МИР АТОМА

«АТОМНАЯ АРТИЛЛЕРИЯ»

Теперь мы можем попытаться представить себе, как построен атом. Первая «модель» атома, разработан­ная физиками, выглядела так. Атом представляли в виде положительно заряженной капельки вещества в форме

2

Г. А. Зисман
шарика. Внутри этой капельки «плавают» электроны. От­рицательный заряд электронов в точности равен по вели­чине положительному заряду шарика, так что атом в це­лом нейтрален (если только он по каким-либо причинам не лишился одного или нескольких электронов).

Это была догадка, требовавшая проверки. Но как это можно было сделать? Каким инструментом «прощупать» внутреннее строение атома? Ведь все тончайшие инстру­менты, которыми пользуются учёные, сами состоят из ог­ромного множества атомов.

На помощь пришли сами атомы.

В конце прошлого века, в результате работ многих физиков, бьшо открыто замечательное явление, получив - Гамш - шее назваШ1'е радиоактивности. Было

Излучение установлено, что некоторые тяжёлые

I

Дмфа - атомы, например, атомы химических г™ [частицы элементов урана, тория, а особенно

Сильно атомы химического элемента радия, выбрасывают из своих недр особые лучи. Когда учёные пропу­стили тонкий пучок этих лучей между полюсами больших магнитов, пучок разделился: одна его часть отклонилась в одну сторону, дру­гая — в другую, а часть не откло­нилась вовсе (рис. 10).

Читатель, вспомнив, как действу­ют магнитные силы на движущиеся заряды (рис. 7, стр. 14), может сам ообразить, в чём здесь дело. Излу­чение радия состоит из положитель­но заряженных частиц, получивших название альфа-частиц (на рисунке они отклоняются вправо), отрицательно заряженных бета-частиц (откло­няются влево) и излучения, не несущего никакого заряда

И, как это было выяснено позднее, по своей природе по­добного видимому свету (магнитными силами не откло­няется); оно получило название гамма-излучения.

Много выдумки, очень сложных опытов, много труда затратили учёные, выясняя свойства альфа-, бета - и гам - ма-излучений. И вот что было установлено.

Алъфа-лучи — это поток выбрасываемых радиоактив­ным элементом атомов химического элемента гелия, ли­

Шённых двух электронов. Другими словами, альфа-ча­стица есть атом (гелия, обладающий положительным заря­дом, равным «по величине (но ие по знаку) двум зарядам электрона. Все вылетающие из одинаковых атомов аль­фа-частицы имеют в точности одну и ту же скорость. Для разных атомов эта скорость колеблется от 10 до 20 тысяч километров в секунду.

Бета-частицы оказались обычными электронами. Ско­рости их различны. Большая часть их оказалась обла­дающей скоростями ещё большими, чем скорости альфа - частиц. Некоторые из них достигают скоростей, близких к скорости света (скорость света — 300 тысяч километров в секунду). Однако энергия бета-частиц меньше энергии альфа-частиц, так как их масса в 7 300 раз меньше массы альфа-частиц. Кроме того, »в отличие - от альфа-частиц, вылетая из одинаковых атомов, они обладают самыми разными скоростями.

Заметим тут же, что альфа-, бета - и гамма-частицы не выбрасываются атомом сразу. Они выбрасываются пооче­рёдно. Подробнее об этом мы расскажем ниже.

Итак, природа сама предоставляет нам в виде альфа - и бета-частиц прекрасные снаряды, с помощью которых можно попробовать прощупать недра атомов, пробить броню, скрывающую от нас тайны строения вещества.

Какие же частицы удобнее использовать для такого опыта? Бета-частицы обладают наибольшей скоростью, но пользоваться ими в качестве снарядов неудобно: энергия и масса бета-частиц, как мы уже указывали, много меньше энергии и массы альфа-частиц.

А нам важно воспользоваться частичками с большой массой. Ведь если мы хотим разведать, как распределено в атоме тяжёлое положительно заряженное вещество, мы должны прощупать атом с помощью частиц, которые не будут отклоняться при столкновениях с множеством за­ключённых в атоме электронов. Способны ли на это бета - частицы? Конечно, нет. Ведь они сами не что иное, как электроны. А если так, то, столкнувшись с любым элек­троном в атоме, они могут СИЛЬНО ОТКЛОНИТЬСЯ — 1В точ­ности так, как это бывает при столкновении биллиардных шаров. Совсем другое дело альфа-частица. Электроны никак не заставят свернуть её с пути! Она пронесётся сквозь них так же легио, как майский жук сквозь кома­риный рой.

Итак, для «обстрела» атомов были взяты альфа-ча­стицы.

И первые же опыты дали совершенно неожиданный результат. Но прежде, чем говорить об этом результате, предложим читателю самому подуїмать над таким ©опро­сом. Вот перед вами тоненький листочек металла; на него направлен узкий пучок альфа-частиц (так именно и ста­вились первые опыты «обстрела» атомов); спрашивается, чего следует ожидать, если считать, что атом является сплошным шариком? На рисунке 11 вы видите разрез

Тончайшего металлическо­го листика, каким он вы­глядел бы при увеличе­нии в несколько миллио­нов раз, если бы металл состоял из атомов-шари­ков. Совершенно очевид­но, что те альфа-частицы, которые протолкаются сквозь эту гущу атомов, не «увязнут» в них, испы­тают множество столкно­вений с атомаїми и, следо­вательно, - много раз изме­нят направление своего движения. Альфа-частицы будут вылетать из листоч­ка под самыми различны­ми направлениями. Про­верить это очень легко — достаточно поставить в нуж­ном месте экран, покрытый сернистым цинком. Каждая прилетевшая на экран частица будет отмечена вспыхнув­шей на мгновение звёздочкой.

Однако опыты показали совершенно другое. Большая часть альфа-частиц пронеслась сквозь металлический ли­сточек, практически совершенно не отклонившись, — так, как если бы путь этих частиц лежал в пустоте!

Альфа-частицы образовывали на экране яркую звёз­дочку в том же самом месте, в которое они попадали бы, если бы на их пути не было никакой преграды!

Значит, думать, что атомы — шарики, с которыми альфа-частица сталкивается, как дробинка с биллиард­ными шарами, неверно.

Может быть атомы совсем не твёрдые и пробиваются альфа-частицами без труда? Допустим, что атомы — «мяг­кие шарики». Но тогда не будет никаких причин, которые могли бы сильно отклонить движущиеся альфа-частицы: нуля, угодившая в ящик с помидорами, либо пробьёт его, либо застрянет в нём, но уже никак не свернёт вправо или влево, и тем более не повернёт вспять. Если бы атом был таким, мы должны были бы увидеть яріко светящуюся в центре экрана звёздочку, и только.

А что показали опыты?

Куда бы ни был поставлен экран, даже в то место, куда могли попасть только альфа-частицы, повернувшие

Назад после столкновения — всюду на экране вспыхивали звёздочки, показывая, что и сюда летят отдельные, хотя и редкие, альфа-частицы.

О чём говорят результаты этих опытов?

Большая часть альфа-частиц проходит через листочек металла, то-есть сквозь множество его атомов, не откло­нившись. Значит, большая часть объёма атома не запол­нена веществом, способным помешать движению альфа- частиц.

Сильные отклонения некоторых альфа-частиц свиде­тельствуют о столкновении их с большой массой. Значит, основная масса атома, несущая, как мы уже знаем, поло­жительный заряд, сосредоточена в очень малом объёме, «ядре» атома (рис. 12).