szórását részecskéket

Az elméleti előadás és bemutató

A feladat: a példa a létezésének felfedezésével a mag egy atom, tett E. Rutherford 1911-ben, hogy bizonyítsa a fő módszer a mikrokozmosz tanulmány a fogalom meghatározása, a hatékony interakció keresztmetszetű.

Man - egy lény makroszkopikus és megközelíthetetlen számunkra közvetlen érzékelése mikroszkopikus tárgyakat. Minden mérést atomfizika - közvetett. Lássuk, hogy ez hogyan történik a példában szerkezetkutatásra atom.

Az atomok hosszú bemutatott oszthatatlan anyagi részecskék (a görög szó atomosz - oszthatatlan). atom mérete nagyságrendileg 10 -10 m.

Az elmúlt évtizedben XIX században egy sor olyan felfedezések (X-sugarak, természetes radioaktivitás, a létezését töltés-hordozó elemi elektron), melyek a felismerés, hogy az atomok egy bonyolult szerkezet. Mivel a készítmény tartalmaz egy atom, az elektronok és a semleges atomok, az atom tartalmaznia kell egy pozitív töltés.

Két elképzelhető modell nyújthat. Az első modell az atom által javasolt J. Thomson. Pozitív töltés elfoglalja a teljes térfogatát az atom, és az elektronok ágyazott meg. A második szerkezet - pozitív töltés koncentrálódik a mag, az úgynevezett kernel. Rutherford alkalmazottakkal végzett kísérleteket, hogy érzékelési atomok alfa-részecskék. Az elején a múlt század nem lehet szó gyorsító. A rendelkezésére álló kísérletező csak radioaktív izotópokat. Alpha részecskék bomlása rádium, és egyéb elemek, amelyek hélium atommag, azaz teljesen ionizált hélium atomok. A tömeg az alfa-részecske majdnem 8000-szer nagyobb, mint az elektron tömege, így nem várható, hogy az ütközés elektronok történnek észrevehető változás irányát. A szóró (irányváltás) okozhat csak pozitívan töltött része az atom. Rutherford azonban észrevette, hogy bizonyos alfarészecskéket térhet el a várt irányba sokkal nagyobb mértékben, mint a megengedett J. elmélet. Thomson. Munka Ernest Marsden, a hallgató a University of Manchester tudósok megerősítették, hogy meglehetősen nagy számú alfa-részecskék nagyobb mértékben tér el a vártnál, és néhány szögben nagyobb, mint 90 fok. Reflektálva ez a jelenség, Rutherford 1911-ben javaslatot tett egy új modell az atom. Elmélete szerint, amely ma már gyakori, pozitív töltésű részecskék koncentrálódnak a közepén egy nehéz atom és a negatív töltésű (elektronok) körül mozog az atommag egy jelentős távolságra tőle. A kísérlet oldotta meg a problémát atomi szerkezete mellett a nukleáris modell szerint.

Tehát, van két modell. Munkahipotézisként feltesszük, hogy létezik a kernel. További számításokat végeznek, és összehasonlítottuk a kísérleti eredményeket. Ha kap egy kielégítő megállapodás, elfogadjuk a hipotézist.

Feltételezzük, hogy a következő jelöléseket: ze - töltés ütköző részecskék (alfa-részecskék Z = 2), Ze - nukleáris töltés, m # 945; - a tömeg a alfa-részecskék, M - tömege a mag, v - aránya alfa-részecskék. Logikus, hogy fontolja meg az ütközés részecskék cm. Ezután, ahelyett, hogy a probléma megoldásának a mozgás két részecskék (alfa-részecskéket, és a sejtmagokat) kapcsolja arra a problémára, mozgásban lévő különálló részecske csökkentett tömegű # 956; viszonyítva a fix központja, ahol # 956;

Az energia a Coulomb kölcsönhatás a részecskék egyenlő U

Írunk jogszabályok energiamegmaradás (1) és a perdület (2)

Megoldás a rendszer (lásd. Melléklet) vezet a képlet vonatkozó hatásának paraméter b és a szórási szög a cms # 952;.

Hanem egy kísérlet, hogy ellenőrizze ezt a kifejezést a gyakorlatban nem működik. ha az energia az alfa-részecske, mondjuk, 5 MeV, a szóródási szög körülbelül 30 fok, a hatása távolság nagyságrendileg 10 -14 m, azaz túl a mérhető.

Előállítás eredményeként alá kísérleti ellenőrzése

Tegyük fel, hogy egyetlen négyzet alakú lyukakkal ellátott lemezből (2. ábra). N Összes területe nyílások egyes s0. Ebben a lapban esik merőlegesen n pont részecskék. Milyen arányban megy át a lemezt? nyilvánvalóan

A részecskék aránya tapasztalt interakció (ebben az esetben áthalad a furat), osztva a száma kölcsönhatási helyek egységnyi célterületre. az úgynevezett effektív kölcsönhatás keresztmetszet (miért hatékony magyarázza később). Ebben a példában, a rész # 963; = S0.

Mivel a kapcsolat a szórási szög # 952; és hatása paraméter b egyedülállóan körű szórási szögek # 952; hogy # 952; + d # 952; megfelel a tartományban hatással paraméterek a b b + dB. Kiszámoljuk a aránya alfa-részecskék, a hatása távolságot, amely között fekszik # 952; és # 952; + d # 952;. Alfa részecskék ennek a feltételnek megfelelő, adja meg a gyűrű belső és külső sugarú b b + dB (lásd. Ábra). Mivel a kis mérete a db. 2πbdb gyűrű területen. Amikor az egységnyi területre 1 cél nucleus, megkapjuk

Itt dn - a részecskék száma belépő a gyűrű, n - a részecskék száma beeső egységnyi területen. Mi található a b és differenciális db. képlet segítségével (3)

A „-” jel az utolsó egyenletben azt mutatja, hogy a növekedés a szög b # 952; csökken. Kiszámításakor a területen a gyűrű, elhagyjuk azt.

Behelyettesítve a kifejezéseket a b és dB a (5) képletű megszorozzuk a számláló és a nevező által 2sin (# 952; / 2).

A számláló a sarokelem egy kifejezés az elem a térszög d # 937;. És végül megkapjuk a képlet az eltérés szórási keresztmetszete, ismert, mint a Rutherford formula

Jelentése - frakció csapódó részecskék egy egységnyi térszögbe közelében # 952;. osztva száma kölcsönhatási helyek egységnyi célterületre.

Ha van egy szög érzékelő # 952;. amely subtends szilárd szög megcélzott # 916; # 937;. a célpont vastagsága t és a koncentrációt NC magok. A szórt részecskék száma belépő érzékelő, valamint

Az ábra bal oldalán a kamrában (5) alfa-részecskék a forrás (1) esemény a fólia (2). Diszpergált részecskék esnie egy átlátszó képernyő (3) bevont ZnS, okozva fényfelvillanások megfigyelt egy mikroszkóp (4). A képernyőn egy mikroszkóp körül forgatható célt. Halvány villog a fény. A kísérletvezető ült körülbelül egy órát a sötétben, hogy növelje az érzékenységet a szemét, majd 15 percig látta a szétszóródott részecskék többé nem fáradtság.

A képletek (8) és (9), hogy amikor a szög # 952;

Az állandóság ennek a munkának, és ellenőrzött kísérletben. Az eredményeket a szórási aranyfóliára adott táblázatban.

A hajlásszöge # 952;. jégeső

A táblázat azt mutatja, hogy a minták száma változik nagyon széles határok között (körülbelül 3500-szor), míg a termék dN # 149; sin 4 (# 952; / 2) közelítőleg állandó marad (változik csupán 30%).

Arra a következtetésre jutottunk. a feltételezés, a jelenlétét az atom magja töltés Ze igaz. de az elmélet pontosítást igényel.

Valóban, (8) képletű nem lehet helyes, mert a # 952; → 0 expressziós tart végtelenbe. Mi nem veszik figyelembe a levezetés? A probléma a szórási alfa-részecskék egy ponttöltés Ze. Tény, hogy a nucleus körül elektronok, és nagy hatással paramétereket (amely megfelel a kis szög szórási # 952; ) A hatékony töltés kevésbé lesz és kevésbé szórás. B Ha a sorrendben a 10 -10 m semleges atom. Mert a nagy szórási szögek b nagyságrendileg 10 -14 m, és figyelembe kell venni a véges méretű a mag, ami csökkenti szórás és ebben a régióban a szögek # 952;. Továbbá, ha # 952;> 90 ° hatásosak nukleáris vonzó-.

L ORD E RNEST R UTHERFORD az ő vizsgálatokat a felbomlása az elemek, és a kémia radioaktív anyagok.

Ernest Rutherford - Kémiai Nobel-díj (1908). Díjat. Ő kapta az ő kutatási területén rothadási elemek kémiai radioaktív anyagok

Primechanie.Sechenie kölcsönhatást nevezik hatékony. mivel ritka esetekben (azaz például abszorpció neutronok energiájú körülbelül 10 MeV sejtmagok) egybeesik a legnagyobb területe interakciós központja. A lassú neutron abszorpciós keresztmetszet lehet millió szer nagyobb (miatt létezését a neutron hullám tulajdonságokat), neutrínók hogy - gyengén kölcsönható részecskék - 10 19-szer kevesebb.

Körülbelül 40 évvel a kísérletek E.Rezerforda szétszóró részecskék használják vizsgálatokban a nukleáris szerkezet. Mivel a méret a rendszermag körülbelül 10.000-szer kisebb, mint az atom-gólszerzők részecskék szolgáltak elektronok gyorsult energiáit körülbelül 10 2 MeV. És berendezések a regisztrációs szórt elektronok (lásd. Fotó) egy primitív vizuális figyelembe a részecskék és a spektrométer, amely lehetővé teszi, hogy megkapja amellett, hogy a szögletes és energiát az elektronok eloszlását. Mindez gép síneken elmozduló állítsa be a szórási szög # 952;. Scheme megtalálni a töltés eloszlása ​​a sejtmagban # 961; (R) a következő. Számított és összehasonlítottuk a kísérleti paraméterek vannak kiválasztva # 961; (R). hogy jobb megállapodást.

Alkalmazás. Kommunikációs rasi # 952; és hatása paraméter b

Ábra az 1b impulzus részecske szórási - eloszlatását követően. Megőrzése energia szükséges, hogy a kezdeti és a végső energiájú részecskéket, és így az impulzusok a modulok (a konvergencia és a részecskéket eltávolítjuk a mozgási energiát először miatt csökkent a Coulomb-taszítás, majd visszaállítja annak értékét). Ezért háromszög - egyenlő szárú. impulzus változás a szórás egység

Most emlékszik a mechanika, nevezetesen, hogyan kapcsolódnak változás a lendület és az erő

Mi vetíteni az irányt egyenlőség

Az 1. ábra azt mutatja, hogy

Hogy a változás a változók (P3), integrálja fölött a sarokban # 966;. Figyelembe vesszük, hogy

Most egyenlőségjelet (P1) és (P6), és végül megkapjuk a (3) egyenlet.