42
А как же найти поле и силу притяжения в случае незаряженного шарика? Тогда кроме изображения — надо поместить в центр сферы еще один воображаемый заряд + . Поле этих трех зарядов вне сферы будет совпадать с полем заряда + и незаряженного шарика. Почему? Заметим, что поверхность сферы оставется эквивалентной поверхности и после добавления третьего заряда. Зато число силовых линей, входящих внутри сферы, теперь точно числу силовых линей, из нее выходящих — ведь полный заряд внутри сферы равен нулю. Но такому же условия удовлетворяет поле и в случае незаряженного проводника! Значит, мы нашли правильное поле. Сила притяжения заряда + к шару в этом случае будет заметно меньше — ведь он не только притяжается к изображению — , но и отталкивается (с меньшей силой) от другого изображения + :
А. И. Черпоучан
Ядерные спектры
Как вы знаете, атомные ядра состоит из нукlonов — протонов и нейтронов, между которых действуют ядерные силы притяжения и кулоновские силы отталкивания. Что может произойти с ядром при его стольновении с другим ядром, частей или гамма-квантом? Опыты Э. Резерфорда, выполненные в 1919 году, показали, например, что под воздействием альфа-частицы из ядра может быть выбит протон. В экспериментах, проведенных Д. Чедвиком в 1932 году, было установлено, что альфа-частицы могут выбивать из atomных ядер и нейтроны («Физика 10», § 106). Но всегда ли так заканчивается процесс стольновения? Не может ли atomное ядро поглотить энергию, полученную при стольновении, и перераспределить ее между входящими в его состав нуклонами, изменив тем самым свою внутреннюю энергию? Что будет проискотить с таким ядром дальше?
Ответы на эти вопросы для примыты опыты по изучению взаимодействия протонов с atomными ядрами. Их результаты очень похожи на результаты опытов Франка и Герца по изучению стольновейной электронов с atomами («Физика 10», § 96). Оказываться, при постепенном увеличении энергии протонов сначала употребляется с atomными ядрами, кинетическая энергия не превращается в другие виды энергии, а лишь перераспределяется между протоном и atomным ядром как одной частицей. Однако, начиная с некоторого значения энергии протона, могут проискотить и неупругие стольновения, при которых протон поглощается ядром и полностью передает ему свою энергию. Ядро каждого изотопа характеризуется строго определенным набором «порций» энергии, которые оно может принять.
Эти опыты доказывают, что ядра обладают дискретными спектрами возможных энергетических состояний. Таким образом, квантование энергии и ряда других параметров является свойством не только atomов, но и atomных ядер. Состояние atomного ядра с минимальным запасом энергии называется основным, или нормальным, состоянием с избitable точкой энергии (по сравнению с основным состоянием) называются возбужденными.
Атомы обчную находится в возникновении состояний примерно
43
10⁻⁸ секунды, а возбужdenные атомные ядра избавляются от избытка энергии за горадо более короткое время — порядка 10⁻¹⁵-10⁻¹⁶ секунды. Как и атомы, возбужdenные ядра освобождаются от избытка энергии, испуская кванты электромагнитного излучения. Эти кванты называются гамма-квантами (или гамма-лучами). Дискретному набору энергетических состояний atomного ядра соответствует дискретный спектр частот излучаемых ими гамма-квантов. Гамма-лучи представляют собой поперечные электромагнитные волны, такие же, как радиоволлы, видимый свет илиRENTеновские лучи. Они являются самым коротковольным видом электромагнитного излучения из всех извесных, и соответствующие им длины волн лежат в диапазоне примерного от 10⁻¹¹ м до 10⁻¹³ м.
Энергетические состояния atomных ядер и переходы ядер из одного состояния в другое с поглощением или извесением энергии приято описывать с помощью энергетических диаграмм, аналогичных энергетических диаграммам atomов («Физика 10», § 94). На рисунке представлена энергетическая диаграмма ядра изотопа железа — 58/26 Fe, полученная на основе опытов по бомбардировке протонами. Заметим, что при качественном сходстве энергетических диаграмм atomов и ядер между ними есть существенные колчественные различия. Если для перевода атома из основного состояния в возбужdenное требуется энергия в несколько электроновольт, то для возбужdenя atomного ядра необходимо энергия порядка сотен тысяч или миллионов электроновольт. Это различие обусловлено тем, что ядерные силы, действующие между нуклонами в ядре, в значительной степени превозходят силы кулоновского взаимодействия электронов с ядром.
Способность atomных ядер самопроизвольно переходить из состояния с большим запасом энергии в состояние с меньшей энергейой объясняет происходение не только гамма-излучения, но и радиоактивного распада ядер.
Многие закономерности в ядерных спектрах можно обьясить, если воспользоваться так называемой оболоченной моделью atomного