33

 КФ6

Опыт резерфорда по рассеянию -частиц

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: знакомство с методикой экспериментального обоснования ядерной модели атома. Экспериментальное подтверждение модели атомного ядра как точечного заряда. Проверка модельных соотношений для сечения рассеяния, полученных Резерфордом.

Мы предлагаем Вам провести на компьютере эксперименты по рассеянию частиц с целью изучения строения атома. Впервые такой опыт был выполнен Э. Резерфордом в 1906 г. и заключается в измерении зависимости от угла рассеяния числа -частиц, прошедших через металлическую фольгу и рассеянных на разные углы. Экспериментальную кривую рассеяния можно будет сравнить с предсказаниями по моделям Томсона (равномерное распределение положительного заряда в атоме) и Резерфорда (весь положительный заряд сконцентрирован в точечном ядре).

Введение

Зондирование вещества заряженными частицами является одним из методов исследования структуры объектов и свойств микромира.

Суть этого метода состоит в изучении закономерностей рассеяния (упругого и неупругого) частиц (или электромагнитных волн) мишенью. Полученные закономерности представляют собой макроскопические следствия процессов взаимодействия излучения с веществом на микроуровне. Правильная их интерпретация дает возможность воссоздавать картину микромира - определить структуру частиц и вещества, внутренние поля, свойства симметрии микромира и др.

Объекты исследования методом зондирования весьма разнообразны - это поверхности и поры твердых тел, наночастицы, кластеры и отдельные молекулы, атомы, атомные ядра, элементарные частицы.

Энергии связи частиц, входящих в состав этих объектов существенно различны, от долей эВ до тысяч МэВ. Поскольку предметом исследования является выявление законов взаимодействия и структура частиц, то ясно, что энергия зондирующего пучка (излучения) должна охватывать диапазон возможных энергий связи частиц в исследуемых объектах. Это требование приводит к классификации физики столкновений по энергии падающих частиц, так, например, исследования атомных ядер лежат в области средних и высоких энергий зондирующего излучения от 10⁶ эВ (МэВ) до 10⁹ эВ (ГэВ) и выше, а исследования электронной структуры атомов - в области низких энергий от долей эВ до сотен кэВ. Экспериментальная техника существенно зависит от энергии пучка. Так, если установка для исследования электронной структуры атомов умещается на лабораторном столе, то для исследования ядер и элементарных частиц строятся огромные ускорители заряженных частиц. Эти принципы определяют обязательное присутствие в установке как минимум трех элементов:

- источника зондирующих частиц или излучения (это может быть радиоактивный источник, электронная пушка, ускоритель;

- образца-мишени (металлической, газовой и т.д.);

- детектора рассеянных (выбитых) частиц или первичного излучения.

Исследования обычно сводятся к изучению угловых и энергетических закономерностей излучения, зарядовому и массовому составу выбитых частиц. Именно по этим результатам исследователь восстанавливает свойства вещества и поля.