Рис. 1. Схема опыта по измерению заряда a- и b-частиц: а) Измерение заряда, переносимого пучком частиц; б) счет числа проходящих частиц. 1 — радиоактивный источник, 2 — диафрагма, 3 — собирающий цилиндр, 4 — электрометр, 5 — счетчик частиц
Опыт по измерению заряда a- или b-частиц может быть поставлен следующим образом (рис. 1, а). Радиоактивный препарат 1, испускающий с постоянной интенсивностью a- или b-частицы, устанавливается перед диафрагмой 2, отверстие которой вырезает узкий пучок частиц. Все частицы, прошедшие через отверстие, улавливаются полым металлическим цилиндром 3, присоединенным к чувствительному электрометру. По отклонению электрометра определяют заряд, внесенный пучком внутрь цилиндра.
Далее, не изменяя положения препарата и диафрагмы, заменяют электрометр и цилиндр счетчиком частиц 5 (рис. 1, б) и сосчитывают число частиц, проходящих через отверстие диафрагмы за время, равное времени измерения заряда. Для счета частиц в этом опыте могут быть применены счетчик сцинтилляций или газоразрядный счетчик.
Опытами подобного рода было установлено, что a-частицы несут положительный заряд, равный двум элементарным зарядам. Заряд b-частиц оказался равным одному элементарному отрицательному заряду.
Измерение массы a- и b-частиц оказывается задачей несколько более сложной, чем измерение массы ионов, так как скорость этих частиц неизвестна. Для частиц с неизвестной скоростью опыт по отклонению в магнитном поле не позволяет определить и массу и скорость, но дает лишь некоторое соотношение между ними. Другое такое соотношение может быть получено, если произвести дополнительный опыт по отклонению частицы в электрическом поле. Располагая двумя соотношениями, связывающими массу и скорость частицы, нетрудно определить каждую из этих величин в отдельности.
Опыт по одновременному определению массы и скорости заряженных частиц может быть поставлен следующим образом (рис.2). Пучок частиц от радиоактивного источника 1 попадает в узкий зазор между пластинами конденсатора 3, изогнутыми по дуге окружности радиуса r. Сквозь зазор, в котором действует электрическое поле Е, пройдут только те частицы, масса и скорость которых таковы, что под действием этого поля их траектория будет окружностью
Рис. 2. Схема одновременного измерения скорости и массы заряженных частиц: 1 — радиоактивный препарат; 2 — экран со щелью; 3 — конденсатор; 4— диафрагма со, щелью; 5 — фотопластинка; 6 — полюс магнита.
Весь прибор помещен в эвакуированный сосуд, не указанный на рисункерадиуса r. Для этих частиц необходимое центростремительное ускорение v2/r создает электрическая сила qE. Таким образом
Из конденсатора частицы через щель 4 попадают в однородное магнитное поле В, линии которого перпендикулярны к плоскости чертежа. Описав в магнитном поле полуокружность, частицы попадают на фотопластинку 5 в точке D. После проявления место попадания частиц обнаруживается в виде темной полоски. Измеряя расстояние AD, находят радиус траектории частицы в магнитном поле. Этот радиус r связан со скоростью и массой частицы соотношением.
Решая это уравнение и относительно v и m, нетрудно получить
Измерения, принцип которых указан выше, приводят к следующим результатам. Масса b-частицы совпадает с массой электрона. Заряд b-частицы также совпадает с зарядом электрона. Мы приходим к выводу, что b-частицы есть не что иное, как быстрые электроны, вылетающие из атомов радиоактивного вещества. Скорости b-частиц огромны и доходят до 0,99 скорости света. Соответственно энергия b-частиц доходит до нескольких мегаэлектронвольт.
Масса α-частиц оказывается равной 4 а. е. м. Массой 4 а. е. м. и зарядом +2е обладает ядро атомагелия.
Если a-частицы представляют собой ядра гелия, то замедлившиеся a-частицы должны присоединять к себе электроны и образовывать атомы гелия. Такое явление наблюдал Резерфорд. Он заключил радиоактивное вещество в стеклянную ампулу со стенками настолько тонкими, что все испускавшиеся препаратом α-частицы выходили наружу. Ампула была помещена в толстый сосуд большего объема. Через несколько дней при помощи спектрального анализа было обнаружено во внешнем сосуде присутствие гелия.
Опыт Резерфорда неопровержимо доказал, что α-частицы являются быстродвижущимися ядрами гелия. Скорости a-частиц значительно меньше скоростей b-частиц и лежат в пределах 10 000 —20000км/с. Кинетическая энергия a-частиц велика: 4—10 МэВ.
В результате столкновений с атомами среды энергия радиоактивного излучения превращается в конечном счете в тепло. Тепловое действие радиоактивного излучения легко обнаруживается калориметрическими опытами.
Скачать реферат