разсейване на частици

Резюмето на лекцията с демонстрация

Нашата задача: примера на откриването на наличието на ядрото в атом, изработен от Е. Rutherford през 1911, за да се демонстрира Основният метод на микросредата изследване за определяне на концепцията за ефективно напречно сечение взаимодействие.

Човекът - едно е видим с просто око, и недостъпни за нас директно възприятие на микроскопични обекти. Всички измервания в областта на ядрената физика - индиректен. Нека да видим как това се прави в пример структура изясняване атом.

Атомите дълго представени като неделими частици материя (гръцката дума atomos - неделими). размер атом е от порядъка на 10 -10 m.

През последното десетилетие на XIX век той прави редица открития (рентгенови лъчи, естествена радиоактивност, наличието на такса-носител елементарни електрони), които водят до осъзнаването, че атомите имат сложна структура. Тъй като съставът включва атом, електрони и неутрални атоми атома трябва да съдържа положителен заряд.

Два възможни модели може да предложи. Първият модел на атома, предложен от J. Thomson. Положителен заряд заема целия обем на атома и електроните, вградени в него. Втората структура - положителен заряд е съсредоточена в ядрото, която се нарича ядро. Rutherford с служители провежда експерименти за наблюдение на атоми на алфа-частици. В началото на миналия век може да става въпрос за ускорители. На разположение на експериментаторите са били само радиоактивни изотопи. Алфа-частици се получават чрез разпадане на радий, и други елементи, които са хелиеви ядра, т.е. напълно йонизиран хелиеви атоми. Масата на алфа частицата е почти 8000 пъти по-голяма от масата на електрони, така че не се очаква, че при сблъсък с електрони се случи значителна промяна в посоката. Scattering (смяна на посока) може да предизвика само положително заредена част на атома. Rutherford, обаче, забелязахме, че някои алфа-частици се отклоняват от очакваната посока на много по-голяма степен, отколкото е позволено J. теория. Thomson. Работа с Ърнест Марсдън, студент в университета в Манчестър учени потвърдиха, че доста голям брой на алфа-частици се отклонява повече от очакваното, а някои под ъгъл по-голям от 90 градуса. Отражение на това явление, Rutherford през 1911 предложи нов модел на атома. Според неговата теория, която днес е станала обичайна, положително заредени частици са концентрирани в центъра на тежък атом и отрицателно заредени (електрони) се движат около ядрото на значително разстояние от него. Експериментът е решила проблема на атомната структура в полза на ядрената модел.

Така че, има два модела. Като работна хипотеза, ние приемаме съществуването на ядрото. Допълнителни изчисления се извършват и в сравнение с експериментални резултати. Ако получите задоволително споразумение, ние приемаме хипотезата.

Приемаме следните означения: Зе - зареждане падаща частици (алфа частици Z = 2), Зе - ядрен заряд, т # 945; - масата на частиците на алфа, М - маса на ядрото, V - скорост на алфа частици. Логично е да се помисли за сблъсъка на частици в ССФ. След това, вместо за решаване на проблема на движение на две частици (алфа-частици и ядра) обърнат към проблема на движение на единична частица с намалена маса # 956; спрямо неподвижната центъра, където # 956;

Енергията на Кулон взаимодействието на частиците равна U

Пишем законите на запазване на енергията (1), както и моментът на импулса (2)

Разтвор на системата (вж. Допълнение) води до формулата, свързани параметър въздействие Ь и ъгъл на разсейване в CMS # 952;.

Но опит да се провери този израз на практика се провали. ако енергията на алфа частици, да речем, 5 MeV, ъгъл на разсейване на около 30 градуса, разстоянието на въздействието от порядъка на 10 -14 m, т.е. извън измерими.

Получаване резултат предмет на експериментална проверка

Да предположим, че има един квадратен плоча с отвори (фигура 2). N Обща площ на отворите всеки s0. В тази плоча пада перпендикулярно п частици точка. Каква част от частиците ще премине през плочата? очевидно

Делът на частици с опит взаимодействие (в този случай преминава през отвора), разделен на броя на местата на взаимодействие на единица целева зона. наречен на напречното сечение на ефективно взаимодействие (защо ефективно обясня по-късно). В този пример, вписванията # 963; = S0.

Тъй като връзката на ъгъла на разсейване # 952; и параметър въздействие б уникален набор от разсейване ъгли от # 952; за # 952 + г # 952; съответства на обхвата на параметрите на въздействието от б до б + db. Ние се изчисли процентът на алфа-частици, разстоянието на въздействието, която се намира между # 952; и # 952 + г # 952. Алфа-частици, които отговарят на това условие, влизат в пръстен с вътрешен и външен радиус б б + db (вж. Фигура). Като се има предвид малкия размер на ПБ. 2πbdb пръстен област. Когато единицата площ 1 мишена ядро, получаваме

Тук DN - броя на частици, влизащи в пръстен, п - брой частици инцидент на единица площ. Намираме б и диференциално db. като се използва формула (3)

Знакът "-" в последното уравнение показва, че увеличение на ъгъла В # 952; намалява. При изчисляване на площта на пръстена, ние го пропуснете.

Заместването изразите за б и db във формула (5) умножаване на числителя и знаменателя от 2sin (# 952; / 2).

Числителят на ъгловата част, е израз за елемента на пространствен ъгъл г # 937. И най-накрая получаваме формулата за разлика разсейване напречно сечение, известно като формулата Ръдърфорд

Значението - фракция на частици разпръснати в единица пространствен ъгъл почти # 952;. разделена на броя на местата на взаимодействие на единица целева зона.

Ако имаме е детектор ъгъл # 952;. който формира твърд ъгъл на мишена # 916; # 937. целта има дебелина т и концентрацията NC ядра. броят на разпръснати частици въвеждане на детектора, както и

Фигурата отляво в камерата (5) алфа-частици от източника (1) инцидент на фолиото (2). Диспергираните частици попадат върху прозрачен екран (3), покрита с ZnS, причинявайки вълни на светлината наблюдават през микроскоп (4). На екрана с микроскоп може да се върти около мишена. Слаб проблясъци. Експериментаторът седна за около един час на тъмно, за да се повиши чувствителността на очите, а след петнадесет минути, като видяха разпръснати частици вече не са разрешени за умора.

От формули (8) и (9), че когато ъгълът # 952;

Постоянството на тази работа, и потвърден от експеримент. Резултатите за разсейване на фолиото на злато дадена таблица.

Ъгълът на отклонение # 952;. градушка

Таблицата показва, че броят на пробите варира в много широки граници (приблизително 3500 пъти), докато продукт DN # 149; грях 4 (# 952; / 2) остава приблизително постоянна (варира само от 30%).

Ние стигаме до извода. поемането на присъствието в ядрото атом такса Зе вярно. но теорията се нуждае от изясняване.

Всъщност, формула (8) може да не е правилен, защото при # 952; → 0 експресия се стреми към безкрайността. Това, което не се взема предвид при изчисляването? Проблемът за разсейване на алфа-частици от такса точка Зе. В действителност, ядрото е заобиколен от електрони, и при големи параметри на въздействието (съответстващи на разсейване на малък ъгъл # 952; ) Ефективна такса ще бъде по-малко и по-малко разсейване. B Ако порядъка на 10 -10 m неутрален атом. За голямо разсейване ъгли б от порядъка на 10 -14 m, и трябва да се вземе предвид крайния размер на ядрото, което намалява разсейване и в тази област на ъгли # 952;. Също така, когато # 952;> 90 ° са ефективни ядрени сили на привличане.

L РСР E RNEST R UTHERFORD за изследванията си в разпадането на елементите и химията на радиоактивни вещества.

Ernest Rutherford - Нобелова награда в Chemistry (1908) награда.. Тя бе присъдена за изследването си в областта на разпадане на елементи в химията на радиоактивните вещества

Primechanie.Sechenie взаимодействие се нарича ефективен. тъй като в редки случаи (например, абсорбция на неутрони с енергия от около 10 MeV ядра) съвпада с най-голяма площ на центъра на взаимодействие. За бавна абсорбция на неутрони напречно сечение може да бъде един милион пъти по-голям (поради наличието на свойствата на неутрони вълна), неутрино до - слабо взаимодействащи частици - 10 19 пъти по-малко.

Приблизително 40 години след експериментите E.Rezerforda разсейване частици се използва за изследвания на ядрената структура. Тъй като размерът на ядрото е около 10 000 пъти по-малък от частици атом Голмайстори сервират електрони ускорени до енергия от около 10 до 2 MeV. И инсталации за регистрация на разпръснати електрони (вж. Снимка) е примитивен със зрителни сметка на частиците, и спектрометъра, който позволява да се получат в допълнение към ъглова и енергия разпределението на електроните. Всичко това машината се движи по релси, за да зададете ъгъла на разсейване # 952;. Схема намери разпределението на заряд в ядрото # 961 (R) е както следва. Изчислено и в сравнение с експерименталните параметри са избрани # 961 (с). осигуряване на по-добро споразумение.

Заявление. Съобщение ъгъл на разсейване # 952; и параметър въздействие б

Фигура 1Ь импулс за разсейване на частиците - след разсейване. Съхраняване на енергия изисква начални и крайни енергийни частици, а оттам и на импулси от модули (в конвергенцията и отстраняване на частици кинетична енергия първо се намалява поради отблъскването на Кулон, и след това възстановява своята стойност). Ето защо, триъгълник - равнобедрен. промяна импулс в единицата разсейване е

Сега си спомням механиката, а именно как да се отнасят промяна в инерцията и силата

Ние го проектираме в посока на половете

Фигура 1 показва, че

Направете промяната на променливите в (P3), интегриране на над ъгъла # 966;. Ние отчитаме, че

Сега се равнява на (Р1) и (P6), и накрая се получи уравнението (3).