Опыты резерфорда по рассеянию альфа частиц, Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц
На основе квантовой теории излучения были построены квантовые генераторы радиоволн и квантовые генераторы видимого света — лазеры. В этих экспериментах альфа-частицы, испускаемые радиоактивным источником A , наблюдались после отражения от металлического отражателя R и попадания на флуоресцентный экран S на другой стороне свинцовой пластины P. Согласно классической электродинамике , это было фактически невозможно. За короткое время порядка 10 —8 с все электроны в атоме Резерфорда должны растратить всю свою энергию и упасть на ядро. Попросту говоря, атомы забирают из непрерывного спектра те линии, которые сами же и излучают; вот почему тёмные линии спектра поглощения холодного атомарного газа находятся как раз в тех местах, где расположены яркие линии спектра испускания этого же газа в нагретом состоянии.
Было обнаружено, что атомы радиоактивных веществ испускают три вида излучений различной физической природы альфа-, бета- и гамма-лучи.
Альфа-лучи оказались потоком ионов гелия, бета-лучи — потоком электронов, а гамма-лучи — потоком квантов жесткого рентгеновского излучения. В году Дж. Опыты Томсона подтвердили вывод о том, что электроны входят в состав атомов. Таким образом, на основании всех известных к началу XX века экспериментальных фактов можно было сделать вывод о том, что атомы вещества имеют сложное внутреннее строение. Они представляют собой электронейтральные системы, причем носителями отрицательного заряда атомов являются легкие электроны, масса которых составляет лишь малую долю массы атомов.
Основная часть массы атомов связана с положительным зарядом.
Перед наукой встал вопрос о внутреннем строении атомов. Первая попытка создания модели атома на основе накопленных экспериментальных данных г. Он считал, что атом представляет собой электронейтральную систему шарообразной формы радиусом, примерно равным 10 —10 м. Положительный заряд атома равномерно распределен по всему объему шара, а отрицательно заряженные электроны находятся внутри него рис.
Для объяснения линейчатых спектров испускания атомов Томсон пытался определить расположение электронов в атоме и рассчитать частоты их колебаний около положений равновесия.
Однако эти попытки не увенчались успехом. Через несколько лет в опытах великого английского физика Э. Резерфорда было доказано, что модель Томсона неверна.
Первые прямые эксперименты по исследованию внутренней структуры атомов были выполнены Э. Резерфордом и его сотрудниками Э. Марсденом и Х. Гейгером в — годах. Они были открыты Резерфордом в году при изучении явления радиоактивности. Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов золото, серебро, медь и др. Схема опыта Резерфорда представлена на рис.
Рассеянные частицы попадали на экран, покрытый слоем кристаллов сульфида цинка, способных светиться под ударами быстрых заряженных частиц.
Сцинтилляции вспышки на экране наблюдались глазом с помощью микроскопа.
Этот результат был совершенно неожиданным даже для Резерфорда. Его представления находилbcm в резком противоречии с моделью атома Томсона, согласно которой положительный заряд распределен по всему объему атома. Электрическое поле однородного заряженного шара максимально на его поверхности и убывает до нуля по мере приближения к центру шара.
.svg)
Эти соображения привели Резерфорда к выводу, что атом почти пустой, и весь его положительный заряд сосредоточен в малом объеме. Эту часть атома Резерфорд назвал атомным ядром. Так возникла ядерная модель атома. Таким образом, опыты Резерфорда и его сотрудников привели к выводу, что в центре атома находится плотное положительно заряженное ядро, диаметр которого не превышает 10 —14 —10 —15 м.
Заряд ядра должен быть равен суммарному заряду всех электронов, входящих в состав атома. Впоследствии удалось установить, что если заряд электрона принять за единицу, то заряд ядра в точности равен номеру данного элемента в таблице Менделеева.
Радикальные выводы о строении атома, следовавшие из опытов Резерфорда, заставляли многих ученых сомневаться в их справедливости.
Не был исключением и сам Резерфорд, опубликовавший результаты своих исследований только в г. Узкий пучок альфа-частиц попадал на фольгу из золота перпендикулярно к ее поверхности; альфа-частицы, прошедшие сквозь фольгу и рассеянные ею, вызывали вспышки сцинтилляции на экране, покрытым веществом, способным светиться при попадании частиц.
В пространстве между фольгой и экраном обеспечивается достаточный вакуум, чтобы не происходило рассеяние альфа-частиц в воздухе. Конструкция прибора позволила наблюдать альфа-частицы, рассеянные под углом до градусов. Результатом опыта Резерфорда явилась ядерная модель атома. Опыт Э. Резерфорда показал, что почти все альфа-частицы, прошедшие сквозь фольгу, сохраняли после прохождения прежнее направление своего движения или отклонялись на очень малые углы.
Лишь отдельные альфа-частицы отклонялись на большие углы, порядка градусов. Фотонная модель. Изучая рассеяние альфа-частиц при прохождении через золотую фольгу, Резерфорд пришел к выводу, что весь положительный заряд атомов сосредоточен в их центре в очень массивном и компактном ядре. А отрицательно заряженные частицы электроны обращаются вокруг этого ядра.
