1612725063-eb24d9660fd97b365f78091f0a818088 (828996), страница 19
Текст из файла (страница 19)
г Следовательно, прн энергии еУ, равной 10з эв,т.е. 1,59.10-зэрв (так что У Чз ° 10з СОЗЕ), получаем для а 1 г 4,80 10 'о 1 ° 3 10 =14 ° 10 'зем — величину того же порядка, что и радиус ядра (гл. Н1, 9 3 и гл. ч'11, $1). Но эффект искусственного распада лития наблю- дается даже при энергиях несколько ниже 30000 эв, когда про- тон заведомо находится вне ядра (Траубенберг и Депель, 1933 г.). Объяснение этого факта будет дано позднее (гл. УП, $1). Тяжелый изотоп водорода 0 тоже использовался для бом бардировки ядер и оказался чрезвычайно эффективным (Льюис, Левингстон, Лоуренс, 1933 г.). Так,например, можно (согласно Кокрофту н Уолтону, 1934 г.) вызвать превращение легкогоизо- топа лития в тяжелый; з1-1 +зОз=з(-1 + 1Н ° Полученные таким образом протоны обладают очень большон энергией.
Нет нужды перечислять здесь все осуществленные к настоящему времени ядерные превращения, Некоторые из инх вместе с процессами, которые нам понадобятся уже сейчас, перечислены в табл. 4. Важным открытием явилось обнаружение новых изотопов водорода и гелия, именно,Нз(названного«тритоном»,илн три- тием) и зНез, Этн изотопы были впервые получены в Кавендиш- ской национальной лаборатории при экспериментах по расщеп- лению ядер в соответствии с реакцнямн (Олнфант, Хартек, Ре- зерфорд, 1934 г.) ,Пз.+,1)з-н,Нз+,Н', ,О +,1) Нез+ л,' д б. Искусственное расщенление ядер и радиоиктиеноста 93 Таблица 4. Продолэсеиие ааыаарааутаы аа!а чачтаиы оч ,н васа !аниса +,Н' ынам+ и! аРаа+ !Н! тМ!а+ аНе' аО" + аНе' р!а ,Мака -1-,Н! !вне!а „мкаа+,н оА!аа+ н' + иначе+т ! !Мата +,Н! „Ма'а ,аАНа+,Н! , 31а! 1 !!Ма '+,Н' ма" „Маа'+,Не' !аМиач+,Н' о31аа+,Н! ,р ~ ! , А!яа+,Н! !аА!ат н (Олифант, Кннсн н Резерфорд, !933 г.) а).1а+.
Н! -! Нее+ Неа. Вскоре после этого аН' зафнкснровали непосредственно на масс-спектрографе как небольшую примесь к аН! н а0а (Влэкнн, Лозьер, Смнт, 1934 г.). Современные методы, о которых мы расскажем ннже, позволили получать новые изотопы аН' и аНеа в количестве, хотя н незначительном, но достаточном для научения нх фнзическнх свойств. В дальнейшем в качестве бомбардируюшнх частиц применили нейтроны (Фнзер, Харкннс, 1932 г.).
Сразу можно предположить, что эффектнвность нейтронов должна быть весьма значительна, так как они не заряжены н потому не тормозятся злектрнческнм полем мишени. Это предположение подтверднлось н привело к открытию нового класса ядерных преврашеннй„о которых сейчас н пойдет речь. Отметнм, что этн процессы — нх можно назвать процессамн искусственного получения радиоактивных веществ — былн открыты в 1934 году с помощью ча-лучей, а не нейтронов. Честь открытия принадлежит Ирен Кюри и ее мужу Фредерику Жолио. Выяснилось, напрнмер, что алюминий, на который воздействуют а-лучн, выбивая из него нейтроны, продолжает излучать н после прекращения этого Гл, И1.
Ато44 и ого аддо ,воздействия, причем вторичное излучение состоит нз положительных электронов. Ясно, что первоначальным продуктом реакции, согласно уравнению А127.+ Не4-4 РОО+. п1, должен оказаться радиоактивный изотоп фосфора, который затем превращается в изотоп кремния, испуская позитрон: Р00,. 8100+.а+ Период полураспада «радиофосфора», как было обнаружено, равен 3 мик Это достаточно, чтобы проверить правильность интерпретации старым химическим методом — методом осаждения (гл. П, $ 8), Протон н его изотоп Р также оказались удобнымн для получения радиоактивных ядер. Однако к самым содержательным н многочисленным результатам привели опыты с нейтронами, используя которые Ферми и его сотрудники в 1934 году получили новые радиоактивные ядра из большинства известных атомов. Несмотря на довольно короткое время жизни этих ядер (несколько минут), удалось определить химическую природу продуктов реакции; прн этом было установлено, что атомный номер ядра, захватившего нейтрон, изменяется на 2, 1 нли О, что соответствует излучению а-частицы, протона или светового кванта.
Проходя через вещества, которые содержат много атомов водорода, например воду или парафин, нейтроны замедляются в результате столкновений с протонами, отдавая этим частицам, имеющим такую же массу, половину своей энергии при каждом столкновении. Таким способом удается получить нейтроны, находящиеся почти в тепловом равновесии с окружающей средой. Ядерные превращения, вызванные этими медленнымн нейтроиамн, особенно интенсивны н обладают большим числом интересных особенностей, таких, например, как избирательное поглощение дейтронов некоторыми элементами. Изуление процессов с участием медленных нейтронов представляет собой одни из самых мощных методов, выявляющих закономерности строения ядра (см.
гл. УП, $9). В 1934 году Чэдвик и Голдхабер, используя у-излучение как средство воздействия на ядра„обнаружили ядерные превращения нового типа. Было обнаружено, что тяжелый изотоп водорода В расщепляется по схеме 1П2.+у-Э 1Н1 +ОЮ1. Это позволило определить энергию связи 0-ядра (Р р+а) и вычислить массу нейтрона. К настоящему времени лучшие данные таковы: 2,237 Мэв нли 4,38 п1о2 для энергии связи и 1,00899 У б. Искусственное расисеняение ядер и радиоактивность 95 для массы нейтрона (Эллиот н Вэлл, 1948 г.). В последнее время технические средства, позволяющие получать пучки быстрых частиц, значительно усовершенствованы. Простой принцип электрофорной машины, способной создавать высокий электрический потенциал за счет механического перемещения заряжен ного тела, был в гигантских масштабах использован Ван-дерГраафом (1931 г.), который применил в качестве переносчика заряда длинную замкнутую ленту.
Полученный высокий потен циал подается на вакуумную трубу, где за одни цикл цроисходнт ускорение заряженных частиц (линейные ускорители). Эадача ускорения электронов — релятивистская задача, поскольку, например„ электрон с энергией 1,0 Мзв обладает скоростью 0,94 о (см. гл. 1, 3 1 н приложение 5). Интересной категорией высокоэнергетических линейных ускорителей являются ускорители, использующие так устроенные круговые волноводы, что электромагнитная волна распространяется в ннх с постоянно возрастающей скоростью, приближающейся в конце концов к скорости света. Прн ннжекции электронов скорость волны совпадает со скоростью последних, затем электроны ускоряются электрической составляющей электромагнитной волны, которая как бы «несет» их на себе.
Ускоритель такого типа, сооружаемый в Стэнфорде, будет сообщать электронам энергию в 1 Бэв (1000 Мзв). В других типах ускорителей разгоняющий потенциал невелик, зато возможно многократное ускорение частиц на периодической орбите с помощью повторяющихся электромагнитных импульсов. Самые удачные машины такого типа — цикяотрон ускоряющий ноны (Лоуренс н Эдлефсон, 1930 г.), и бетагрон, ускоряющий электроны (Керст и Сербер, 194! г.). И в той н в другой машине заряженные частицы удерживаются на круговой орбите сильным магнитным полем (гл.
11,$1), нособствеяно ускорение проводится различными способами. В циклотроне две половины круговой орбиты поддерживаются под различнымн электрическими потенциалами (с помощью металлических коробок, имеющих форму полукруга). Частицы, пересекая диаметр, отделяющий одну половину орбиты от другой (т. е. переходя из одной коробки в другую), испытывают на себе дейст вие сильного поля. Последнее создается высокочастотным генератором н подобрано так, что каждое пересечение упомянутого диаметра сопровождается разгоняющим импульсом. В бетатро не вообще не используется электрическое поле; ускорение осуществляется магнитным полем, которое, изменяясь, создает электродвижущую силу индукции, воздействующую на влек троны, движущиеся по круговой орбите.
Тщательная наладка позволяет настолько стабилизировать движение электронов, Гм Ш. Атом и его ядро что, несмотря на случайные столкновения с атомами, они проходят орбиту много сотен тысяч раз. Энергия, достижимая на обычном циклотроне, ограничена релятивистским изменением массы, которому подвержена разгоняемая частица при увеличении энергии (гл. 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
