Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
то время. К. Фаянс, А. С. Рассел и Фредерик Содди уже сформулировали
законы радиоактивного распада. В частности, в феврале 1913 г. Содди
представил в Королевское общество доклад, содержавший следующее
утверждение: "Эти результаты доказывают, что почти каждое из вакантных
мест в периодической системе между таллием и ураном заполнено
неотделимыми друг от друга элементами *, атомный вес которых варьируется
в пределах нескольких единиц. Это неизбежно приводит к гипотезе, что то
же может быть справедливо и для других частей таблицы Менделеева. Как уже
отмечалось, теперь нет необходимости искать причину неудач при попытках
по-л- чить численные соотношения между атомными весами. Мнение о том, что
атомная масса действительно является константой, определяющей все
химические и сризические свойства элементов, несомненно, опровергается
тем фактом, что после испускания а-частицы (атомная масса 4) оставшиеся
продукты возвращаются позднее к исходному химическому типу". Именно Содди
позднее в том же году предложил называть такие элементы изотопами. Более
того, Содди и другие ученые впервые осознали, что законы радиоактивного
превращения элементов приводят к тому, что свинец, образующийся при
распаде, имеет различные значения атомных весов в зависимости от
характера радиационного процесса. Позднее ему совместно с X. Хименом, а
также с Т. У. Ричардсом и М Е. Лембертом из Гарвардского университета
удалось подтвердить это предположение.
Если Томсон и знал об этих работах, он нигде не отметил этого публично2.
Он предпочел другой подход к решению проблемы. Если две полосы
действительно соответствуют двум различным "видам" неона, то эти
1 Использование Содди термина "неотделимые" применительно к элементам
вызвало между ним и профессором Артуром Шустером из Манчестера шутливую
переписку на страницах журнала Nature. Содди следовало хотя бы допустить
возможность их разделения с помощью физических (а не химических)
процессов за счет различия в массах.
2 Томсон относительно мало интересовался радиоактивностью. Он
придерживался того мнения, что свойства радиоактивных атомов весьма
специфичны и их изучение мало что дает для обычных атомов.
40
"виды" должны были бы поддаваться разделению с помощью каких-либо
физических процессов, зависящих от массы (см. примечание 1, стр. 40).
Именно этим путем и пошел Астон. Прежде всего он предпринял
фракционированную перегонку, которая не дала определенных результатов.
Далее он прибегнул к методу диффузии, причем первые попытки привели к
положительным, но недостаточно надежным результатам *. Дальнейшие усилия
в этом направлении оказались, однако, бесплодными.
Проблема оставалась в таком состоянии вплоть до 1919 г.2, когда Астон
разработал электромагнитный сепаратор, давший возможность проводить масс-
спектрометрические исследования. Одним из первых с помощью нового прибора
был изучен неон, и на этот раз сомнению не оставалось места: существуют
две (на самом деле три3) разновидности, или изотопа, неона. Астон
продолжал эти работы с целью продемонстрировать, что у большинства
элементов имеется более одного изотопа, и наиболее точно определить их
массы. Однако первоначальным толчком к этой работе послужила
дополнительная парабола, обнаруженная при изучении разряда в
газоразрядной трубке Томсона.
1 Об этих результатах он докладывал на сессии Британской физической
ассоциации в сентябре 1913 г, н они вызвали большой интерес. Это были
результаты той же степени важности, что и открытый незадолго перед этим
Содди закон радиоактивного превращения. Примечательно, что Содди, по
видимому, обратил столь же мало внимания на работы Томсона, как и Томсон
на работы Содди.
2 Основной причиной такого перерыва явилась первая мировая война.
3 Третий изотоп неона с атомной массой 21 слишком редко встречается,
чтобы его можно было обнаружить в опытах Томсона,
Глава 3
СМЫСЛ АТОМНОГО НОМЕРА
В конце 1913 г. уже не оставалось никаких серьезных возражений против
атомной гипотезы, и внимание физиков сосредоточилось на изучении
структуры самого атома. Заметный успех, достигнутый в этом направлении,
подтверждал правильность модели атома Резерфорда Однако для разработки
более детальной модели (что, в частности, сделал Бор) необходимо было
выяснить значение основного параметра - заряда ядра; именно здесь
существовала значительная неопределенность. Эксперименты по рассеянию
рентгеновских лучей, проведенные в 1907 г. Ч. Баркла, показали, что заряд
ядра примерно равен половине атомного веса, умноженного на заряд
электрона. Работа Гейгера и Марсдена по рассеянию сс-частиц дала
результаты, согласующиеся с этим предположением. (Позднее Бор с успехом
воспользовался этим обстоятельством.) Однако оценки оставались
приближенными - их точность не превосходила 5%. Неопределенность удалось
снять в результате систематического изучения рентгеновских лучей,
предпринятого Генри Г. Дж. Мозли. В двух статьях, опубликованных в
