РЕЗЕРФОРД И РАСЩЕПЛЕНИЕ АТОМА

В1939 г. Альберт Эйнштейн обратился к президенту Рузвельту с предложением приложить все усилия для того, чтобы раньше нацистов овла­деть энергией атомного распа­да. К тому времени эмигриро­вавший из фашистской Италии Энрико Ферми уже работал над этой проблемой в Колумбий­ском университете.

(В камере ускорителя Европейской лабора­тории физики элементарных частиц (CERN), крупнейшего в Европе центре такого рода. Па­радоксально, но для исследования мельчайших частиц необходимы гигантские сооружения.)

Введение

В 1854 г. немец Генрих Гейслер . (1814-79) изобрел вакуумную стеклянную трубку с электродами, названную трубкой Гейслера, и ртутный насос, позволявший полу­чать высокий вакуум. Подсоединив к электродам трубки высоковольтную индукционную катушку, он получал на стекле напротив отрицательного элек­трода зеленое свечение. В 1876 г. не­мецкий физик Евгений Гольдштейн (1850-1931) предположил, что это све­чение вызвано лучами, испускаемыми катодом, и назвал эти лучи катодными.

 (Новозеландский физик Эрнест Резерфорд (1871-1937) в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, которую он возглавил в 1919 году.)

Электроны

Английский ученый Уильям Крукс (1832-1919) усовершенствовал трубку Гейслера и показал возможность от­клонения катодных лучей магнитным полем. В 1897 г. другой английский ис­следователь, Джозеф Томсон, предпо­ложил, что лучи представляют собой отрицательно заряженные частицы, и определил их массу, которая оказалась примерно в 2000 раз меньше массы атома водорода. Он назвал эти частицы электронами, взяв название, пред­ложенное несколькими годами ранее ирландским физиком Джорджем Стоуни (1826-1911), который теоретичес­ки рассчитал величину их заряда. Так стала очевидной делимость ато­ма. Томсон предложил модель, в кото­рой электроны были вкраплены в атом, как изюминки в кексе. А вскоре были обнаружены и другие входящие в со­став атома частицы. С 1895 г. в Кавен­дишской лаборатории приступил к ра­боте Эрнест Резерфорд (1871-1937), который вместе с Томсоном занялся исследованием радиоактивности урана и обнаружил два вида частиц, испускае­мых атомами этого элемента. Частицы с зарядом и массой электрона он назвал бета-частицами, а другие, положитель­но заряженные, с массой, равной массе 4 атомов водорода, - альфа-частицами. Кроме того, атомы урана были источни­ком высокочастотного электромагнит­ного излучения - гамма-лучей.

Протоны

В 1886 г. Гольдштейн обнаружил еще одно излучение, распространяющее­ся в направлении, противоположном катодным лучам, и названное им катодными лучами. Позже было дока­зано, что они состоят из ионов атомов. Резерфорд предложил назвать положительный ион водорода протоном (от греческого proton- пер­вый), т. к. считал ядро водорода составной частью ядер атомов всех остальных элементов. Таким образом, в начале XX в. было установлено существование трех суб­атомных частиц: электрона, протона и альфа-частицы. В 1907 г. Резерфорд стал профессо­ром Манчестерского университета. Здесь, пытаясь выяснить строение ато­ма, он провел свои знаменитые экспе­рименты по рассеянию альфа-частиц. Исследуя прохождение этих частиц через тонкую металлическую фольгу, он пришел к выводу, что в центре ато­ма расположено небольшое плотное ядро, способное отражать альфа-час­тицы. Помощником Резерфорда в то время был молодой датчанин физик Нильс Бор(1885-1962), который в 1913 г., в соответствии с недавно созданной квантовой теорией, пред­ложил модель строения атома, извест­ную как модель Резерфорда-Бора. В ней электроны вращались вокруг яд­ра подобно планетам вокруг Солнца.

(Энрико Ферми (1901-54) в 1938 г. получил Нобелевскую премию за работы по облучению вещества нейтронами. В 1942 г. впервые осуществил самоподдерживающуюся цепную реакцию распада атомных ядер.)

Модели атомов

В этой первой модели ядро состояло из положительно заряженных прото­нов и некоторого числа электронов, частично нейтрализующих их заряд; кроме того, вокруг ядра двигались до­полнительные электроны, суммарный заряд которых был равен положитель­ному заряду ядра. Альфа-частицы, как и ядра атомов гелия, должны были со­стоять из 4 протонов и 2 электронов. Прошло более 10 лет, прежде чем эта модель подверглась пересмотру. В 1930 г. немец Вальтер Боте (1891-1957) объявил об открытии нового ви­да радиоактивного излучения, возни­кающего при облучении бериллия аль­фа-частицами. Англичанин Джеймс Чедвик(1891-1974) повторил эти экс­перименты и пришел к выводу, что дан­ное излучение состоит из частиц, рав­ных по массе протонам, но не имею­щих электрического заряда. Они были названы нейтронами. Затем немец Вернер Гейзенберг(1901-76) предложил модель атома, ядро которого состояло только из протонов и нейтронов.  Группа исследователей с одним из первых ускорителей субатомных частиц - циклотроном (1932). Этот прибор предназначен для ускоре­ния частиц и последующей бомбардировки ими специальных мишеней.

Расщепление атома

Физики всего мира сразу же увидели в нейтронах идеальный инструмент для воздействия на атомы - эти тяжелые, не имеющие заряда частицы легко проникали в атомные ядра. В 1934-36 Италии Энрико Ферми (1901-54) их помощи получил 37 радиоактивных изотопов различных элементов. Поглощая нейтрон, атомное ядро становилось неустойчивым, и излучало энергию в виде гамма-лучей. Ферми облучал нейтронами и уран, надеясь превратить его в новый элемент - «уран В этом же направлении работ в Берлине немец Отто Ган (1879-1Sи австрийка Лизе Майтнер(1878 - 1968). В 1938 г. Майтнер, спасаясь от нацистов, уехала в Стокгольм, а продолжил работу вместе с Фридрихом Штрассманом(1902-80). Вскоре Ган и Майтнер, продолжая эксперимент и, сверяя результаты по переписке, обнаружили образование в облученном нейтронами уране радиоактивного бария. Майтнер предположила, что я атом урана (атомный номер 92) расщепляется на два ядра: бария (атомный номер элемента с номером 43 позже назвали технецием). Так была открыта возможность расщепления атомного ядра. Было установлено также, что при разрушении ядра атома урана выдаются 2-3 нейтрона, каждый из которых, в свою очередь, способен инициировать распад атомов урана, вызвать цепную реакцию с выделением огромного количества энергии...

См. также:

Элементарные частицы и их свойства

Электричество и магнетизм