Техника - молодёжи 1956-10, страница 15

гией почти в миллиард электрон-вольт. Электронам с такой энергией соответствуют очень короткие волны. С их помощью мы и решили детально исследовать строение атомного ядра.

Электроны не входят в состав ядра, и на них внутриядерные силы не действуют. Когда электроны пролетают мимо протонов или нейтронов, на них влияют только электрические и магнитные силы, достаточно уже хорошо изученные физикой. Следовательно, расчеты электромагнитного взаимодействия могут быть выполнены с уверенностью в их правильности.

РАССЕИВАНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ

Рассмотрим подробнее, что произойдет с электронами, которыми «выстрелили» в ядра атомов, и какие выводы можно сделать иэ их поведения. Электрон может быть представлен как отрицательно заряженная частичка, которая, подобно Земле, вращается вокруг оси, проходящей через ее центр. Это движение заряда приводит к возникновению магнитного эффекта. Следовательно, электрон является одновременно и крошечным зарядом и крошечным магнитом.

Атомное ядро представляет собой положительно заряженный шарик. Оно может быть намагниченным, а может и не быть намагниченным, в зависимости от того, как вращаются протоны внутри ядра.

Но в любом случае электрон, пролетающий через силовое поле атомного ядра, отклоняется от первоначального направления своего движения.

Рассеяние электронов будет зависеть от природы обстреливаем го ядра. Если ядро представляет собой некую материальную точку или маленький, плотно сложенный шар, тогда чем ближе к центру ядра будет пролетать бомбардирующий электрон, тем больше будет угол его отклонения от первоначальной траектории (рис. 2 А). Электрон, пролетающий очень близко от мишени, может быть притянут настолько сильно, что он сделает поворот вокруг нее и будет двигаться в направлении, противоположном первоначальному (рис. 2 Б). При этом угол отклонения (угол рассеяния) составит 180³.

Расплывчатое ядро дает другой результат. Электрон, пролетающий через центр такой структуры, будет со всех сторон окружен положительными зарядами одинаковой величины. Следовательно, электрон «не будет знать», куда свернуть,

Рис. 2.

е

ЯДРО

180° Q)

ПУТЬ ЭЛЕКТРОНА

ПУТЬ ЭЛЕКТРОНА

так как воздействия на него зарядов с противоположных сторон взаимно уравновешиваются. Поэтому он пролетит, не сворачивая с первоначального направления, через ядро (рис. 2 В).

Здесь мы подходим к сущности метода электронного рассеивания. При точечной структуре ядер мы вправе ожидать большего количества рассеяний под большими углами (до 180°). В случае же расплывчатой структуры ядра количество отклонений под большими углами, включая и повороты на 180°, будет гораздо меньшим. Кривые на приводимом графике показывают, что ожидалось теоретически для рассеяния электронов точечным и расплывчатым ядрами (рис. 3).

ДИФРАКЦИОННЫЕ КОЛЬЦА

СВЕТ

ТВЕРСТИЕ

Рис. 4.

Рис. 3.

Снижение числа отклонений под большими углами—не единственный эффект, появляющийся вследствие расплывчатости ядра. В этом случае ясно обнаруживаются так называемые диффракционные максимумы, сходные с диффракцией световых лучей, проходящих через маленькое круглое отверстие в непрозрачном препятствии.

По расстоянию между кольцами, или максимумами, в случае диф-фракции света можно вычислить диаметр отверстия, черев которое проходит луч света. Примерно таким же путем соответствующие расстояния, измеренные при диффракции эл ктронов, дают сведения о размерах атомного ядра, на котором происходит эта диффракция (рис. 4).

Известно, что не все электроны одинаково взаимодействуют с ядром, которое подвергается бомбардировке, а следовательно, не все частицы дают нам одинаковые сведения о ядре. В некоторых столкновениях электрон и ядро ведут себя подобно двум бильярдным шарам, отталкивающимся друг от друга, или, скорее, подобно шарику для игры в пинг-понг, отскакивающему от пушечного ядра. При этом общая энергия движения (кинетическая энергия) частиц после столкновения остается неизменной. Это явление известно под названием упругого coy [арения. Большое ядро, будучи гораздо тяжелее электрона, не отклоняется сколько-нибудь заметно^

РАССТОЯНИЕ ОТ ЦЕНТЙ* ИЗОБРАЖЕНИЯ ОТВЕРСТИЯ

так что в случае упругого соударения электрон отскакивает, почти сохраняя ту же самую энергию, которой он обладал до столкновения с ядром.

В других случаях электрон часть своей энергии теряет. Эта энергия расходуется на возбуждение ядра, на повышение уровня его внутренней энергии. Отдельные его нуклоны при этом начинают двигаться более энергично. В этом случае мы имеем дело с неупругим соударением.

Если мы хотим исследовать ядро атома в обычном, невозбужденном состоянии, то мы не можем использовать для этих целей электроны, рассеянные при неупругих соударениях, а должны отобрать только электроны, рассеянные при упругих соударениях, то-есть электроны, которые после столкновения полностью сохранили энергию, которую они имели до этого.

Это делается с помощью магнита. Отразившиеся от бомбардируемых ядер, то-есть рассеянные, электроны попадают в магнит с одной стороны и поворачиваются в нем магнитным полем на 180° так, что из магнита они выходят с другой стороны. Частицы, обладающие различными энергиями, будут при этом двигаться по различным траекториям, что дает возможность их фокусировать на разные участки воспринимающего прибора — детектора. Магнит должен быть большим и мощным, потому что электроны, обладающие аысокой энергией, очень трудно отклонять от первоначальной траектории их полета (рис. 5).

Детектор представляет собой небольшой экран, который обладает способностью светиться под действием электронов больших энергий. Фотоусилительная трубка воспринимает вспышки света и передает дальше серии электрических .импульсов, которые поступают в счетчик.

Магнит, детектор и десятитонный щит, сделанный иэ свинца и бетона, который окружает их, смонтированы на вышедшей из употребления подвижной платформе от морского орудия. Установка может быть повернута на различные углы вокруг мишени для того, чтобы установить количество электронов, рассеиваемых под разными углами.

Теперь рассмотрим некоторые из результатов, которые были получены с помощью этой установки. Ядро атома золота, сказалось, имеет плотную сердцевину, простирающуюся на 4 ядерных единицы от центра, и затем быстро разрежающуюся оболочку, которая сходит на нет на расстоянии около 9 ядерных единиц. Согласованность между экспериментальными данными и теоретическими расчетами получилась просто удивительной.

11