Опыт Резерфорда. Изотов В.В - 7 стр.

                                                                              7




      I.3 Теория Опыта Резерфорда.
       Выше мы дали общие определения величин, определяемых в опытах по
рассеянию.
       Теперь мы вернемся к основной нашей проблеме, к рассеянию α-частиц
и еще раз опишем исторический опыт Резерфорда.
       Итак, пучок α-частиц, вылетающих из радиоактивного источника со
скоростью ∼ 109см/с направлялся на мишень, представляющую собой тонкую
золотую фольгу толщиной в 1 мкм, что составляет примерно 104 атомных слоев.
Флуоресцирующий экран, поставленный за мишенью, вспышками отсчитывал
число α-частиц, прошедших через мишень и рассеившихся на угол θ. Как уже
раньше отмечалось, подавляющее число α-частиц отклонялось на малые углы, в
среднем 2о-3о.
       Однако, примерно одна α-частица на 104 падающих на мишень,
отклонялась на большой угол, в том числе были и такие, которые рассеивались
назад, почти на 180о. Было также замечено, что рассеяние на малые углы
происходит в соответствии с законом нормального распределения случайных
величин.
       Теперь, следуя рассуждениям Резерфорда, объясним полученные
закономерности и, в частности, ответим на вопрос о том, какая модель
соответствует действительности, Томсона или Резерфорда.
       Ясно, что если бы мишень состояла из твердых шариков, то ни одна из α-
частиц не могла бы пройти через 104 слоев такого вещества.
       Рассмотрим два случая: а) мишень построена из атомов Томсона, б)
мишень построена из атомов Резерфорда.
       Модель Томсона. Атом Томсона - это положительно заряженная
"капелька" в которую вкраплены электроны, поэтому эта система уже на
небольшом расстоянии от нее нейтральна, как и положено атому, α-частицы
могут проникнуть в такую каплю. Они могут рассеяться как на положительном
заряде капли, с максимумом электрической напряженности на ее поверхности,
так и на электронах внутри этой "капли". Каждая "капля" имеет радиус
R∼10-8см.
       Расчеты показывают, что средний угол рассеяния α-частицы с энергией 5
МэВ на атоме Томсона составит очень малую величину ∼ (0,02 - 0,03)о.
       Если в мишень из 104 слоев атомов Томсона пустить α-частицу, то в
результате многократных столкновений (в каждом слое она будет испытывать
столкновения, равновероятно отклоняющие ее вправо и влево, вверх и вниз), по
вылете из мишени α-частица "наберет" средний угол >> угла рассеяния в одном
столкновении. Большая часть пучка α-частиц будет вылетать под углами (2-3)о.
Резерфорд вычислил вероятность рассеяния α-частицы в такой среде на угол
180о (т.е. учел столь невероятный случай, когда почти при каждом
столкновении α-частица отклоняется все время в одну сторону). Вероятность
такого случая составляет величину ∼ 10-3000 . Т.о. ожидать хотя бы и редких, но
больших углов в мишени Томсона бессмысленно.
       Модель Резерфорда. Атом Резерфорда представляет собой малый
тяжелый керн (ядро), окруженный облаком электронов. Следует подчеркнуть,
что на момент постановки эксперимента постулаты Бора еще не были
сформулированы, поэтому такая модель вызывала определенные сомнения.