Азот превращается в кислород

У ядер тяжелых элементов большой заряд. В опытах Резерфорда, которые привели к созданию ядерной модели, поток а-частиц встречал на своем пути ядра золота - элемента из конца периодической системы. И электростатические силы отталкивания между положительным зарядом а-частиц и ядрами атомов золота были очень велики. А если взять легкие элементы? Скажем, азот. У его ядра небольшой заряд. Силы, отталкивающие а-частицу от такого ядра, были бы значительно меньше. Быть может, а-частице удалось бы проникнуть в ядро? ...В самом конце первой мировой войны Резерфорд однажды не явился на заседание Британского комитета борьбы с подводными лодками. Когда его упрекнули в невнимании к своим обязанностям, он в весьма резкой форме ответил: «Я был занят экспериментами, из которых следует, что атом можно искусственно разделить. А такая перспектива значительно важнее, чем война!»

Великий ученый нисколько не преувеличивал. В июне 1919 г. он опубликовал результаты своих исследований. С тех пор начался в атомной науке новый этап — эпоха искусственного превращения элементов. В природных радиоактивных процессах элементы превращались друг в друга естественным образом. Человек оставался лишь свидетелем этого удивительного явления. Резерфорд дал человеку возможность управлять превращением элементов.

Резерфорд обстреливал азот а-частицами и в результате получил какие-то более легкие частицы (рис. 9). Он доказал, что эти частицы — ядра атомов водорода, протоны. Значит, протоны действительно входят в состав атомных ядер. Если протон покидает атомное ядро, то заряд ядра изменяется и рождается ядро нового элемента.

Рис. 9. Схема прибора, в котором Резерфорд наблюдал превращение атомных ядер: 1 - диск, на который был нанесен препарат, испускающий а-частицы; прибор заполнен азотом; 2 -отверстие в стенке прибора; 3 - экран, покрытый сернистым цинком; 4 -приспособление для наблюдения вспышек на экране. Диск находился на таком расстоянии от экрана, что а-частицы не могли его достигнуть. Но Резерфорд обнаружил на экране вспышки и сделал вывод, что их вызывают какие-то другие частицы. Ими оказались протоны, выбиваемые а-частицами из ядер азота.

Массовое число у изотопа азота — 14, заряд ядра. — 7. В ядро азота влетает а-частица с массой 4 и зарядом 2. Образуется сложная система: ее масса — 18, а заряд — 9. Вылетающий протон уносит одну единицу массы и одну единицу заряда. В итоге получается ядро с массой 17 и зарядом 8. Заряд ядра, равный 8, может быть только у кислорода. Следовательно, в опытах Резерфорда азот превратился в кислород (рис. 10). Это превращение можно записать символами ядерной физики:

Рис. 10.

или в сокращенном виде :

где р — обозначение протона. Резерфорду удалось расщепить и другие ядра — атомов бора, натрия, фтора, алюминия, фосфора и других элементов. Вот как, например, протекало превращение алюминия:

Ha примере этой ядерной реакции ученые впервые подсчитали, какая энергия выделяется при искусственном превращении элементов. И оказалось, что при превращении алюминия в кремний выделяется в 700000 раз больше энергии, чем при химическом сгорании такой же массы углерода.

Но а-частица могла сокрушить лишь ядра легких элементов. Для того чтобы проникнуть в ядра элементов тяжелее калия, ей не хватало быстроты. Вот если бы а-частицу удалось каким-нибудь образом ускорить или найти другой "снаряд", для которого положительный заряд ядра не был бы помехой!

Эрнест Резерфорд (1871—1937)

Английский физик, член Лондонского королевского общества, член академий и научных обществ ряда стран, почетный член АН СССР, лауреат Нобелевской премии (1908). Своими фундаментальными открытиями Резерфорд заложил основы современного учения о радиоактивности и строении атома. В 1899 г. он обнаружил, что радиоактивное излучение состоит из двух частей, которые он назвал альфа- и бета-лучами. Совместно с Ф. Содди в 1903 г. создал теорию радиоактивного распада, которую подтвердил рядом блестящих опытов. В 1911 г. Резерфорд предложил планетарную модель атома на основе опытов по рассеянию альфа-лучей атомами различных элементов. В 1919 г. впервые расщепил ядро атома. С этого времени работы Резерфорда были посвящены вопросам искусственного превращения атомных ядер под действием быстро-движущихся частиц.

перейти к началу страницы