Фізіка
Выдавец: Народная асвета
Памер: 286с.
Мінск 1991
Неўзабаве Бекерэль выявіў, што выпраменьванне уранавых солей іанізуе паветра падобна да рэнтгенаўскіх праменяў і разраджае электраскоп. Выпрабаваўшы розныя хімічныя злучэнні урану, ён устанавіў вельмі важны факт: інтэнсіўнасць выпраменьвання вызначаецца толькі колькасцю урану ў прэпараце і зусім не залежыць ад таго, у якія злучэнні ён уваходзіць. Значыць, гэта ўласцівасць характэрна не злучэнням, а хімічнаму элементу урану, яго атамам.
217
Натуральна было паспрабаваць выявіць, ці не валодаюць здольнасцю да самаадвольнага выпраменьвання іншыя хімічныя элементы, акрамя урану. У 1898 г. Марыя СкладоўскаяКюры ў Францыі і іншыя вучоныя выявілі выпраменьванне торыю. У далейшым галоўныя намаганні ў пошуках новых элементаў былі зроблены Марыяй СкладоўскайКюры і яе мужам П’ерам Кюры. Сістэматычнае даследаванне руд, якія змяшчаюць уран і торый, дазволіла ім вылучыць новы, невядомы раней хімічны элемент — палоній, названы так у гонар радзімы Марыі СкладоўскайКюры — Польшчы.
Нарэшце быў адкрыты яшчэ адзін элемент, які даваў вельмі інтэнсіўнае выпраменьванне. Ен быў названы радыем (г. зн. прамяністым). Сама з’ява самаадвольнага выпраменьвання была названа жонкай і мужам Кюры радыеактыўнасцю.
Радый мае адносную атамную масу, роўную 226, і займае ў табліцы Д. I. Мендзялеева клетку пад нумарам 88. Да адкрыцця Кюры гэта клетка пуставала. Па сваіх хімічных уласцівасцях радый належыць да шчолачназямельных элементаў.
Пасля было ўстаноўлена, што ўсе хімічныя элементы з парадкавым нумарам больш за 83 з’яўляюцца радыеактыўнымі.
У канцы XIX ст. была адкрыта радыеактыўнасць. Рад хімічных элементаў самаадвольна стварае розныя выпраменьванні.
§ 78. АЛЬФА, БЭТА I ГАМАВЫПРAMЕНЬВAННI
Пасля адкрыцця радыеактыўных элементаў пачалося даследаванне фізічнай прыроды выпраменьвання. Акрамя Бекерэля, жонкі I мужа Кюры, гэтым эаняўся Рээерфорд.
Класічны дослед, які дазволіў выявіць складаны характар радыеактыўнага выпраменьвання, заключаўся ў наступным. Прэпарат радыю змяшчалі на дно вузкага канала ў кавалку свінцу. Супраць канала знаходзілася фотапласцінка. На выпраменьванне, што выходзіла з канала, дзей
нічала моцнае магнітнае поле, лініі індукцыі якога перпендыкулярныя да праменя (рыс. 178). Уся ўстаноўка размяшчалася ў вакууме.
Пры адсутнасці магнітнага поля на фотапласцінцы пасля праяўлення выяўлялася адна цёмная пляма, дакладна супраць канала. У магнітным жа полі пучок распадаўся на тры пучкі. Дзве састаўляючыя першаснага патоку адхіляліся ў процілеглыя бакі. Гэта ўказвала на наяўнасць у гэтых выпраменьван
218
нях электрычных зарадаў процілеглых знакаў. Пры гэтым адмоўны кампанент выпраменьвання адхіляўся магнітным полем значна мацней, чым дадатны. Трэцяя састаўляючая не адхілялася магнітным полем. Дадатна зараджаны камг.анент атрымаў назву альфапраменяў, адмоўна зараджаны — бэтапраменяў і нейтральны — гамапраменяў (апрамені, pпрамені, упрамені).
Гэтыя тры віды выпраменьвання вельмі моцна адрозніваюцца адзін ад аднаго па пранікальнай здольнасці, г. зн. па тым, наколькі інтэнсіўна яны паглынаюцца рознымі рэчывамі. Найменшай пранікальнай здольнасцю валодаюць апрамені. Слой паперы таўшчынёю каля 0,1 мм для іх ужо непразрысты. Калі прыкрыць адтуліну ў сгінцовай пласцінцы лістом паперы, то на фотапласцінцы не будзе плямы, адпавядаючай авыпраменьванню.
Значна менш паглынаюцца пры праходжанні праз рэчыва Рпрамені. Алюмініевая пласцінка поўнасцю іх затрымлівае толькі пры таўшчыні некалькі міліметраў. Найбольшай пранікальнай здольнасцю валодаюць упрамені.
Інтэнсіўнасць паглынання упраменяў павялічваецца з ростам атамнага нумара рэчывапаглынальніка. Але і слой свінцу таўшчынёй у 1 см не з’яўляецца для іх перашкодай, якую нельга пераадолець. Пры праходжанні упраменяў праз такі слой свінцу іх інтэнсіўнасць убывае толькі ў два разы.
Фізічная прырода а, 0 і упраменяў, відавочна, розная.
Гамапрамені. Па сваіх уласцівасцях упрамені вельмі моцна нагадваюць рэнтгенаўскія, але толькі іх пранікальная'здольнасць значна большая, чым у рэнтгенаўскіх праменяў. Гэта наводзіць на думку, што упрамені ўяўляюць сабой электрамагнітныя хвалі. Усе сумненні ў гэтым адпалі пасля таго, як была вы яўлена дыфракцыя упраменяў на крышталях і вымерана даўжыня хвалі. Яна аказалася вельмі малой — ад 10~s да 10’11 см.
На шкале электрамагнітных хваль упрамені непасрэдна ідуць за рэнтгенаўскімі. Скорасць распаўсюджвання ў упраменяў такая ж, як і ва ўсіх электрамагнітных хваль —каля 300 000 км/с.
Бэтапрамені. 3 самага пачатку а і pпрамені разглядаліся як патокі зараджаных часціц. Прасцей за ўсё было эксперыментаваць з pпраменямі, таму што яны моцна адхіляюцца як у магнітным, так і ў электрычным полі.
Асноўная задача заключалася ў вызначэнні зараду і масы часціцы. Пры даследаванні адхілення рчасціц у электрычных і магнітных палях было ўстаноўлена, што яны ўяўляюць сабой не што іншае, як электроны, якія рухаюцца са скорасцямі, вельмі блізкімі да скорасці святла. Істотна, што скорасці рчасціц, выпрамененых дадзеным радыеактыўным элементам, неаднолькавыя. Сустракаюцца часціцы з самымі рознымі скорасцямі. Гэта і прыводзіць да пашырэння пучка рчасціц у магнітным полі (гл. рыс. 178).
219
Альфачасціцы. Цяжэй было высветліць прыроду ачасціц, таму што яны слаба адхіляюцца магнітным і электрычным палямі.
Канчаткова гэту задачу ўдалося рашыць Рэзерфорду. Ен вымераў адносіну зараду q часціцы да яе масы т па адхіленню ў магнітным полі. Яна аказалася прыкладна ў два разы меншай, чым у пратона — ядра атама вадароду. Зарад пратона роўны элементарнаму, а яго маса вельмі блізкая да атамнай адзінкі масы1. Значыць, у ачасціцы на адзін элементарны зарад прыходзіцца маса, роўная дзвюм атамным адзінкам масы.
Але зарад ачасціцы і яе маса заставаліся невядомымі. Трэба было вымераць або зарад, або масу ачасціцы. Са з’яўленнем лічыльніка Гейгера прасцей і больш надзейна было вымераць зарад. Праз вельмі тонкае акенца ачасціцы могуць пранікаць унутр лічыльніка і рэгістравацца ім.
Рэзерфорд змясціў на шляху ачасціц лічыльнік Гейгера, які вымераў лік часціц, што выпраменьваліся радыеактыўным прэпаратам за пэўны час. Затым ён паставіў замест лічыльніка металічны цыліндр, злучаны з адчувальным электрометрам (рыс. 179). Электрометрам Рэзерфорд вымераў зарад ачасціц, выпрамененых крыніцай унутр цыліндра за такі ж час (радыеактыўнасць многіх рэчываў амаль не мяняецца з часам). Ведаючы сумарны зарад ачасціц і іх колькасць, Рэзерфорд вызначыў адносіну гэтых велічынь, г. зн. зарад адной ачасціцы. Гэты зарад аказаўся роўным двум элементарным.
Такім чынам, Рэзерфорд устанавіў, што ў ачасціцы на кожны з двух элементарных зарадаў прыходзяцца дзве атамныя адзінкі масы. Значыць, на два элементарныя зарады прыходзіцца чатыры атамныя адзінкі масы. Такі ж зарад і такую ж адносную атамную масу мае ядро гелію. 3 гэтага вынікае, што ачасціца — ядро атама гелію2.
He задавальняючыся дасягнутым вынікам, Рэзерфорд потым яшчэ прамымі доследамі даказаў, што пры радыеактыўным араспадзе ўтвараецца гелій. Збіраючы ачасціцы ўнутры спецыяльнага рэзервуара на працягу некалькіх дзён, Рэзерфорд з дапамогай спектральнага аналізу пераканаўся ў тым, што ў сасудзе назапашваецца гелій (кожная ачасціца захоплівала два электроны і ператваралася ў атам гелію).
1 Атамная адзінка масы (а. а. м.) роўна '/,2 масы атама вугляроду; 1 а. а. м. a 1,66057 10~27 кг.
2 У той час (першае дзесяцігоддзе XX ст.) атамнае ядро яшчэ не было адкрыта. Таму Рэзерфорд гаварыў аб іоне атама гелію.
220
Пры радыеактыўным распадзе нараджаюцца апрамені (ядры атама гелію), gпрамені (электроны) і упрамені (караткахвалевае электрамагнітнае выпраменьванне).
■ Чаму устанавіць прыроду апраменяу аказалася оольш складана, чым рпраменяў?
§ 79. РАДЫЕАКТЫЎНЫЯ ПЕРАТВАРЭННІ
Што ж адбываенна з рэчывам пры радыеактыўным вынраменьванні? Адказаць на гэта пытанне ў пачатку XX ст. было вельмі не проста. Ужо ў самым пачатку даследаванняў радыеактыўнасці выявілася многа дзіўнага і незвычайнага.
Папершае, здзіўляючае пастаянства, з якім радыеактыўныя элементы уран, торый і радый выпраменьваюць выпраменьванні. На працягу сутак, месяцаў і гадоў інтэнсіўнасць выпраменьвання прыметна не змянялася. На яго не рабілі ніякага ўплыву такія звычайныя ўздзеянні, як награванне або павелічэнне ціску. Хімічныя рэакцыі, у якія ўступалі радыеактыўныя рэчывы, таксама не ўплывалі на інтэнсіўнасць выпраменьвання.
Падругое, вельмі хутка пасля адкрыцця радыеактыўнасці высветлілася, што радыеактыўнасць суправаджаецца вылучэннем энергіі. П’ер Кюры змясціў ампулу з хларыдам радыю ў каларыметр. У ім паглыналіся а, р і упрамені, і за кошт іх энергіі награваўся каларыметр. Кюры вызначыў, што 1 г радыю вылучае за 1 г каля 582 Дж энергіі. I такая энергія вылучаецца неперарыўна на працягу рада гадоў.
Адкуль жа бярэцца энергія, на вылучэнне якой не робяць ніякага ўплыву ўсе вядомыя ўздзеянні? Відаць, пры радыеактыўнасці ў рэчыве адбываюцца нейкія глыбокія змяненні, зусім адрозныя ад звычайных хімічных ператварэнняў. Было зроблена дапушчэнне, што ператварэнні зведваюць самі атамы.
Цяпер гэта думка не можа выклікаць асаблівага здзіўлення, таму што аб ёй дзіця можа пачуць яшчэ раней, чым навучыцца чытаць. Але ў пачатку XX ст. яна здавалася фантастычнай і патрэбна была вялікая смеласць, каб рашыцца яе выказаць. У той час толькі што былі атрыманы бясспрэчныя доказы існавання атамаў. Ідэя Дэмакрыта шматвяковай даўнасці аб атамістычнай будове рэчыва нарэшце перамагла. I вось амаль адразу ж услед за гэтым нязменнасць атамаў ставіцца пад сумненне.
He будзем расказваць падрабязна пра тыя эксперыменты, якія прывялі ўрэшце да поўнай упэўненасці ў тым, што пры радыеактыўным распадзе адбываецца ланцужок паслядоўных ператварэнняў атамаў. Спынімся толькі на самых першых доследах, пачатых Рэзерфордам і працягнутых ім сумесна з англійскім хімікам Ф. Содзі.
Рэзерфорд выявіў, што актыўнасць торыю, якая вызначаецца
221
як лік ачасціц, выпраменьваемых за адзінку часу, застаецца нязменнай у закрытай ампуле. Калі ж прэпарат абдуваецца нават вельмі слабымі патокамі паветра, то актыўнасць торыю значна памяншаецца. Рэзерфорд дапусціў, што адначасова з ачасціцамі торый выпраменьвае нейкі радыеактыўны газ.
КНІГІ ОНЛАЙН
