Эрик Роджерс - Физика для любознательных. Том 3. Электричество и магнетизм. Атомы и ядра

Фиг. 120.

Начиная с этого места, мы всегда будем ядро атома водорода называть протоном, современным названием этой фундаментальной атомной частицы. Протон, ион атома водорода Н +, ядро атома водорода 2Н 1— все это названия одной и той же частицы: атома водорода без его единственного электрона.

Чтобы получить простейшую цепную реакцию, поднесите зажженную спичку к крайней спичке в обойме бумажных спичек. Разгоняющаяся цепная реакция получится, если поджечь стопку таких обойм или полный коробок спичек.

Некоторые физики говорят: «масса — это энергия» или «энергия — это масса» и даже «вещество — это энергия». При этом смешиваются свойства и то, что ими обладает, а это едва ли помогает стать на научную точку зрения. Энергия имеет массу точно так же, как алюминий имеет массу, как медь имеет оранжевый цвет. Настоящие же ученые, зная, что переводной множитель с 2(между измеренными массами и энергиями в обычных единицах) есть универсальная постоянная, считают, что разумнее говорить, что масса и энергия — это разные меры одной и той же сущности. Так, вещество представляется нам в виде частиц (например, атомы, электроны) с определенной массой; и даже если нам нравится представлять его в виде массы определенной энергии, заключенной внутри частиц, то, становясь на эту точку зрения, не следует сводить вещество к энергии. Иногда оказывается, что вещество (две частицы) исчезает, а что-то обладающее массой (излучение) возникает — и это превращение вещества в излучение можно легкомысленно объявить как «превращение вещества в энергию ».

Из эксперимента Милликена следует, что е = 1,60∙10 -19кулон. В опыте по электролизу воды или из измерений зарядов положительных ионов в газоразрядной трубке получается, что е / М = 9,57∙10 7кулон/кг.

Простое вычисление дает

М = 1,60∙10 -19/9,57∙10 7 кулон/(кулон/кг) = 1,67∙10 -27кг для протона.

Так как заряд, переносимый 1 киломолем, равен 96 500 000, то отсюда 96 500 000 кулон/1,008 кг = 95 700 000 кулон/кг.

Пример : Сu 62, полученная на циклотроне выбиванием нейтрона из обычной Сu 63быстрым протоном

29 Сu 62—> 28 Ni 62+ +1 е 0.

Пример: Радий В (изотоп свинца) излучает β -лучи и становится изотопом висмута

82 Pb 214—> 83 Bi 214+ -1 e 0

Обычный фосфор Р 31, приобретая дополнительный нейтрон из числа нейтронов внутри ядерного реактора, может стать радиоактивным Р 32, который излучает β -:

15 P 32—> 16 S 32+ -1 e 0

с периодом полураспада 14 дней.

Необходимо, по-видимому, чтобы выполнялось следующее правило: сохраняются по отдельности числа тяжелых (протоны и т. д.) и легких (электроны и т. д.) частиц. Столкновение с частицей сверхвысокой энергии может настолько встряхнуть ядро, что оно буквально брызнет во все стороны тяжелыми и легкими частицами. Число тяжелых частиц при этом сохраняется; никогда не наблюдалось чтобы хотя бы одна из них полностью распалась на легкие частицы.

Вероятно, отчасти это электрические силы вследствие внутренней электрической структуры нейтрона.

Тот факт, что вместо возвышающегося холма имеет место яма, еще не означает, что рассеяние назад невозможно. Снаряд может облететь вокруг горлышка потенциальной ямы подобно комете, облетающей Солнце.

Простой анализ процесса столкновения заряженных частиц, отталкивающих друг друга на достаточно далеких относительных расстояниях, показывает, что

при малых скоростях захват маловероятен, поскольку частицы не могут подойти близко друг к другу на расстояния, где силы притяжения существенны;

при больших скоростях захват маловероятен, поскольку время, в течение которого частицы находятся на близком расстоянии друг от друга, слишком мало, чтобы ядерные силы успели проявить свое действие ( F∙Δ t= Δ( mv), и если Δ t очень мало, то….

В случае медленных нейтронов запрета на захват не существует, и можно ожидать, что захват возрастает с уменьшением скорости. В действительности поведение имеет более сложный характер: имеются явные признаки того, что захват легче всего происходит при определенных, «избранных» скоростях, что следует интерпретировать как «резонанс», если нейтрон представлять как волну.