Радиоактивность. Открытие Беккереля (стр. 3 из 3)

Была измерена величина скорости электронов, испускаемых радием. Она оказалась весьма большой. Некоторые из электронов имели скорость, близкую к скорости света, т. е. около 3.00 000 км в секунду.

Эти исследования немного приоткрыли таинственное покрывало, окутывающее радиоактивные лучи, - оказалось, что часть их представляет собой поток движущихся электронов. Но что же представляет собой другая часть лучей, которая не отклоняется магнитным полем?

За её исследование взялся Резерфорд. Он заметил, что неотклоняемая в магнитном поле часть радиоактивных лучей обладает такими же странными особенностями в поглощении, как и весь пучок. Хорошо было известно и раньше, что при прохождении радиоактивных лучей через вещество различной толщины они поглощаются сначала очень сильно, а затем медленно, так что, в общем, они могут проходить через значительные толщи вещества. Поэтому можно было думать, что радиоактивные лучи неоднородны и представляют собой «смесь» различных лучей, одни из которых поглощаются сильно, а другие слабо. Такая мысль до опытов Пьера и Марии Кюри никем не высказывалась. Однако, когда опыты Кюри подтвердили сложность состава радиоактивного излучения, естественно было предположить, что сильно поглощаемая часть излучения является потоком электронов, а другая часть этих лучей, которая, подобно лучам Рентгена, не отклоняется магнитом, так же как и лучи Рентгена, сравнительно слабо поглощается веществом. Опыт, однако, показал, что эта часть радиоактивных лучей ведёт себя в отношении поглощения так же, как и весь пучок. Уже очень тонкие слои вещества резко ослабляют её интенсивность, а затем даже сравнительно толстые слои вещества поглощают остающиеся лучи незначительно.

Это различие и побудило Резерфорда к дальнейшим исследованиям.

А что, если и та часть лучей радия, которую Пьер и Мария Кюри не смогли отклонить магнитным полем, тоже неоднородна? Что, если они пользовались слабым магнитным полем? Может быть, сильное магнитное поле окажет иное действие? И Резерфорд повторяет их опыты, но при этом он создаёт магнитное поле, гораздо более сильное, чем в их опытах.

Результат опытов Резерфорда оказался поразительным. Пучок лучей, который в опытах Кюри не отклонялся магнитным полем, в магнитном поле Резерфорда в свою очередь расщепился на две части. Одна из них по-прежнему не отклонялась магнитным полем, а другая часть под действием сильного магнитного поля слегка отклонялась от своего первоначального направления.Весьма интересным оказалось то, что эти лучи отклонялись в сторону, противоположную отклонению электронов. Следовательно, и эта часть радиоактивных лучей представляет собой поток заряженных частиц (ибо на движение незаряженных частиц магнитное поле не действует) и притом заряженных положительно. Опыт показал, что новые составляющие радиоактивных лучей в отношении поглощения вели себя вполне определённым образом.

Рис. 1. Схема опыта по разделению радиоактивных лучей магнитным полем.1—радиоактивное вещество; 2 — свинцовая коробочка с тонким каналом, в котором помещается радиоактивное вещество; 3 — лучи, не отклонённые магнитным полем (гамма-лучи); 4 — лучи, слабо отклоняемые магнитным полем (альфа-лучи); 5 — лучи, сильно отклоняемые магнитным полем (бета-лучи); 6—область, в которой создано магнитное поле.

Та часть радиоактивного излучения, которая совершенно не отклонялась магнитным полем, поглощалась очень незначительно. Та же часть радиоактивного излучения, которую

Резерфорду впервые удалось отклонить, поглощалась чрезвычайно сильно.

Создавалось впечатление, что лучи, наблюдавшиеся вначале Беккерелем, представляют собой смесь трёх типов лучей.

На рис. 1 приведено схематическое изображение разделения радиоактивных лучей магнитным полем.

Радиоактивные лучи состоят из лучей трёх различных типов. Каждый из них получил своё особое название и обозначение. Их обозначили и назвали тремя первыми буквами греческого алфавита: альфа (

), бета ( ) и гамма ( ). Альфа-лучами назвали те лучи, которые магнитным полем отклоняются слабо и представляют собой поток положительно заряженных частиц. Бета-лучами стали называть те лучи, которые сравнительно сильно отклоняются магнитным полем и представляют собой поток электронов. Гамма-лучами стали называть лучи, которые совсем не отклоняются магнитным полем. Следует отметить, что альфа-лучи отклоняются в магнитном поле в виде узкого пучка, в то время как бета-лучи отклоняются магнитным полем в виде широкого размытого пучка. Это обстоятельство говорит о том, что альфа-лучи, вылетающие из радия, имеют одинаковую энергию, а бета-лучи представляют собой поток электронов различной энергии.

Разделение радиоактивных лучей на альфа-, бета- и гамма-лучи позволило исследовать их свойства отдельно. Вот некоторые результаты этих исследований.

Альфа-лучи поглощаются наиболее сильно. Тонкий листочек слюды или алюминия толщиной всего лишь в 0,05 мм поглощает альфа-лучи почти полностью. Достаточно завернуть радий в обыкновенную писчую бумагу, чтобы поглотить все альфа-лучи. Альфа-лучи сильно поглощаются воздухом. Слой воздуха толщиной всего лишь в 7 см поглощает альфа-лучи радия почти нацело.

Бета-лучи поглощаются веществом значительно слабее. Они в состоянии ещё в заметном количестве пройти через пластинку алюминия толщиной в несколько миллиметров.

Гамма-лучи поглощаются во много раз слабее бета-лучей. Они проходят через пластинку алюминия толщиной в несколько десятков сантиметров. Пластинка свинца толщиной в 1,3 см ослабляет интенсивность гамма-лучей всего лишь в два раза.

Помимо различия в степени поглощения, между альфа-, бета- и гамма-лучами существует большое различие в характере поглощения. Наиболее отчётливо оно проявляется в изменении интенсивности этих лучей при постепенном возрастании толщины поглощающего вещества.

Бета- и гамма-лучи поглощаются постепенно. Уже самые небольшие слои вещества в некоторой мере поглощают эти лучи. Число электронов и интенсивность гамма-лучей постепенно падают с увеличением толщины фильтрующего слоя.

Альфа-лучи ведут себя совершенно иначе. При прохождении через малые слои вещества число альфа-частиц не изменяется. Уменьшается только энергия этих частиц. С возрастанием толщины поглощающего слоя энергия частиц продолжает уменьшаться, но число их сохраняется. Так будет происходить до тех пор, пока толщина поглощающего слоя не достигнет некоторой определённой величины. Фильтр такой толщины задержит сразу все альфа-частицы.

Таким образом, каждая альфа-частица проходит в данном веществе вполне определённый путь. Этот путь принято называть пробегом альфа-частицы. Пробег альфа-частицы зависит от её энергии и от природы вещества, в котором она движется. Установив связь между пробегом и энергией альфа-частиц, можно в дальнейшем по величине пробега определять энергию альфа-частиц. Таким методом измерения энергии альфа-частиц широко пользуются на практике.

Сильное поглощение альфа-частиц может быть использовано для изучения их свойств.

Если взять радиоактивное вещество в виде шарика, то альфа-лучи, выходящие из всего объёма этого шарика, поглощаются в самом шарике. Лишь очень тонкий поверхностный слой этого вещества испускает альфа-лучи, способные выйти наружу. Поэтому вне такого шарика должны наблюдаться главным образом бета- и гамма-лучи. Если же радиоактивное вещество распределить очень тонким слоем, то будут действовать почти- в одинаковом количестве все три рода лучей.

Сравнением действия радиоактивных лучей от толстого радиоактивного источника с действием радиоактивного препарата, распределённого в виде очень тонкого слоя, было установлено, что именно альфа-лучи ответственны за то, что радиоактивные лучи вызывают флюоресценцию и делают воздух проводником электричества.

Хорошо известно, что воздух делается проводником электричества в том случае, если в нём образуются заряженные атомы - ионы. Альфа-лучи ионизуют воздух примерно в сто раз сильнее, чем бета- и гамма-лучи от того же радиоактивного источника. Но на образование ионов - на ионизацию воздуха требуется энергия. Было установлено, что на образование одной пары ионов в воздухе требуется вполне определённая энергия, равная 33 электрон-вольтам[1]. Так как альфа-частицы образуют много ионов, то при своём движении в воздухе они тратят большое количество энергии. Этим и объясняется описанное ранее свойство альфа-лучей сильно поглощаться различными веществами. Впоследствии мы расскажем, как было измерено число пар ионов, создаваемых одной альфа-частицей. Сейчас мы ограничимся только указанием этой цифры. Оказалось, что одна альфа-частица создаёт в воз духе около 200000 пар ионов. Это позволяет нам оценить энергию одной альфа-частицы. Энергия альфа-частицы оказалась приблизительно равной 6000000 электрон-вольт.

[1]В ядерной физике очень употребительна единица энергии, которую принято называть электрон-вольтом. Один электрон-вольт - это энергия, которую приобретает электрон, проходящий в электрическом поле разность потенциалов в 1 вольт. Один электрон-вольт - очень малая единица энергии, равная всего лишь 1,6-10-^1Э джоуля