Атомна фізика, досліди Резерфорда

Перші уявлення про атомах як виключно неподільних найдрібніших частинках з’явилися ще в античні часи, однак тільки в XVIII столітті вдалося довести реальність існування цих елементів.

Сам питання про їх внутрішньому пристрої не виникало, отже, атоми і далі вважалися абсолютно неподільними. На початку XIX століття дослідження атомістичної будови фізичних тіл значно просунулося вперед.

У 1833 році під час проведення чергового експерименту, пов’язаного з принципами роботи електролізу, вчені визначили, що струм в розчині досліджуваного предмета являє собою впорядкований рух позитивно заряджених частинок – іонів. В результаті було встановлено мінімальний заряд іона, названий електричним елементарним зарядом. Його наближене значення дорівнює $ e = 1,60 • 10 ^ {- 19} $ Кл $ ..

На підставі проведених дослідів можна було зробити головний висновок про існування всередині атомів величезної кількості електричних зарядів. Значиму роль у розвитку атомістичної ідеї зіграв відомий російський хімік Д. І. Менделєєв, який в 1869 році представив громадськості періодичну систему елементів, що позначає необхідність в єдиній природі атомів.

Важливим доказом складної структури найдрібніших частинок стали спектроскопічні вчення, які привели фізиків до відкриття лінійчатих постійних спектрів всіх атомів. На початку XIX століття розроблялися дискретні лінії в випромінюванні світлових хвиль атомів водню у видимій частині самого спектра. Завдяки таким відкриттям, вдалося встановити математичні закономірності, які пов’язують довжини хвиль діючих ліній.

У 1897 році Дж. Томсон став першовідкривачем електрона, вимірявши ставлення заряду основного елемента до маси. Експерименти Томсона підтвердили припущення про те, що електрони в обов’язковому порядку знаходяться в складі атомів.

Таким чином, на базі всіх відомих до початку минулого століття експериментальних підтверджень можна стверджувати, що атоми речовини досить багатогранні і мають складну внутрішню будову. Вони є електро-нейтральної системою, причому електрони виконують роль носіїв негативного заряду речовин, маса яких становить лише малу частину атомів.

Досвід Резерфорда і ядерна модель атома

Резерфорд Ернст (1871-1937 рр.) – видатний англійський фізик-теоретик, один з розробників вчення про будову атома і радіоактивності, засновник наукової школи, зарубіжний член-кореспондент РАН і почесний представник АН СРСР.

Вчений в ході своєї наукової діяльності відкрив безліч закономірностей у фізиці і довів, що модель Томсона неповноцінна і невірна. Резерфорд запропонував використовувати зондування речовин за допомогою $ a $ частинок, які формуються при радіоактивному розшаруванні радію і деяких інших хімічних елементів. Маса $ a $ частинок приблизно в 7300 разів більше ваги електрона, а позитивний заряд можна уподібнити до подвоєному елементарному заряду. У своїх роботах Резерфорд постійно використовував $ α $ частинки з певною кінетичної енергією в 5 МеВ (швидкість таких тел досить велика – приблизно 107 м / с, але все ж істотно менше швидкості світла).

 A  частинки – це абсолютно іонізовані атоми гелію, які були відкриті при дослідженні явища радіоактивності.

Цими елементами Резерфорд «атакував» атоми більш важких хімічних елементів. Вчений стверджував, що входять до складу атомів електрони не можуть кардинально змінити траєкторію частинок через свою малу масу. Розсіювання і зміна початкового напрямку руху α-частинок здатна викликати тільки важка «артилерія».

Радикальні висновки про внутрішню будову атома, які слідували з дослідів Резерфорда, змушували багатьох дослідників сумніватися в їх реальності та справедливості. Не став винятком і сам Резерфорд, в результаті чого його роботи були опубліковані в наукових журналах тільки через два роки після виконання перших експериментів. Базуючись на класичних уявленнях про хаотичному русі мікрочастинок, англійський фізик запропонував планетарну модель атома. Відповідно до цю концепцію, в центрі атома є позитивно заряджене ядро, в якому в основному зосереджена практично вся маса елемента. Атом в загальному нейтральний, проте часто бути в стані спокою електрони постійно не можуть, так як вони в підсумку впали б на ядро.

Які частинки відкрив Резерфорд?

У вивченні нестабільного радіоактивного випромінювання і поглинання Резерфорд був не першим. До нього цю наукову сферу активно освоювали вчений Беккерель і подружжя Кюрі. Процеси радіоактивності було відкрито зовсім недавно, а енергія так і вважалася зовнішнім джерелом. Уважно досліджуючи уранові солі і їх характеристики. Резерфорд відзначив, що відкриті Беккерелем промені є неоднорідними.

Експеримент Резерфорда з фольгою довів, що радіоактивний промінь ділиться на три потоки частинок:

  • один потік повністю поглинається алюмінієвою фольгою;
  • інший може проходити крізь неї.
  • третій – це безліч дрібних елементів, названих фізиками альфа- і бета-частинками або променями.

Те, які мікрочастинки відкрив Резерфорд, справила значний вплив на розвиток атомної фізики.

Був здійснений сенсаційний прорив і доведено, що енергія спочатку виходить із самих атомів урану. Альфа-частинки стали позитивно зарядженими атомами гелію, бета-частинки виконували роль електронів. Відкриті пізніше гамма-частинки представляли собою електромагнітне випромінювання.

Посилання на основну публікацію