Лекции по курсу общей физики. Квантовая физика. Сабирова Ф.М. - 37 стр.

                                 40                                                                       37
                   IV. ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА                            вод системы в состояние с инверсией населенностей) называется накач-
                                                                       кой. Накачку можно осуществить оптическими, электрическими и дру-
                    § 17. Строение атомного ядра.                      гими способами. Среды с инверсными состояниями называются ак-
                   Основные характеристики ядер.                       тивными. Их можно рассматривать в качестве сред с отрицательным
                                                                       коэффициентом поглощения, т.к. падающий пучок света при прохожде-
      Э.Резерфорд, исследуя прохождение α-частиц через тонкие          нии через эти среды будет усиливаться.
пленки золота, пришел к выводу о том, что атом состоит из положи-            Впервые на возможность получения сред, в которых свет может
тельно заряженного ядра и окружающих его электронов. Он также          усиливаться за счет вынужденного излучения, указал в 1939 г. россий-
показал, что атомные ядра имеют размеры примерно 10-14–10-15 м (ли-    ский физик В.А.Фабрикант. Он экспериментально обнаружил вынуж-
нейные размеры атома примерно 10-10 м).                                денное излучение паров ртути, возбужденных при электрическом раз-
      В 1914 г. Резерфорд провел опыты с водородом. Через трубку,      ряде. Открытие явления усиления электромагнитных волн и изоб-
наполненную водородом, пропускали сильные электрические разря-         ретенный способ их усиления (В.А.Фабрикант, М.М.Вудынский,
ды. В результате в трубке оказался заряженный положительно газ.        Ф.А.Бутаева; 1951) легли в основу квантовой электроники, положения
Причем величина заряда этих ионов оказалась равной заряду электро-     которой позволили впоследствии осуществить квантовые усилители и
на. Эти положительные ионы являются ядрами атома водорода и были       квантовые генераторы света.
названы протонами. На этом основании было высказано предположе-
ние о том, что все ядра содержат протоны, число которых соответст-               § 16. Оптические квантовые генераторы (лазеры).
вует числу электронов в атоме. На этом основании у следующего за
водородом элемента гелия в ядре должно быть два протона, но масса            Практически инверсное состояние среды осуществлено в оптиче-
гелия не в два раза больше массы водорода, а в четыре раза больше      ских квантовых генераторах, или лазерах (от первых букв английского
массы водорода.                                                        названия Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – усиле-
      Тогда была высказана гипотеза: кроме протонов ядро содержит      ние света с помощью вынужденного излучения). Лазеры генерируют в
частицы, которые не имеют электрического заряда, а масса этой час-     видимой, инфракрасной и ближней ультрафиолетовой областях (в опти-
тицы должна быть приблизительно равна массе протона. Такие части-      ческом диапазоне). Идея качественно нового принципа усиления и гене-
цы были открыты только через 10 лет, в 1932 г. французские физики      рации электромагнитных волн, примененная в мазерах (генераторы и
И.Кюри и Ф.Жолио-Кюри провели опыты: они обстреливали α - час-         усилители, работающие в сантиметровом диапазоне радиоволн) и
тицами бериллий, при этом образовалось неизвестное х – излучение,      лазерах, принадлежит российским ученым Н.Г.Басову и
если на пути этих лучей поставить новую мишень (они брали на пара-     А.М.Прохорову и американскому физику Ч. Таунсу, удостоенным
фин), тогда мы получаем быстрые протоны. В Англии Джеймс Чедвик        Нобелевской премии 1964 г.
повторил этот опыт и доказал, что излучение, испускаемое бериллием,          Важнейшими из существующих типов лазеров являются твердо-
состоит из частиц, масса которых примерно равна массе протона и        тельные, газовые, полупроводниковые и жидкостные (в основу такого
они лишены электрического заряда ( mn ≈ m p , q n = 0. ) Эти частицы   деления положен тип активной среды). Более точная классификация
                                                                       учитывает также и методы накачки — оптические, тепловые, химиче-
были названы нейтронами.                                               ские, электроионизационные и др. Кроме того, необходимо принимать
      После открытия нейтрона возникла протонно-нейтронная мо-         во внимание и режим генерации – непрерывный или импульсный.
дель строения ядра, по которой ядро любого элемента состоит из про-          Лазер обязательно имеет три основных компонента: 1) активную
тонов и нейтронов (протонно-нейтронная модель ядра была предло-        среду, в которой создаются состояния с инверсией населенностей; 2)
жена российским физиком Д.Д.Иваненко, а впоследствии развита           систему накачки (устройство для создания инверсий в активной среде);
В.Гейзенбергом).                                                       3) оптический резонатор (устройство, выделяющее в пространство из-
      Рассмотрим некоторые характеристики ядер.