Физика

Вступление

На сегодняшний день ядерная физика – это одна из самых динамично развивающихся областей физики. Кроме того, практически каждый житель нашей планеты слышал о страшной трагедии на Чернобыльской атомной электростанции в 1986 году. Это событие показало всему миру, насколько опасным может быть так называемый «мирный атом». Таким образом, в этом разделе мы поговорим об очень интересном, но зачастую опасном разделе физической науки.

Исследование строения атома

Еще примерно 2500 лет назад древнегреческим философом Демокритом было введено предположение, что все вещества состоят из так называемых атомов, что в переводе означало «неделимый».

Но уже с середины XIX века, вследствие проведения множества экспериментов, начали появляться данные, которые ставили под это предположение и говорили о наличии сложного строения атома.

Толчком к активному исследованию в области устройства атома стало открытие рентгеновских лучей, после чего множество ученых заинтересовались этой темой. После проведения большого количества экпериментов некоторые ученые пришли к выводу, что рентгеновские лучи могут возникать во время кратковременного свечения некоторых веществ после освещения солнечным светом. К таким веществам относятся, например, некоторые соли урана. Одной из них воспользовался французский физик Беккерель для проверки описанного явления.

Опыт Беккереля

В 1896 году он взял крупинки урановой соли, положил их на завернутую в черную бумагу фотопластинку и вынес на несколько часов на солнце (фотопластинка – светочувствительный фотоматериал, представляющий собой твёрдую подложку (как правило, стекло) с нанесённой на неё светочувствительной эмульсией, рис. 1).

Рис. 1. Фотопластинка

После проявления на ней образовались темные пятна, которые доказывали наличие излучения урановой солью, которое проходит через черную бумагу. Затем ученый решил немного изменить условия проведения эксперимента, но ему помешала погода, и он отложил фотопластинку и урановую соль в стол, а между ними проложил медный крест. Когда через несколько дней погода не улучшилась, Беккерель решил проявить пластинку и обнаружил, что на ней появился контур креста. Это доказало, что солнечный свет к эффекту не имеет отношения, а соль урана сама, без влияния внешних факторов, испускает невидимое излучение.

Позднее такое излучение назовут радиоактивным (от лат. Radio – излучаю и activus – действенный), способность некоторых веществ к радиоактивному излучению – радиоактивностью, а химические вещества, ядра которых склонны к такому излучению, – радиоактивными элементами.

Позднее, в 1898 году, французские ученые лауреаты нобелевской премии Пьер Кюри и Мария Складовская-Кюри открыли два новых радиоактивных элемента, радий и полоний, у которых излучение было значительно более сильным.

Опыт по разделению радиоактивного излучения полем

После открытия радиоактивных элементов началось исследование физической природы их излучения. В 1899 году под руководством английского физика Эрнеста Резерфорда было обнаружено, что радиоактивное излучение неоднородно, т. е. в его результате выделяются различные частицы.

На рисунке вы можете видеть схему этого эксперимента.

Рис. 2. Опыт

В свинцовом контейнере с небольшим отверстием размещали радиоактивное вещество. Свинец позволял экранировать излучение во все стороны, кроме отверстия. Пучок радиоактивного излучения, который выходил из отверстия, сначала попадал в сильное магнитное поле постоянного магнита, а потом на фотопластинку, размещенную напротив отверстия. На фотопластинке после проявления было обнаружено три темных пятна, которые свидетельствовали о разделении радиоактивного излучения на три составные части.

Рис. 3. Иллюстрация опыта 

Прежде всего, два пятна, отклоненные в различные стороны от прямолинейного распространения пучка, говорили о наличии разноименных зарядов у частиц в этих пучках. Третье пятно располагалось напротив отверстия, из этого сделали вывод, что излучение этого пучка не имело заряда.

Заряженные частицы в пучках Резерфорду удалось исследовать. Положительно заряженные являлись ядрами атомов гелия, он их назвал α-частицами, отрицательно заряженные оказались быстро движущимися электронами, которые он назвал β-частицами.

В 1900 году французский физик Поль Виллард открыл ту составляющую излучения, которая не имела заряда, она была названа γ-излучением. Исследование этих лучей показало, что они представляют собой электромагнитные волны крайне высокой частоты и энергии.

Итак, давайте еще раз перечислим все указанные частицы, которые выделяются в процессе радиоактивного излучения:

• α-частицы – поток ядер гелия ;
• β-частицы – поток быстрых электронов  со скоростью, сравнимой со скоростью света;
• γ-излучение – электромагнитное излучение высокой частоты.

В результате, явление радиоактивности послужило основанием предполагать, что атомы имеют сложный состав.

Заключение

На сегодняшнем занятии мы узнали об истории открытия радиоактивности, а также об опытах Резерфорда, благодаря которым были открыты три вида радиоактивного излучения.

На следующем уроке мы рассмотрим модели атомов и другие опыты Резерфорда.

Список литературы

1. Бронштейн М. П. Атомы и электроны. «Библиотечка “Квант”». Вып. 1. – М.: Наука, 1980.
2. Кикоин И. К., Кикоин А. К. Физика: Учебник для 9 класса средней школы. – М.: «Просвещение».
3. Китайгородский А. И. Физика для всех. Фотоны и ядра. Книга 4. – М.: Наука.
4. Резерфорд Э. Избранные научные труды. Радиоактивность. – М.: Наука.
5. Резерфорд Э. Избранные научные труды. Строение атома и искусственное превращение элементов. – М.: Наука.
6. Филатов Е. Н. Физика 9. Часть 1. Кинематика. – ВШМФ «Авангард».

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «youtube.com» (Источник)

Домашнее задание

1. Кто впервые наблюдал радиоактивное излучение урана?
2. Как были названы новые химические элементы, способные к самопроизвольному излучению, обнаруженные супругами Кюри?
3. Что такое радиоактивность?
4. Кто впервые ввел термин «радиоактивность»?