Главная страница
qrcode

Гладков К.А. Атом от А до Я (1974)_распознан. Заслуженный работник культуры рсфср кирилл Александрович гладков (1903 1973 гг.) известен советскому к зарубежному читателю как замечательный популяризатор науки и техники. Им написано более десяти книг


Скачать 78.95 Mb.
НазваниеЗаслуженный работник культуры рсфср кирилл Александрович гладков (1903 1973 гг.) известен советскому к зарубежному читателю как замечательный популяризатор науки и техники. Им написано более десяти книг
Дата10.09.2019
Размер78.95 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаГладков К.А. Атом от А до Я (1974)_распознан.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипКнига
#64819
страница9 из 16
Каталог
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   16

ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА
ПРОТОН
ПРОТОННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ ПОЗИТРОН (ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОН ПЛАЗМА — ЧЕТВЕРТОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Д. ИМ ЕНДЕЛЕЕВА. 6 марта
1869 г. на заседании Русского физико-химического общества Д. И. Менделеев впервые прочитал свое сообщение Опыт системы элементов, основанный на их атомном и химическом сходстве. То, о чем рассказывалось в этом сообщении, вызвало огромную сенсацию в научных кругах и принесло ее автору и русской науке мировую славу, ибо знаменовало начало нового этапа в развитии науки на подступах к атомному веку.
Молодой ученый (тогда ему было всего 35 лет) мучительно долго ломал голову, пытаясь уловить хоть какие-нибудь закономерности в мире химических элементов. А это, по его твердому убеждению, могло быть установлено только в том случае, если все химические элементы (а многие из них были еще не открыты) расположить в каком-то порядке по их главным свойствам.
Ну а что в этом случае считать самым главным Д. И. Менделеев выбрал атомный вес. Записав атомный веси химические свойства элементов на карточках, Д. И. Менделеев долго и упорно раскладывал их в тысячах всевозможных комбинаций. Когда я расположил элементы в соответствии с величинами их атомных весов, начиная с самых малых, — вспоминал позже Д. И. Менделеев, — то стало очевидно, что в их свойствах существует периодичность. Я назвал периодическим законом взаимные соотношения между свойствами элементов и
их атомными весами эти соотношения применимы ко всем элементами имеют периодическую природу».
На первых порах строго вертикальных столбиков у него никак не получалось. И, убежденный в существовании совершенно строгой периодичности, ученый пошел на исключительно смелый шаг. Там, где в горизонтальном ряду какой-либо элемент не располагался точно под своим химическим двойником, он утверждал, что или общепринятые атомные веса элементов ошибочны и их нужно пересмотреть, или же там должны стоять другие элементы, еще не открытые. Для них он просто оставлял в своей таблице свободные места. Более того, зная соседей по вертикали вверх и вниз, Д. И. Менделеев суди вительной точностью предсказал химические свойства этих недостающих и еще неизвестных элемен­
тов.
Это убеждение великого ученого блестяще подтвердилось. В 1875 г. был открыт элемент галлий, в 1879 г. скандий ив г. — германий.
Так родилась знаменитая Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева, вернее, закон периодичности, пользуясь которым, ученые получили возможность ориентироваться в самых сокровеннейших и скрытых тайниках атомного «кос­
моса».
По ряду некоторых, порой очень тонких признаков, периодичность свойств химических элементов натолкнула ученых на другую, еще более смелую мысль а правильно ли утверждение, что атом является неделимой частицей материального мира, последней ступенькой на пути в микрокосмос? Что лежит в основе различия атомных весов и химических свойств элементов Нельзя ли попытаться проникнуть и внутрь самого атома, узнать, из чего он сложен Не распространяются ли на его устрой
г млрд лет
T h
4 , 5 млрд лет 3 3

92
U
2 4 4 1 лето Р и лет ,8 2 сутон
3 ,0 МИН 1 8
р
л
З Юсе к Т Р '
ство закономерности великого периодического закона Тем более, что, как считали сам Д. И. Менделеев, легко предположить, что ныне нет еще возможности показать, что атомы простых тел суть сложные существа, образованные сложением некоторых еще меньших частей. По его представлениям, мир атомов устроен также, как мир небесных светил, со своими солнцами, планетами и спутника­
ми».
Великий закон сокрушил стену, долгое время отделявшую химию от физики. Сквозь широкую брешь эстафета знаний была передана дальше — исследователям микромира.
ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА. Важной характеристикой радиоактивного вещества является период полураспада — время, за которое распадается половина количества исходного вещества. Например, если половина его распадается за четыре дня, то и период полураспада принимается равным четырем Дням. Через следующие четыре дня распадается половина оставшегося количества, через восемь дней его останется только 1/4, через 12 дней — 1/8 и т. д. Чтобы радиоактивность снизилась до 1% исходного вещества, должно пройти примерно семь периодов полураспада.
Необходимо подчеркнуть, что половина атомов радиоактивного вещества распадается за указанное время лишь в среднем. Фактически некоторые атомы не распадаются вовсе, в то время как другие распадаются в значительно более короткие промежутки времени.
Чем интенсивнее идет радиоактивный распад, тем короче период полураспада. Сильные излучатели живут гораздо меньше, чем слабые.
Один грамм урана содержит около 2,5 «10 21
атомов. Однако из этого астрономического количества в секунду распадается только около 12 тыс. атомов. Поэтому период полураспада урана исключительно долог — около 4,5 млрд. лет. У тория он еще дольше — более 14 млрд, лет Время полураспада радия — 1617 лет, радона — 3,82 дня, полония — 3,05 мин полония — 3 - 10
-7
сек некоторых элементарных частиц — миллионные и миллиардные доли секунды.
ПРОТОН — одна из немногих устойчивых элементарных частиц, входящая (наряду с нейтроном) в состав всех ядер атомов химических элемен­
тов.
Так как водород занимает первое место в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, то отсюда и название этого элемента протий — от греческого слова «протос» — «первый».
Хотя протон несет одинаковый с электроном элементарный электрический заряд (но противоположный по знаку, масса его враз больше массы электрона и равна 1,672-10 "
24
а. В тех случаях
когда нет необходимости указывать на заряд любой из ядерных частиц, протон наравне с нейтроном носит более общее название — нуклон. Это тем более оправдано, что сейчас уже не остается никаких сомнений, что протон и нейтрон являются различными физическими состояниями одной и той же элементарной частицы. При поглощении ядром атома энергии извне и последующем распаде протон внутри ядра может превратиться в нейтрон. Этот процесс сопровождается рождением позитрона — частицы, масса которой в точности равна массе электрона, но несущей противоположный, положительный, электрический заряди еще одной незаряженной (нейтральной) частицы — нейтрино, не имеющей массы покоя и движущейся только со скоростью света. При превращении нейтрона в протон из ядра атома вместо позитрона выбрасывается электрон и опять- таки нейтрино.
В результате зондирования протона путем облучения его потоком электронов, ускоренных до энергий в несколько миллиардов электронвольт, сейчас уже окончательно установлено, что каждый протон и нейтрон, подобно атому, имеет свое небольшое ядро — так называемый керн (сердечник, — окруженный атмосферой из двух элементарных частиц гиперонов, антипротонов, антинейтронов

/Г-мезонов и пи-мезонов. Да и сам керн не является однородным телом и состоит из каких-то других, пока еще неопознанных или неизвестных частиц.
ПРОТОННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ. Доне давнего времени в науке были известны следующие основные виды радиоактивного распада ядер атомов. Три из них испускание альфа-частиц (ядер атомов гелия, бета-частиц (электронов) и гамма- квантов — известны еще со времен Марии и Пьера Кюри. Еще один вид распада — самопроизвольное спонтанное) деление ядер атомов урана с испусканием нейтронов, электронов и гамма-квантов, Л*-за- хват — был открыт советскими учеными Г. Н. Флё­
ровым и КА. Петржаком в 1940 г. И наконец, испускание нейтронов продуктами деления ядер урана — запаздывающих нейтронов — спустя короткое время после того, как это деление уже произошло.
В свое время на основании теоретических исследований было предсказано существование еще одного вида распада, при котором ядро возбужденного, те. поглотившего извне какое-то количество энергии, атома испускает протон — положительно заряженную элементарную частицу. Это так называемая протонная радиоактивность была открыта советскими учеными в 1962 г.
ПОЗИТРОН ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОН) — предсказанная П. Дираком и открытая К. Андерсоном в 1932 г. элементарная частица, идентичная по свойствам (массе, величине заряда и т. д) электрону, но имеющая неотрицательный, а положительный заряд, вследствие чего она является античастицей электрона — первая из серии открытых после нее античастиц. Позитрон, испущенный ядром, принято называть бета-плюс-частицей е Позитрон возникает при аннигиляции двух или трех квантов гамма-излучения или в процессе бета-распа156
да атомов ядер и неустойчивых ядерных частиц. Испускание позитрона называют бета-п л юс-распад ом. При встрече позитрона с электроном обе частицы аннигилируют — исчезают. В результате этой реакции образуются два или три фотона — кванта гамма-излучения.
ПЛАЗМА - ЧЕТВЕРТОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА. Известно, что любое вещество может существовать только водном из трех состояний твердом, жидком или газообразном, классическим примером чему является вода, которая может быть в виде льда, жидкости и пара. Однако веществ, пребывающих в этих считающихся бесспорными и общераспространенными состояниях, если брать всю Вселенную в целом, очень мало. Они вряд ли превышают то, что в химии считается ничтожно малыми следами. Все остальное вещество Вселенной пребывает в так называемом плазменном состоянии. Что это такое?
Известно, что по мере нагревания тепловое движение атомов любого твердого тела принимает все более и более энергичный характер, пока не начинают ослабевать, а затем и рваться одна за другой связи, определяющие структуру вещества.
Первой разрушается кристаллическая решетка — твердое тело плавится и превращается в жидкость. Затем ослабляются связи между молекулами, и вещество принимает газообразную форму — испаряется. Выше 2000° С жидкая вода уже не может существовать вообще, несмотря пи на какие давления. Следовательно, исключаются все виды химических реакций вводной среде. При четырех-пяти тысячах градусов рвутся все связи внутри молекул, иве щество окончательно распадается на атомы составляющих его элементов. Поэтому прекращаются все обычные химические реакции
Ну а что будет происходить, если нагревать сосуд с газом?
По мере повышения температуры движение атомов газа становится все более и более энергичными они все чаще и чаще, а следовательно, и сильнее сталкиваются друг с другом. В результате столкновений первыми начинают отрываться электроны, расположенные на самых внешних орбитах и слабее всех связанные с ядрами своих атомов. Внутри газа появляется как бы второй газ, состоящий из этих электронов, число которых по мере оголения ядер атомов непрерывно растет. Вслед за ними наступает очередь электронов, запрятанных на самых глубоких и более прочных орбитах. Одновременно начинают учащаться столкновения и между ионами, лишенными всей или части своей электронной за­
щиты.
Газ, в котором под действием исключительно высокой температуры произошло разделение вещества па свободные электроны, носящиеся с бешеной скоростью и сталкивающиеся между собой и со стенками сосуда, совершенно оголенные ядра атомов и атомы, по какой-то случайности все еще удерживающие некоторую толику своих электронов, стали называть плазмой. Идеальная плазма с разделенными полностью атомными частицами соответствует температуре в несколько десятков миллионов градусов. Везде, где вещество чрезвычайно горячо, оно находится в плазменном состоянии. Однако плазма — это непросто нагретое до сверхвысокой температуры вещество. Это совершенно иное его физическое состояние, проявляющее целый ряд необыкновенных и очень важных свойств.
Например, плазменное состояние газообразного вещества может возникать и при менее высоких и даже относительно низких температурах в зависимости от состава, структуры и степени разрежения газа. Пламя свечи, свечение ламп холодного света, электрическая дуга, электрический разряд, огненная струя, вырывающаяся из сопла реактивного двигателя или ракеты, ослепительный след, оставляемый молнией, — все это далеко неполный перечень явлений, при которых человек прямо или косвенно имеет дело с четвертым, плазменным, состоянием вещества.
Большинство людей и даже некоторые ученые не делают различия между отдельными видами плазмы и газом. Очень часто можно слышать о раскаленной атмосфере Солнца и звезд, потоках раскаленных газов и т. п.
Плазма действительно по ряду признаков очень сходна с газом. Она и разрежена, и текуча. Однако на уровне атомов и молекул природа их строения совершенно различна, и именно это объясняет чрезвычайно широкое разнообразие свойств плазмы и ее поведения, что резко отличает плазму от всех остальных состояний вещества.
В целом плазма нейтральна, так как она содержит одинаковое количество отрицательно и положительно заряженных частиц. Но взаимодействие этих зарядов придает плазме потрясающее разнообразие свойств, непохожих ни на какие свойства газов. При некоторых условиях она может проводить электрический ток лучше, чем медь, течь как вязкая жидкость, вступать в реакции с другими веществами как сильный химический раствор. Более того, плазма легко управляется электрическими и магнитными полями.
В необыкновенно короткий срок физика плазмы стала одной из ведущих областей науки, главным образом, в связи с исследованиями термоядерной реакции, получаемой пока только в мгновенной
вспышке раскаленной до температуры в несколько сот миллионов градусов плазмы, при взрыве водородной бомбы (см. Термоядерная реакция).
ПАРА. ОБРАЗОВАНИЕ ПАРЫ ЭЛЕКТРОН — ПОЗИТРОН — один из видов взаимодействия квантов гамма-излу­
чения с ядрами атомов вещества, в результате которого гамма- кванты с энергиями более 1,2 Мэв превращаются в пару частиц — позитрон и электрон с энергией по 0,51 Мэв каж ­
дый.
ПИ-МЕЗОН (к) — неустойчивая элементарная частица с массой около 273,2 массы электрона. Существует три вида таких частиц положительный и отрицательный пи-мезоны, обладающие электрическими зарядами, равными по абсолютной величине электрическому заряду электрона, и нейтральный пи-мезон (л, ъ тс»). Масса заряженного пи-мезона равна
273,2 массы электрона, нейтрального пи-мезона — несколько меньше — 264,2 массы электрона. Пи-мезон рождается на нуклонах или ядрах под действием бомбардировки нуклонами и гамма-излучения большой энергии. Время жизни заряженного пи-мезона около 2,55*10


8
^ к . Чаще всего пи-мезон распадается на мю-мезон и нейтрино. Время жизни нейтрального пи-мезона не превышает в сек после чего он распадается на два фотона. В отличие от мю-мезонов пи-мезоны активно взаимодействуют с атомными ядрами. Они, в частности, ответственны за существование ядерных сил. Обмениваясь пи-мезонами, нуклоны ядра удерживаются все вместе, несмотря на существование огромных сил отталкивания между положительно заряженными протонами, стремящимися взорвать ядро изнутри.
ПЛАНКА ПОСТОЯННАЯ (h) — принятая и широко применяемая в квантовой теории константа, введенная в
1900 г. немецким физиком Максом Планком для объяснения природы излучения, испускаемого нагретыми телами h =
«= 6,625-10“
27
эрг-сек.
ПЛОТНОСТЬ НЕЙТРОННОГО ПОТОКА — количество нейтронов, проходящих в любом направлении через сечение площадью один квадратный сантиметр в секунду. В реакторах нулевой мощности плотность потока составляет примерно
10 9
, в реакторах атомных электрических станций — 10 Специальные исследовательские реакторы дают поток плотностью до 10 12
— 10 16
нейтрон!(см
2
• сек).
ПОЗИТРОНИЙ. В результате распада некоторых искусственных радиоактивных элементов происходит излучение позитрона — частицы, идентичной во всем электрону, за исключением положительного электрического заряда см. Позитрон Следом за быстролетящим позитроном тотчас же увязывается один из свободных электронов, всегда имеющихся в избытке в окружающей среде. Эта своеобразная погоня кончается тем, что на ничтожно короткий отрезок времони (10
- сек в вакууме, а еще меньше в веществе —
Ю"
8
—Ю"» сек возникает временное неустойчивое образование — позитроний — некое подобие атома, в котором, однако, отсутствует ядро, а электрон вместе с позитроном вращаются вокруг общего центра тяжести. По электрическими некоторым другим свойствам такой искусственный псев­
доатом похож на атом самого легкого устойчивого элемента — водорода, в котором один электрон вращается вокруг одиночного протона. Но так как масса позитрона равна массе электрона, позитроний приблизительно враз легче, а по диаметру в два раза больше атома легкого водорода протия. За невероятно короткое время своего существования позитрон и электрон тем не менее успевают совершить один вокруг другого несколько миллионов оборотов, а затем, сталкиваясь, взаимно уничтожаются (аннигилируют. Позитроний погибает, излучая два или три фотона.
ПЛУТОНИЙ — химический элемент Периодической системы элементов Д. И. Менделеева с порядковым номером 94 и атомной массой 239, впервые полученный человеком в
1940 г.
Как известно, использование атомной энергии человеком началось с урана, который были остается важнейшим видом ядерного горючего. Можно было бы иметь гору природного урана, ноне использовать нисколько заключенной в нем энергии, если бы в нем не содержался делящийся изотоп уран. Этот изотоп хорошо делится нейтронами любых энергий. Однако в природном металле его очень мало всего 0,7% . Остальные 99,3% составляет изотоп уран, который делится только быстрыми нейтронами. Зато уран отлично поглощает промежуточные нейтроны с энергией от 1 до 10
эв.
И тут начинаются чудеса. Если с помощью замедлителя — графита, тяжелой или обычной воды и других веществ — замедлить до этой энергии выбрасываемые при делении ядер изотопа урана быстрые нейтроны, то, захватив такой медленный нейтрон, ядро атома урана приходит в сильно возбужденное состояние и, распадаясь, превращается в конечном итоге в плутоний, период полураспада которого равен уже 24,40 года. Самое замечательное то, что он становится как бы двойником урана —
161
также делится и быстрыми и медленными нейтронами. А это позволяет входе выгорания урана одновременно превратить малую толику практически неделящегося урана в делящийся плутоний. Так постепенно, выжигая в ядерном реакторе уран (0,7%) и полученный побочным путем плутоний (естественно, меньше 0,7%), можно переработать в ядерное горючее значительную долю природного урана-238.
Долгое время считалось, что самый тяжелый природный элемент — уран. Однако совсем недавно водной из руд был обнаружен естественный устойчивый изотоп плуто­
ний-244.
Чистый плутоний — сильно ядовитое вещество, легко загорается на воздухе. Распадаясь, он испускает альфа- частицы с энергией около 5 Мэв. Особо опасно попадание плутония внутрь живого организма, так как он естественным путем не выводится, а длительное внутреннее облучение альфа- частицами приводит к тяжелым формам лучевой болезни и даже гибели организма.
ПРОБЕГ ЧАСТИЦЫ — путь, проходимый заряженной частицей до полного ее замедления в результате многочисленных упругих столкновений с ядрами атомов вещества, в котором движется эта частица Величина пробега зависит от энергии (скорости) движения частицы, ее заряда, массы, а также от свойств самого вещества (среды. Пробег увеличивается с энергией частиц и при заданной скорости примерно пропорционален массе частицы и обратно пропорционален квадрату ее заряда. Пробег чаще всего выражают не веди ницах длины (сантиметрах, а в массовых единицах слоя вещества, проходимого частицей (г/см
2
).
ПРОДУКТЫ ДЕЛЕНИЯ УРАНА. Когда входе ядерной реакции ядро атома урана делится надвое, то получающиеся радиоактивные осколки никогда не бывают равными один побольше, другой поменьше. И те и другие оказываются ядрами атомов элементов, имеющих массы примерно от 72 до 162 — от германия до гафния. Распределение этих элементов имеет вид кривой с двумя четко выраженными горбами, приходящимися на массы около 90 и 140, например на стронций, криптон, иттрий, цирконий, иод-126, цезий, барий, церий и др. Однако максимальное количество любого из изотопов этих элементов не превышает 5—6% всего количества осколков. Великое разнообразие комбинаций видов излучений (бета- частиц и гамма-квантов), их энергий и периодов полураспада открывает неисчерпаемые возможности для самого широкого
применения этих элементов в науке, технике, медицине, промышленности и сельском хозяйстве.
ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ НЕЙТРОНЫ — частично замедленные нейтроны, энергия (скорость) которых'лежит в пределах от 1 кав до 0,5 Мае (быстрые нейтроны — больше 0,5 Мае медленные нейтроны ниже 1 кав).
ПРОТИВОАТОМНАЯ ЗАЩИТА — система мероприятий, направленных на защиту людей, животных и материальных ценностей от атомного нападения противника, а также мер по своевременному оказанию медицинской помощи пострадавшим, проведению дезактивации (обеззараживания) местности и строений, быстрой ликвидации вызванных нападением разрушений. Сюда входят работы по созданию сети убежищ и укрытий, противоатомная подготовка населения и формирований противовоздушной и противоатомной обороны, а также осуществление комплекса предупредительных, противопожарных и других мер.
ПРОТИЙ — атом легкого водорода, ядро которого состоит всего из одного протона. Данное название более удобно в тех случаях, когда его приходится употреблять наряду с дейтерием (атом тяжелого водорода) или тритием (атом сверхтяжелого водорода. Отсюда ядро атома протия — протон, дейтерия — дейтрон, трития — тритон.
ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА. Несмотря на то. что с момента изобретения камеры Вильсона прошло уже немало лети в ее конструкцию внесено много усовершенствований, этот прибор и до сих пор удивляет своей простотой, сочетающейся с точностью и предельной наглядностью получаемых результатов
Однако физика атомного ядра имеет дело с необыкновенно быстрыми частицами, входящими в состав космического излучения или получаемыми при помощи современных сверхмощных ускорителей. Эти частицы, пролетая камеру Вильсона, часто оставляют столь короткий, слабый, не успевший искривиться и разорванный след, что измерить его достаточно точно не представляется возможным. В результате все наиболее важное и интересное ускользает от наблюдения. К тому же в момент расширения газа в камере Вильсона в нем возникают потоки и завихрения, которые хотя и ненамного, но смещают и искажают следы частиц. Очень часто возникает необходимость точпо знать, в какой именно последовательности появлялись эти следы — который первый, который второй итак до последнего, какой из них прошел выше, какой ниже другого.
На эти вопросы камера Вильсона ответа не дает.
Как же заставить ее отвечать и на такие вопросы На помощь пришел кипяток. Что служит первым признаком закипания жидкости Появление пузырьков. Но как и где они зарождаются — вряд ли кто на это обращал особое внимание. А в физике кипения жидкости это обстоятельство, оказывается, имеет весьма важное и решающее значе­
ние.
Опыты показали, что пузырьки пара зарождаются главным образом на стенках сосуда, в котором нагревают жидкость, в местах, где имеются мельчайшие углубления или бугорочки, которые практически невозможно устранить никакой, даже самой тщательной шлифовкой или полировкой. Они и служат центрами образования и дальнейшего роста пузырь­
ков.
Если жидкость содержит в себе взвешенные частички твердого вещества или в ней растворен какой-нибудь газ, то центрами образования пузырьков пара могут явиться и такие твердые и газообразные частицы.
Если же начать кипятить очень чистую воду в сосуде с идеально отполированными стенками, избегая всяческих, даже самых ничтожных толчков и сотрясений, то воду можно перегреть без каких-либо признаков кипения. Однако стоит теперь лишь слегка толкнуть сосуд или каким-либо другим способом нарушить покой такой перегретой воды, как она мгновенно вскипает. Это явление и навело физиков на мысль использовать не облачко невидимого пара в камере Вильсона, а перегретую жидкость.
Достаточно какой-либо заряжепной частице пролететь сквозь такую жидкость и произвести ионизацию ее молекул
как эти молекулы на всем протяжении пути частиц становятся центрами образования паровых пузырьков, те. жидкость на этом пути мгновенно вскипает. Если теперь успеть достаточно быстро сделать фотографический снимок, то мы увидим на нем цепочки пузырьков — такие же следы частиц, как и те, которые можно наблюдать в обычной камере Виль­
сона.
Можно поступить и иначе. Известно, что вскипание жидкости предотвращают, увеличивая давление пара над ней. Если быстро снять это давление, то жидкость вскипает не мгновенно, а спустя короткий промежуток времени. Следы пролетающих через жидкость частиц можно фотографировать за отрезок времени между снятием давления и ее вскипа­
нием.
Какие же тогда преимущества имеет камера с перегретой жидкостью перед обычной паровой Достаточно много.
Любая жидкость значительно плотнее, чем водяной пари поэтому она лучше замедляет пролетающие частицы. Благодаря этому ионизированные следы от них остаются более плотными, сплошными и легче поддаются наблюдению и измерениям. Образование пузырьков в перегретой жидкости идет значительно быстрее, чем в паре, и, кроме того, движение частиц самой жидкости менее ощутимо, чем движение легких частиц пара, вследствие чего оставляемый частицей ■■■ след в жидкости искажается намного меньше, чем в паре. I I И наконец, что очень важно и что является самым главным | | преимуществом такой камеры, пузырьки пара, после того как они образовались вокруг ионизированных частиц жидкости, продолжают непрерывно увеличиваться. Сделав ряд фотоснимков, по величине пузырьков можно достаточно точно устанавливать, какие именно следы появились в жидкости раньше, а какие позднее.
«Перегретая» жидкость не всегда означает жидкость, нагретую до высокой температуры. Существует огромное количество жидкостей, вскипающих и превращающихся в парне только при комнатной, но и при значительно более низкой температуре или при незначительном уменьшении внешнего давления, например сжиженный водород, пропан, изопентан и пр.
Заполняющий пузырьковую камеру сжиженный, а следовательно, находящийся под большим давлением газ тоже идеально прозрачен. Но если это давление уменьшить до критического значения, при котором жидкость не вскипает только потому, что в ней нет центров, способствующих образованию пузырьков (пылинок, заряженных частиц и т. п
то Стоит заряженной частице пролететь сквозь такую сверхчувствительную, готовую мгновенно вскипеть жидкость, как ее ионизированный след, густо облепленный пузырьками газа, становится видимым.
В такой камере нет никаких поршней и других подвижных частей, и ее размеры могут достигать нескольких метров длины. Как раз то, что нужно ученым!
И еще. Если в камере Вильсона можно наблюдать следы оставляемые пронизывающими ее заряженными частицами каждый раз только в течение долей секунды, то пузырьковая камера позволяет наблюдать следы частиц значительно дольше. Это уже огромное, а в ряде случаев решающее преиму щество.
Преимущества новой камеры становятся особенно понятны, если мы вспомним, что ученым при помощи мощных ускорителей частиц сейчас удается придать частицам такие скорости и энергии, какие уже не встречаются у естественных или искусственных радиоактивных вещества скоро, видимо, будут соизмеримы со скоростью и энергией космических частиц см. Людмила, (Мирабель Именно благодаря использованию камер Вильсона и других сходных по устройству и действию установок сделано большинство открытий в области современной физики.
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   16

перейти в каталог файлов


связь с админом