Сутність досліду з ототожнення α-частинок з двічі іонізованими атомами гелію

Серед численних наукових відкриттів та експериментів, вперше проведених Резерфордом, доцільно зупинитись на досліді, який вражає своєю геніальністю, однак з певних причин не набув достатнього поширення в науково – методичній літературі.  Даний дослід, який свідчить про надзвичайно високе експериментальне мистецтво і винахідливість реалізації кінцевої мети, відіграв настільки важливу роль у розвитку атомної фізики, що з впевненістю можна говорити про його фундаментальну роль.

Мова йде про дослід з ототожнення α-частинок з двічі іонізованими атомами гелію. На початку 1903 року Резерфорд дослідним шляхом намагається визначити хімічний склад α-часток. Ідея полягає в тому, щоб порівняти масу α-частки з масами атомів відомих елементів. Експеримент дозволив йому першому ідентифікувати α-частки з атомами гелію.

Прилад, збудований Резерфор-дом (рис. 1.2), складався з електро-скопа (1) із пелюстками, зробленими з тонкої плоскої золотої фольги (2), які розміщувалися над двадцятьма металевими пластинами (3), довжиною 3 см. кожна. Пластини встановлювалися вертикально у ебонітову скриньку (4). Проміжки між пластинами становили , завдяки чому невідомі на той час частинки, які випускалися радіоактивним випромінювачем (радієвої сіллю) (5), розташованим під пластинками на дні скриньки, проходили в камеру електроскопа паралельним пучком. Через робочу частину приладу (із вхідної трубки 6), пропускався водень, який захоплюючи із собою накопичений в приладі радон виводився назовні через вихідну трубку (7). Завдяки постійному видаленню радону пробіг частинок зростав.

Першочергово радіоактивністю вважали лише випромінювання променів. Насправді крім променів (їх назвали гамма-променями) випромінювалися два сорти матеріальних частинок – альфа-частинки (заряджені позитивно) і бета-частинки, які несли від’ємний заряд. Назви "альфа" і "бета" для цих сортів частинок ввів у науковий лексикон Ернест Резерфорд у 1899 р. Сутність перших виявили далеко не відразу, тоді як бета-частинки виявилися звичайними електронами.

Альфа – частинка (α - частинка), позитивно заряджена частинка, утворена 2 протонами і 2 нейтронами. Вона ідентична ядру атома гелію-4 . Утворюється при альфа–розпаді ядер. При цьому ядро може перейти в збуджений стан, надлишок енергії видаляється при виділенні гамма-випромінювання. Альфа-частинки є одним з продуктів спонтанного розпаду радіоактивних ізотопів, таких як радій чи торій. Процес емісії, альфа-розпад, трансформує один хімічний елемент на інший, знижуючи атомне (чи протонне) число на два та атомну масу (чи ядерне число) на чотири. Альфа-частинки, утворені при розпаді ядра, мають початкову кінетичну енергію в діапазоні 1,8 – 15 МеВ. При русі альфа-частинки в речовині вона створює сильну іонізацію і в результаті дуже швидко втрачає енергію.