Radioaktivität als Beweis für die komplexe Struktur von Atomen (Zaritsky AN)

Die Kernphysik ist heute eines der sich dynamisch entwickelnden Gebiete der Physik. Darüber hinaus erfuhr fast jeder Einwohner unseres Planeten von der schrecklichen Tragödie im Kernkraftwerk Tschernobyl im Jahr 1986. Dieses Ereignis hat der ganzen Welt gezeigt, wie gefährlich das sogenannte „friedliche Atom“ sein kann. Daher werden wir in diesem Abschnitt über einen sehr interessanten, aber oft gefährlichen Abschnitt der Physik sprechen.

Vor etwa 2500 Jahren stellte der antike griechische Philosoph Demokrit die Annahme auf, dass alle Substanzen aus sogenannten Atomen bestehen, was übersetzt "unteilbar" bedeutet.

Doch bereits ab der Mitte des 19. Jahrhunderts tauchten nach einer Vielzahl von Experimenten Daten auf, die diese Annahme aufnahmen und auf das Vorhandensein einer komplexen Atomstruktur hindeuteten.

Auslöser für die aktive Erforschung der Atomstruktur war die Entdeckung der Röntgenstrahlung, nach der sich viele Wissenschaftler für dieses Thema interessierten. Nach einer Vielzahl von Experimenten gelangten einige Wissenschaftler zu dem Schluss, dass Röntgenstrahlen während der kurzzeitigen Lumineszenz bestimmter Substanzen nach Bestrahlung mit Sonnenlicht auftreten können. Zu solchen Substanzen gehören beispielsweise bestimmte Salze des Urans. Einer von ihnen wurde vom französischen Physiker Becquerel verwendet, um das beschriebene Phänomen zu verifizieren.

1896 nahm er Uransalzkörner, legte sie auf eine in schwarzes Papier gewickelte Fotoplatte und führte sie mehrere Stunden lang der Sonne aus (Fotoplatte ist ein lichtempfindliches Fotomaterial, das ein festes Substrat (üblicherweise Glas) ist, das mit einer lichtempfindlichen Emulsion beschichtet ist, Abb. 1 ).

Abb. 1. Fotoplatte

Nach dem Entwickeln traten dunkle Flecken auf, die das Vorhandensein von Strahlung durch Uransalz belegten, das durch schwarzes Papier dringt. Dann beschloss der Wissenschaftler, die Bedingungen des Experiments leicht zu ändern, aber das Wetter verhinderte es, und er legte den fotografischen Teller und das Uransalz auf den Tisch und legte dazwischen ein Kupferkreuz. Als sich das Wetter nach einigen Tagen nicht besserte, entschloss sich Becquerel, einen Teller zu entwickeln und stellte fest, dass der Umriss des Kreuzes darauf erschien. Dies beweist, dass das Sonnenlicht keinen Einfluss auf die Wirkung hat und dass das Uransalz selbst ohne den Einfluss externer Faktoren unsichtbare Strahlung abgibt.

Später wird diese Strahlung als radioaktiv (aus dem Lateinischen: radioaktiv und aktiv), die Fähigkeit einiger Substanzen zur radioaktiven Strahlung - Radioaktivität und Chemikalien bezeichnet, deren Kerne für solche Strahlung - radioaktive Elemente anfällig sind.

Später, im Jahr 1898, entdeckten französische Wissenschaftler, die Nobelpreisträger Pierre Curie und Maria Skladovskaya-Curie, zwei neue radioaktive Elemente, Radium und Polonium, deren Strahlung viel stärker war.

Nach der Entdeckung radioaktiver Elemente begann die Untersuchung der physikalischen Natur ihrer Strahlung. Unter der Leitung des englischen Physikers Ernest Rutherford wurde 1899 entdeckt, dass radioaktive Strahlung heterogen ist, das heißt, dass verschiedene Partikel emittiert werden.

Im Bild sehen Sie das Diagramm dieses Experiments.

Abb. 2. Erfahrung

Eine radioaktive Substanz wurde in einen Bleibehälter mit einer kleinen Öffnung gegeben. Blei darf die Strahlung bis auf das Loch in alle Richtungen abschirmen. Der Strahlungsstrahl, der aus dem Loch austrat, fiel zuerst in das starke Magnetfeld des Permanentmagneten und dann auf eine dem Loch gegenüberliegende Fotoplatte. Auf der fotografischen Platte wurden nach der Manifestation drei dunkle Flecken festgestellt, die die Aufteilung der radioaktiven Strahlung in drei Komponenten belegen.

Abb. 3. Illustration der Erfahrung

Zunächst zeigten zwei Punkte, die von der geradlinigen Ausbreitung des Strahls in verschiedene Richtungen abgelenkt wurden, das Vorhandensein entgegengesetzter Ladungen auf den Partikeln in diesen Strahlen an. Der dritte Punkt befand sich gegenüber dem Loch, woraus geschlossen wurde, dass die Strahlung dieses Strahls keine Ladung hatte.

Geladene Teilchen in Bündeln, die Rutherford erforschen konnte. Positiv geladen waren die Kerne der Heliumatome, er nannte sie α-Teilchen, negativ geladen waren sich schnell bewegende Elektronen, die er β-Teilchen nannte.

1900 entdeckte der französische Physiker Paul Willard, dass die Komponente der Strahlung, die keine Ladung hatte, γ-Strahlung genannt wurde. Die Untersuchung dieser Strahlen zeigte, dass es sich um elektromagnetische Wellen mit extrem hoher Frequenz und Energie handelt.

Lassen Sie uns noch einmal alle Partikel auflisten, die während des Prozesses der radioaktiven Strahlung freigesetzt werden:

- α-Teilchen - Heliumkernfluß ;

- β-Teilchen - ein Strom schneller Elektronen mit einer Geschwindigkeit vergleichbar mit der Lichtgeschwindigkeit;

- γ-Strahlung - hochfrequente elektromagnetische Strahlung.

Infolgedessen war das Phänomen der Radioaktivität die Grundlage für die Annahme, dass Atome eine komplexe Zusammensetzung haben.

In der heutigen Lektion lernten wir die Geschichte der Entdeckung der Radioaktivität sowie die Experimente von Rutherford kennen, bei denen drei Arten radioaktiver Strahlung entdeckt wurden.

In der nächsten Lektion werden wir uns Modelle von Atomen und andere Experimente von Rutherford ansehen.

Referenzliste

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5. Rutherford E. Ausgewählte wissenschaftliche Arbeiten. Die Struktur des Atoms und die künstliche Transformation der Elemente. - M .: Wissenschaft.
6. Filatov E.N. Physik 9. Teil 1. Kinematik. - Die Avangard Higher School of Foreign Affairs.

Zusätzliche empfohlene Links zu Internetquellen

1. Youtube.com ( Quelle von ).

Hausaufgaben

1. Wer hat zuerst die radioaktive Strahlung von Uran beobachtet?
2. Wie hießen die neuen chemischen Elemente, die zur spontanen Strahlung fähig waren und von den Curie-Ehepartnern entdeckt wurden?
3. Was ist Radioaktivität?
4. Wer hat den Begriff "Radioaktivität" zuerst eingeführt?