§ 2. ЗАРЯД АТОМНОГО ЯДРА

Заряд ядра определяет место соответствующего элемента в таблице Менделеева и химические свойства элемента. Химически одинаковые элементы с одним и тем же числом но разным т. е. с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов в ядре называются изотопами. Например, у водорода есть еще два изотопа дейтерий и тритий:

В настоящее время известно около 280 устойчивых и свыше 1450 неустойчивых радиоактивных изотопов.

Ядра с одинаковым числом нуклонов но с разным т. е. с различным числом протонов и нейтронов в ядре называются изобарами. Например, у трития есть изобар — один из изотопов гелия:

Как правило, устойчивые изобары встречаются парами и атомные номера их отличаются на две единицы. Из известных в настоящее время 60 устойчивых изобарных пар только две пары имеют нечетные массовые числа и их порядковые номера отличаются на единицу, а не на две. Остальные изобары имеют четные и

Впервые косвенно заряд ядер был измерен Мозли который нашел простую связь между частотой характеристического рентгеновского излучения и зарядом ядра

Мозли установил, что постоянные не зависят от элемента для данной серии излучения.

Непосредственно заряд ядра был определен Чедвиком в 1920 г. в опытах по исследованию рассеяния -частиц на металлических пленках (рис. 6).

Рис. 6. Опыт Чадвика

Напомним основные этапы этих очень важных по своим следствиям опытов. Пропуская узкий пучок -частиц через тонкую металлическую фольгу, Резерфорд установил, что в большинстве случаев -частицы при прохождении через фольгу рассеиваются на небольшой угол, что и следовало ожидать, если считать, что -частица отклоняется под действием электрических сил зарядов частиц малой массы (электронов атома), много меньшей, чем у -частицы.

Однако иногда рассеянные -частицы отклоняются на большие углы, в некоторых случаях значительно превышающие 90°. Это может произойти только в том случае если внутри атома имеются заряды, сосредоточенные в очень малом объеме и связанные с массой, много большей, чем у -частицы. Если бы заряд ядра был размазан по всему атому, рассеяние на большие углы происходило бы совсем редко.

Исходя из этих соображений, Резерфорд в 1911 г. и предложил так называемую ядерную модель атома. Для описания полученных результатов им было выведено соотношение, определяющее угловое распределение -частиц после рассеяния их ядрами атомов. При выводе этой формулы предполагалось, что силы взаимодействия между ядром и -частицей следуют закону Кулона для точечных зарядов, и масса ядра много больше, чем масса -частицы. Формула Резерфорда может быть записана в следующем виде:

где число рассеивающих ядер, приходящихся на поверхности фольги, число -частиц, проходящих в 1 сек через площадку в перпендикулярную к направлению потока -частиц, число рассеянных частиц внутри элемента телесного угла — заряд рассеивающего центра, масса -частицы, скорость -частицы, угол отклонения -частиц.

Формула Резерфорда может быть использована для определения заряда атомного ядра Если сравнивать число падающих -частиц с числом частиц, рассеянных под данным углом то — I является функцией только заряда рассеивающего вещества

Такой опыт и был поставлен Чедвиком в 1920 г.

Рассеивающая фольга имеет вид плоского кольца Радиоактивный препарат и детектор (небольшой сцинтиллирующий экран) 5 устанавливаются на оси кольца. Измеряется число -частиц, рассеянных под углом Если поместить внутри кольца между экран, (причем расстояние то

детектор будет считать одни только рассеянные частицы наоборот, закрывая экраном кольцо можно сосчитать число частиц в падающем пучке.

Таким образом, удается определить отношение Остальные величины, входящие в формулу Резерфорда, доступны экспериментальному определению , либо известны Этим методом Чедвик нашел значения для платины, серебра и меди.