер было вообще возможным, между нейтроном и протоном должны существовать очень значительные короткодействующие силы притяжения.
Существуют еще и другие силы — силы между двумя нейтронами н силы между двумя протонами; последние изучались в опытах по рассеянию протонов на протонах (фото 6); оказалось, что они того же порядка, что и нейтрон-протонные силы. Разумно предположить то же самое для взаимодействия нейтрон — нейтрон. Тогда нейтрон и протон можно считать одной и той же частицей, называемой нуклоном, который может находиться в двух состояниях соответственно двум значениям заряда О и 1, Заряд, однако, влияет на короткодействующие силы таким образом, что протон-нейтронные силы несколько больше, чем силы между одноименными частицами; сверх того, заряд порождает электростатическое (кулоновское) отталкивание между протонами. Теперь можно понять поведение дроби А/2Я.
Число р протонов и число л нейтронов так согласованы друг с другом, что прн образовании ядра освобождается наибольшая энергия. Это означает, если пренебречь кулоновским отталкиванием протонов, то образуется максимально возможное количество нейтрон-протонных пар. При заданном атомном весе, нли, точнее, массовом числе А р+л, самым устойчивым состоянием для малых чисел А будет состояние, в котором р=и Так как р равно атомному номеру У, то А=22, Однако, чем больше протонов окажется в ядре, тем большее значение приобретает кулоновское отталкивание.
Ясно, что это препятствует росту числа протонов. Таким образом, разность а — р становится больше нуля и растет с увеличением р=Е. Отсюда следует, чу Г*. П/. А«ом и »го ядРо А=п+р>2р или А)22 и что А--22 растет при увеличении 2; так и обстоит дело в действительности. Вероятно, что протоннейтронные пары в ядре по возможности стремятся объединиться в а-частицы, так как известно, во-первых, что а-частица относительно прочна (дефект массы велик, см.
выше), во-вторых, что именно а-частицы излучаются нестабильными (радиоактивными) ядрами и, наконец, что дефекты масс тех ядер, атомный зес которых кратен четырем, образуют правильные серии. Более того, устойчивость а-частицы приобретает разумное объяснение при рассмотрении снл, возникающих приобмене зарядами и спинами между элементарными частицами и имеющих тенденцию к насыщению (образованию систем с нулевым моментом в соответствии с принципом Паули, см. Ч1, $5).
Так можно объяснить радиоактивный «з-распад. Что касается р-распада, т. е. излучения электрона, то новая концепция привлекательна тем, что сводит его к элементарному процессу, именно к распаду нейтрона на протон и электрон. Наблюдается также испускание позитронов из ядер с малым временем жизни (полученных искусственным путем, см. тл. П1, $6); этот процесс должен быть распадом протона на нейтрон и позитрон. Для обычного й--излучения, как мы видели (гл. П, $4), характерен непрерывный спектр скоростей; то же самое справедливо для (1+-излучения. Мы уже говорили о возникающих прн этом фундаментальных трудностях; оии состоят в нарушении энергетического принципа для таких процессов (как, впрочем, и закона сохранения момента илн спина). Для спасения этих законов не остается ничего другого, как предположить, что существует еще третья частица, участвующая в процессе, но ускользающая в силу своих свойств от прямого наблюдения (Паули, Ферми, !934 г.).
Она должна быть очень легкой и не иметь заряда; поэтому ее называют ««нейтрнчо». Существуют косвенные доказательства существования та<ой частицы, совершенно аналогичные доказательству существо«ания нейтрона (гл. П, $6). Наблюдая следы атомных ядер, «спытавших столкновения, и применяя к ним закон сохранения «мпульса, мы сделали вывод о существовании нейтрона.
В слу«ае нейтрино подобные столкновения слишком редки; вместо «их, однако, можно рассмотреть отдачу при распаде. Для естетвенных радиоактивных веществ, атомы которых очень тяжелы, лед отдачи атомного остатка при Р-распаде безусловно слишом мал; но теперь мы умеем создавать легкие радиоактивные томы искусственным путем ($6 этой главы), и эффект отдачи ля ннх, конечно, можно обнаружить. Если направления треков чектрона и атомного остатка оказываются не точно противопозжными друг другу, то для объяснения этого явления пред- У Д Тяасвямй вадорад а гаааелая вода почтительнее ввести третью, невидимую частицу, чем отказаться от закона сохранения импульса (Бете, Пайерлс, 1934 г.).
Первые эксперименты (Лейпунский, 1936 г.; Крейн и Хэлперн, 1938 — 1939 гг.) дали лишь слабые указания на существование нейтрино. К убедительным результатам привел новый метод (Аллен, 1942 г.). Исследовался радиоактивный изотоп бериллия, полученный бомбардировкой обычного лития дейтронами, в результате реакции з1.1а+,Рз=~Ве' (см. табл. 4 на стр. 92). Здесь, как и в дальнейшем, нижний индекс означает атомный номер Е, а верхний — округленный атомный вес, илв массовое число А. Так как ьВе' содержит на один протон больше, чем з11т, он менее устойчив (в соответствии с соображениями, высказанными нами выше).
Но разница еще слишком мала, чтобы ьВе' выбросил позитрон (р+-распад). Происходит другая странная вещь: ядро ьВе' захватывает один из ближайших электронов оболочки (К-захват), превращаясь, таким обазом, с полупериодом примерно в 43 дня в А(г (гл. ЧП, $7). этом случае энергия отдачи образовавшегося атома зависит лишь от испущенного нейтрино. Судя по разности масс аВе' и а1.1т (соответствующей 370000 эв), энергия отдачи должна быть около 58 эв. Экспериментальные результаты, полученные Алленом, удовлетворительно согласуются с этой величиной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
