Досліди з розсіювання α-частинок. Ядерна модель атома

Для того щоб з’ясувати характер розподілу позитивних і негативних зарядів в атомі, було необхідно безпосереднє дослідне «зондування» внутрішніх областей атома. Таке зондування здійснили Резерфорд і його співробітники за допомогою а-ча-стіц, спостерігаючи зміна їхнього польоту (розсіяння) при проходженні через тонкі шари речовини.

Нагадаємо, що а-частинками називають частинки, що викидаються з величезною швидкістю деякими речовинами при радіоактивному розпаді. У той час, коли Резерфорд приступав до своїх дослідів, було відомо, що а-частинки мають позитивний заряд, рівний подвоєному елементарному заряду, і що при втраті цього заряду (при приєднанні двох електронів) сс-частинка перетворюється в атом гелію. Швидкість, з якою а-частинки вилітають з радіоактивної речовини, буває порядку 109 см / сек.

Досвід здійснювався наступним чином (рис. 182). Всередині порожнини, зробленої в шматку свинцю, містилося радіоактивна речовина Р, слугувало джерелом а-ча-стіц. Внаслідок сильного гальмування у свинці а-частини-ці могли виходити назовні лише через вузький отвір. На шляху виходить таким способом вузького пучка а-часток розташовувалася тонка металева фольга. При проходженні через фольгу а-частинки відхилялися від первісного напрямку руху на різні кути Ф. Розсіяні а-частинки вдарялися об екран, покритий сірчистим цинком, і викликані ними сцінтілляціі1) спостерігалися в мікроскоп М. Мікроскоп і екран можна було обертати навколо осі, що проходить через центр рассеивающей фольги, і встановлювати таким чином під будь-яким кутом О. Весь прилад містився в відкачаний кожух, щоб усунути гальмування а-частинок за рахунок зіткнень з молекулами повітря.

Виявилося, що деяка кількість а-частинок розсіюється на дуже великі кути (майже до 180 °). Проаналізувавши результати досвіду, Резерфорд прийшов до висновку, що настільки сильне відхилення а-частинок можливе тільки в тому випадку, якщо всередині атома мається надзвичайно сильне електричне поле, яке створюється зарядом, пов’язаним з великою масою і сконцентрованим в дуже малому обсязі. Грунтуючись на цьому висновку, Резерфорд запропонував в 1911 р ядерну модель атома. Згідно з припущенням Резерфорда атом являє собою систему зарядів, в центрі якої розташоване важке позитивне ядро ​​із зарядом Ze, що має розміри, що не перевищують 10 ~ 12 см} а навколо ядра розташовані Z електронів, розподілених по всьому об’єму, займаному атомом. Майже вся маса атома зосереджена в ядрі.

Виходячи з таких припущень, Резерфорд розробив кількісну теорію розсіювання а-частинок і вивів формулу для розподілу розсіяних частинок за значеннями кута О. При виведенні формули Резерфорд розмірковував так. Відхилення а-частинок обумовлені впливом на них з боку атомних ядер. Помітного відхилення через взаємодії з електронами не може бути, оскільки маса електрона на чотири порядки менше маси а-частинки. Коли частка пролітає поблизу ядра, на неї діє кулонів-кевкаючи сила відштовхування:

Траєкторія частки в цьому випадку являє собою гіперболу, асимптоти якої утворюють між собою кут О (рис. 183, а). Цей кут характеризує відхилення частинки від первинного напряму. Відстань Ь від ядра до початкового напрямку польоту а-частинки називається прицільним параметром. Чим ближче пролітає частинка від ядра (чим менше Ь), тим, природно, сильніше вона відхиляється (тим більше Ф). Між величинами Ь і О мається просте співвідношення, яке ми зараз встановимо.

Посилання на основну публікацію