АТОМНОЕ ЯДРО И ЕГО ЭНЕРГИЯ

КАК «УВИДЕЛИ» АЛЬФА-ЧАСТИЦУ?

Читатель вправе, однако, спросить, — как же, нако­нец, наблюдаются альфа-частицы и другие ядра? Как в описанной реакции узнают, что вылетает быстрый протон, а не какая-либо другая частица? Откладывать далее ответ на этот вопрос мы не можем и нам придёт­ся сделать небольшое отступление. Впрочем, вопрос настолько существенен, что ответ на него нельзя даже считать отступлением.

Выясним раньше всего, как альфа-частицы проходят через вещество и что при этом происходит.

Альфа-частица — это стремительно мчащееся ядро с положительным зарядом 2 и весом 4. Если эта ча­стица движется через вещество, например, через воздух, она встречает огромное число атомов. Ядро в атоме занимает, как мы знаем, такое же место, как булавоч­ная головка в стометровом зале - Пролетая по прямой линии через такой зал, альфа-частица, если бы она сама была размером в булавочную головку, имела бы нич­тожно мало шансов встретиться с атомным ядром. В большинстве случаев альфа-частица пройдёт далеко от ядра. Однако, это не значит что альфа-частица и яд­ро совсем не влияют друг на друга — ведь оба эти ядра заряжены, а заряжённые тела действуют друг на друга и на расстоянии. Поскольку и альфа-частица и ядро заряжены положительно, они будут отталкивать друг друга (одноимённые заряды отталкиваются). Однако, скорость альфа-частицы столь велика, что практически она почти не будет отклоняться, если только не прой­дёт весьма близко около самого ядра, что бывает редко.

Посмотрим теперь, как действуют друг на друга альфа-частицы и электроны встречных атомов, притяги­вающиеся друг к другу электрическими силами (разно­имённые заряды притягиваются). Поскольку альфа - частица тяжелее электрона примерно в 7 300 раз, то совершенно ясно, что, столкнувшись с электроном, она этого почти не почувствует, так же, как мчащийся поезд не сойдёт с рельс, налетев на велосипедиста. Судьба же велосипедиста, напротив, незавидна. Точно так же и электрон, на который налетает альфа-частица, будет оторван от своего атома и отброшен в сторону. Для этого альфа-частица не должна даже налететь на элек­трон; достаточно ей только пролететь близко от элек­трона, чтобы, действуя электрическими силами, вырвать электрон из атома.

Таким образом, альфа-частица оставляет на своём пути «разбитые» атомы, лишённые одного или несколь­ких электронов. Мы уже говорили, что такие атомы называются ионами; поэтому можно сказать, что альфа-частица ионизует атомы и оставляет за собой след из ионов. Что касается пути альфа-частицы, то из сказанного видно, что она движется по прямой линии, за исключением тех редких случаев, когда имеет место лобовое столкновение с ядром.

Почти все методы изучения альфа-частиц, а также других быстрых заряжённых частиц, и основаны как раз на наблюдении тех ионов, которые эти частицы за собой оставляют.

Наличие ионов может, в свою очередь, устанавли­ваться разными способами.

Допустим, например, что альфа-частица проходит через воздух; при отсутствии альфа-частиц воздух почти не проводит электрического тока, так как в нём почти совсем нет ионов и электронов, которые могли бы переносить электрический заряд, т. е. быть носите­лями тока (электрический ток представляет собой пе­ренос электрического заряда от одного места к друго­му). Если же через воздух пройдут альфа-частицы, то они создадут ионы; эти ионы мы можем обнаружить, внося в газ заряжённое тело, к которому ионы притя­нутся; при этом через воздух пойдёт электрический ток. Таким образом мы узнаем о прохождении альфа-частиц через газ.

Существует, однако, ещё лучший способ обнаруже­ния заряжённых частиц (таких, как альфа-частицы), 22
позволяющий увидеть их путь. Этот способ в 1912 г. был предложен английским физиком Вильсонохм и в на­стоящее время он играет исключительно важную роль.

Прибор, построенный Вильсоном и называемый ка­мерой Вильсона, основан на следующем свойстве водя - його пара. Если водяной пар достаточно охлаждён, так, что он уже должен сгущаться в воду, то это сгущение предпочтительнее происходит на каких-либо пылинках; вокруг таких пылинок образуются капельки воды, ко­торые затем выпадают в виде дождя. Образова­ние дождя в природе всегда происходит на пы­линках. Поэтому сущест­вует способ искусственно вызывать дождь, посыпая песком с самолёта обла­ко, где имеются несгу - ставшиеся пары воды; во­круг песчинок при: под­ходящих условиях начи­нают сгущаться капельки воды, облако становится более плотным и выпа­дает дождь. В случае, если воздух очень хоро­шо очищен и никаких пыли­нок в нём нет, сгущение даже довольно сильно охлаждённого пара затрудняется и может очень затянуться.

И вот оказалось, что в подобных условиях, когда пылинок нет, а пар должен сгуститься, это сгущение предпочтительно происходит на ионах. Другими слова­ми, ионы могут играть роль пылинок. Это обстоятель­ство и используется в камере Вильсона. Она представ­ляет собой цилиндр, обычно радиусом в 7—10 санти­метров, причём нижнее дно цилиндра может опускать­ся (рис. 6). Если дно камеры быстро опустить, то из-за расширения газа находящийся в камере водяной пар

Охладится и окажется способным сгуститься в воду. Когда ионов в камере нет, пар сгущаться не будет, но если через камеру проходит альфа-частица, оставляя

На своём пути ионный след, пар в кахмере сгустится

В капельки воды как раз на месте следа. Эти капельки мож­но видеть глазом или фотографи­ровать. Таким образом путь частицы становится видимым.

Если покрыть радиоактивным веществом тонкую пластинку и поместить её в камеру Вильсона, то получится снимок, изображён­ный на рис. 7; альфа-частиц здесь так много, что они образу­ют целый веер.

На первый взгляд может по­казаться странным, почему на этом снимке путь альфа-частиц кончается в камере. Дело в том, что, проходя через газ и ионизуя его, альфа-частицы постепенно теряют свою энергию, замедля­ются и уже не образуют ионов; поэтому их пути перестают быть видимыми. Расстояние, которое альфа-частицы прохо­дят в воздухе, ионизуя его, обычно не превосходит 10 сантиметров.