1612725063-eb24d9660fd97b365f78091f0a818088 (828996), страница 18

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

Текст из файла (страница 18)

Недавно были выполнены (Рейнес и Коуэн, 1966 г,) новые эксперименты; многие физики считают их более прямым доказательством существования нейтрино. Атомный котел (гл. УП, $7) излучает мощный поток нейтрино, и для их обнаружения можно использовать обратный 8-процесс. В этом процессе протон захватывает нейтрино, распадаясь затем на нейтрон и позитрон.

Одновременное наблюдение нейтрона и позитрона убедительно свидетельствует о том, что нейтрино существует как элементарная частица. ф д. Тяжелый водород и тяжелая вода Для большинства элементов факт существования изотопов не так уж важен ~в повседневной практике физиков и химиков. ибо разница масс изотопов относительно невелика и их свойства почти одинаковы.

По-нному обстоит дело с недавно открытым изотопом водорода, масса ядра которого равна примерно удвоенной массе протона; он получил название дейтрона («второгоэ). Тут физические н химические свойства изотопов оказываются существенно различными, так что мы имеем право говорить о действительно новом элементе, названном дейтерием и получившем символ Р. Гя. Ш.

Атом и его ядро 88 Значительность открытия дейтерия становится особенно понятной, если учесть, что наиболее важное химическое соединение водорода — вода, которая издавна служит физике своего рода стандартом, — теперь оказывается смесью нескольких сортов молекул (НаО, НРО, ЭаО), молекулярные веса которых отличаются друг от друга на 5 и 107о соответственно. В этом смысле очень удачно получилось, что по причинам другого, чисто практического характера мы давно отказались от определения килограмма как массы 1000 сма воды прн ее максимальной плотности, определив вместо этого единичную массу как массу некоторого платино-иридиевого образца.

Стоит рассказать, однако, почти романтическую историю открытия дейтерия, напоминающую открытие аргона в атмосфере (Редей, Рамзей, 1894 г.); в обоих случаях ключом к открытию стало доверие к совсем крошечным расхождениям в различных измерениях одной и той же величины. Напомним вначале, что спектрографическими методами были открыты два изотопа кислорода с массами 17 и 13. Так как частоты колебаний обратно пропорциональны квадратному корню из масс колеблющихся частиц, изотопы были обнаружены по появлению смещенных линий в молекулярных спектрах. Однако интенсивность линий была очень мала, а колилество изотопов так ничтожно, что все это не могло повлиять на практические измерения. С теоретической же точки зрения доказательство существования изотопов и измерение нх относительных количеств привело к важным следствиям.

По этим данным н химическим молекулярным весам мы можем вычислить действительную массу атома водорода Н, приняв массу основного изотопа кислорода за 16. С другой стороны, та же )касса водорода была измерена Астоном на масс-спектрографе. Бердж и Мензел (1931г.) обнаружили разницу в 1/5000 и заключилн, что водород также должен содержать малое количество (около 1/4000) тяжелого изотопа с массой 2 '). Вскоре после этого Юри, Брикведд и Мерфи (193! г.) предприняли спектроскопические исследования водорода. Мы покажем (гл. Ч, $ 1), что положение спектроскопических атомных линий также зависит от массы ядер. И в самом деле, на должном расстоянии от основной водородной линни были обнаружены :лабые линии-сателлиты.

Для обогащения водорода тяжелым изотопом Р применялнсь различные методы, причем наиболее еспешным из ннх оказался обычный электролиз (Юри н Ваш5ерн, Льюис и Макдональд, 1932 г.). Оказалось, что легкий 9 Позднейшие изыереиии Астана показали, однако, что этн столь уавдоподобные выводы были основаны на неточйых измерениях. У К Искусстеенное сассяеняение ядер и радиоактивности Ю водород Нс выделяется на катоде в 5 — 6 раз быстрее, чем тяжелый 1)с.

Если первоначальная концентрация определяется соотношением 1:5000, то электролнз шести лнтров обыкновенной воды может дать нам около 1 смс чнстой тяжелой воды. Между прочим, сейчас этот метод позволяет получать тяжелую воду в колнчествах, достаточных для изучения ее свойств. Другой метод разделення изотопов, на который обратил вннманне. еще Герц (гл. 11, $ 5), основан на разнице в коэффициентах диффузии газов. Этнм методом было получено около 1 смс дейтерня такой чистоты, что спектральных линнй обычного водорода (так называемых бальмеровскнх линий, см.

гл. У, $ 1)' вообще не было видно. Точная масса 0-атома в кислородных единнцах равна 2,0147 (Астон, 1936 г.), тогда как масса Н-атома составляет 1,0081. С точкн зренкя Гейзенберга (гл. 1Н, $21) мы должны рассматривать ядро дейтерня как комбинацию протон+нейтрон. Это было доказано непосредственно: у-лучи расщепляют дейтрон на протон н нейтрон (Чэдвик н Гольдхабер„ 1934 г., гл. Ш, $6). Свойства тяжелой воды РсО заметно отлнчаются от свойств обычной воды НсО.

Так, точка замерзания ЭсО приблизительно на 3,8', а точка кнпення на 1,4' выше, чем у обычной воды; плотность 1)сО примерно на 11% превосходит плотность НсО. Аналогичные результаты получаются для другнх веществ, в которых Н полностью нлн частнчно заменен на ?). Скорости химических реакций с участнем этих веществ значнтельно изменяются.

Так возникла новая область хнмни. важная также н для биологии. Для фнзнков важность тяжелого водорода определяется тем фактом, что появляется возможность получать пучки 0-атомов так же легко, как н Н-атомов. Это открывает новые возможности бомбардировки других ядер, что уже дало ценную ннформацию об нх структуре. Об этом мы будем говорнть в следующем параграфе. ф 6. Искусспьвеккое расщеплекие ядер и искуссспвеккая радиоакспив коспсэ Как нзвестно, опыт показывает, что на радиоактивные распады ядер нельзя воздействовать обычнымн физическими средствамн — онн происходят самопроизвольно в соответствии со статнстическнмн законами. Если бы мы располагалн только такнмн процессамн, то нам никогда не удалось бы получнть прямую информацию о строении большинства нерадноактнвных яде н пришлось бы довольствоваться лишь гнпотезамн.

6 оэтому огромное значение приобретает открытие Резерфорда (1919 г.), установившего, что ядро можно расщепнть„ Гя. Ш. Атом и его ядро подвергнув его воздействию сг-лучей. Впервые это было проделано с ядром азота. В камере Вильсона можно время от времены наблюдать ядерные столкновения, при которых внезапно исчезает трек налетающей а-частицы, а там, где он кончается, появляется трек испытавшего удар ядра и более протяженный трек вторичной частицы (фото 7, 8, 9), Тот же результат был впоследствии получен на ядрах многих других элементов— бора, фтора, неона, натрия и пр.

(Резерфорд, Чэдвнк, Кирш и Паттерсон, 1920 — 1925 гг.). Опыты по отклонению в полях показали, что образующиеся легкие частицы представляют собой протоны. Очевидно, а-частица поглощается ядром; при этом атом тИ1г превращается в упоминавшийся выше изотоп кислорода с массой 17 в согласии с формулой тМм+еНее-ь еО'т-+,Н'. Здесь уже видны истоки своего рода ядерной химии, законы которой можно сформулировать, как и в только что приведенном примере, совершенно аналогично химическим формулам. (Можно также включить в эти формулы энергию связи, которая будет служить аналогом теплоты образования и будет компенсировать разницу в кинетических энергиях частиц.) Само явление вопреки тому, что предполагалось сначала и часто еще утверждается теперь, состоит не в разрушении ядра, а в его превращении в другое ядро, что нередко почти решает проблему искусственного получения ядер.

Сравнительно недавно для облучения ядер было использовано большое число других быстрых частиц; были изучены вызываемые этими частицами ядерные превращения. Весьма впечатляющие результаты получены методом фотоэмульснй (гл. 11, $4); на фото 1О приведен пример взрывопо лобного распада, который наблюдался группой Пауэлла в Брн столе. В 1932 году Кокрофт и Уолтон обнаружнлн, что искусствен но полученные пучки протонов с энергией 12000 эв, что прнблн вительно равно огог!4 н совсем немного в сравнении с энергией естественных а-лучей (около 16 тот), способны расщеплять ядра атомов лития согласно формуле г1 1'+.,Н~ -~,Не" +,Нее.

При этом наблюдение в камере Вильсона обнаружило, что два ядра гелия, т. е. а-частицы, одновременно вылетают из облучаемой литиевой пленки в противоположных направлениях (Киршнер, Ди и Уолтон, 1934 г.,фото1Ц. Аналогнчныепревра щения удалось наблюдать в большой группе других ядер. При этом весьма примечательно, что измерить массу ядра с по- 6 6. Исирссгеенное расиЗеаление ядер и радиоактивность н мощью масс-спектрографа и определить кинетические энергии частиц до и после распада можно с такой точностью, которая позволяет получить прямое экспериментальное подтверждение закона Эйнштейна Е тсз (Бейнбридж, 1933 г.).

Может сложиться впечатление, что ядерные превращения происходят только в том случае, когда налетающий протон приближается к ядру на очень малое расстояние; однако дело обстоит не так. Минимальное расстояние между протоном и ядром нетрудно вычислить, приравнивая потенциальную энергию взЕ/» на этом расстоянии к кинетической энергии протона е1', где У вЂ” ускоряющий потенциал. Так, еа е2 'й= —, г=-1 -.

Характеристики

Список файлов книги