Физика

Введение

В 1896 году А. Беккерель открыл радиоактивность. А. Беккерель изучал флуоресценцию урановой смолки. И однажды он обнаружил, что даже при условии, что свет не падает на урановый препарат, завернутый в бумагу, тот все равно излучает лучи, которые Беккерель ранее считал рентгеновскими. Он думал, что флуоресценция получается тогда, когда солнечный свет попадает в урановую смолку, а вследствие этого она излучает рентгеновские лучи.

Оказалось, что никакого предварительного облучения не нужно, смолка все равно излучает какие-то лучи.

В 1898 году супруги Пьер и Мария Кюри опубликовали результаты своих работ. Они выяснили, что такое свойство излучать присуще не только урановой смолке и урансодержащим материалам, а такое же излучение дает торий. Вследствие экспериментов, супруги Кюри пришли к выводу, что в смолке содержатся элементы, которые обладают большей активностью излучения лучей. В июле 1898 года супруги Кюри опубликовали открытие новых элементов. Первый из них – полоний, а второй, который был более сильным по активности излучения, – радий.

Также супруги Кюри ввели термин – радиоактивность.

В 1899 году Э.Резерфорд опубликовал свои исследования, в которых он дифференцировал радиоактивное излучение на три компонента: α-, β- и γ- лучи. Он обнаружил, что излучение содержит один положительно заряженный компонент – α, отрицательно заряженный компонент – β, и нейтральный компонент – γ.

В 1900 году П. Виллар обнаружил дифракцию  γ-лучей и подтвердил их волновую природу. γ-лучи оказались квантами больших энергий. Они принадлежат спектру электромагнитных волн.

В 1901 году А. Беккерель измерил отношение величины заряда к массе у β-частиц. Он доказал, что β-частицы – это электроны больших энергий, движущиеся с очень большой скоростью.

где

с – скорость света

В 1902 году Э. Резерфорд установил, что в урановой смолке имеются летучие компоненты, которые он назвал эманация тория, эманация радия. В дальнейшем оказалось, что это радиоактивный газ – полоний.

В 1903 году Э.Резерфорд измерил отношение величины заряда к массе у α-частиц. Чтобы это измерить, потребовалось создать очень сильные магнитные поля. Резерфорд установил, что α-частицы – это ядра гелия.

В 1903 году А. Беккерель, Пьер и Мария Кюри получили Нобелевскую премию.

Пьер и Мария Кюри исследовали свойства α-излучения.

Они ввели понятие активность радиоактивного препарата (а). Мария Кюри установила, что за 1 час 1 г радия выделяет энергию W. И затем вычислила, сколько энергии приходится на одну α-частицу (W α).

где

ΔN – число распадов в радиоактивном препарате

Δt – единица времени

N – количество вещества

λ – постоянная распада

1 Ки  – 1 Кюри

Получилась огромная энергия:

В дальнейшем Мария Кюри уточнила свои эксперименты. Оказалось, что чистые α-частицы дают W_α = 4,7 МэВ 

Во всех изученных радиоактивных препаратах энергия α-частиц, вылетающих из ядра, лежит в пределах [3÷10] МэВ.

α-частицы обладают малой проникающей способностью, они очень действенны. Частица, имея такую энергию, пробегает в воздухе:

За это время она проводит ионизацию сотен тысяч атомов, образуя сотни тысяч пар ионов.

α-частицы проникают через тонкое стекло, через тонкую металлическую фольгу.

А. Беккерель и Кауфман изучали свойства β-лучей.

А. Беккерель показал, что:

где

W_k – кинетическая энергия β-частиц

При такой энергии масса электрона начинает меняться. Кауфман измерил зависимость массы от скорости движения. Он экспериментально нашел выражение для зависимости массы электрона от скорости его движения:

где

m_β – масса движущегося электрона

m_0е – масса покоящегося электрона

Для вычисления кинетической энергии β-частицы, надо пользоваться формулами из теории относительности:

β-излучение обладает большой проникающей способностью. При этом ионизирующая способность β-излучения небольшая, так как она на очень большой скорости пролетает атом, почти не успевая его ионизировать:

От β-излучения может спасти прорезиненная одежда, которая применяется в экспериментах.

Виллар показал, что γ-лучи представляют собой кванты электромагнитного излучения, очень высокой частоты и маленькой длины волны.

где

l_пр – длина свободного пробега

Чтобы защититься от γ-излучения, которое имеет вредные последствия для организма, необходима преграда в виде свинца, толщиной не менее 1 дм.

Таким образом, к 1903 году сложилось ясное представление о том, что такое радиоактивность.

Радиоактивное излучение является следствием спонтанного превращения ядер одних элементов в ядра других элементов, с выбросом либо α-частицы(ядро гелия), либо β-частицы (электрона), что приводит к изменению заряда и массы ядер. Получаются новые ядра, но сам процесс является спонтанным. В данной ситуации необходимо применять законы статистического характера.  

Приборы для изучения радиоактивного излучения:

1. Счетчик Гейгера–Мюллера (подсчитывает число радиоактивных частиц, вылетевших из препарата), 1908–1928 г.г.
2. Камера Вильсона (позволяет проследить треки радиоактивных частиц), 1912 г.
3. Пузырьковая камера Глезера, 1952.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «Vlad-ezhov.narod.ru» (Источник)
2. Интернет-портал «High Energy Physics Division» (Источник)