Фаррух Шарофутдинов - Использование ускорителей и явлений столкновения элементарных частиц с энергией высокого порядка для генерации электрической энергии. Проект «Электрон». Монография

Если говорить о дальнейшем увеличении и прохождении ещё дальше в глубины материи, то что там будет и как это выглядит, сегодня неизвестно. Но факт в том, что это сделать даже сегодня довольно трудно.

И сегодня квантовый мир предстаёт именно в этом виде. Производятся удивительные операции с этими и многими другими частицами, образуются многие другие частицы. Само же изучение квантового мира является очень даже важным, поскольку уже сегодня изучение в этой области привело к целому ряду открытий, ярким примером которого является создание технологий АЭС, создание ускорителей элементарных частиц, исследования в области проведения термоядерных реакций, широко известных под названием «создание искусственного Солнца» и многие другие исследования получили истоки именно в этой области. А также именно в этой области было зарождено исследование «Электрон», к которому и ведётся это повествование.

Открытие Конрадом Рентгеном особых лучшей испускаемых катодной трубкой, которые в дальнейшем получили имя самого Рентгена, вызвало большой фурор. Многие учёные начали активные исследования, но не успел мир оправится от этого удивления, как внезапно были открыты удивительные материалы, которые испускали эти удивительные лучи. Анри Беккерель, являющийся одним из знаменитых учёных, исследовавших флюоресценцию, решил доказать факт связи этого явления с радиоактивным источником – урановой солью. Именно тогда Беккерель в 1896 году оставил на фотопластинке материал без освещения по случайности и заметил, что на фотопластинке имелись потемнения, доказывающие, что соль сама по себе испускает удивительные лучи. Многие учёные исследовали это явление, пока не было доказано, что эти излучения – результат радиоактивного распада атомных ядер.

Рис. 2.7 Фотография, сделанная Беккерелем

Именно по этой причине 1896 год считается годом начала исследования в области атомного ядра. Также было известно, что если направить сфокусированное излучение из радиоактивного источника (урановую соль) поместив её в свинцовую камеру с единственной щелью, а затем на пути этого изучения расположить магниты, то это излучение будет разделено на 3 типа. При этом поток излучения, которое было направлено направо имеет отрицательный заряд, поток, который был повёрнут налево же имеет положительный заряд, что легко доказывается из закона Лоренца. А третье излучение, которое не было отклонено не имеет заряда.

Таким образом положительное излучение получило название альфа-частиц, а после измерения масс этих частиц исходя из формулы силы Лоренца при изменении индукции магнитного поля (принцип действия масс-спектрометра) можно было убедится, что это ядра атома гелия. Отрицательные частицы, которые были названы бета-частицами, при таком же анализе оказались просто быстрыми электронами, а лучи, которые не были отклонены, получили название гамма-излучения.

После того, как первоначально был проведён анализ структуры радиоактивного излучения, можно убедится, что само излучение состоит из 2 типов частиц и 1 типа волн, а именно гамма-излучения, благодаря чему уже можно привести общее определение радиоактивности:

Радиоактивность – самопроизвольное испускание атомными ядрами различных частиц и излучений.

Говоря уже более подробно о датах определения и исследования радиоактивности необходимо указать, что к 1900 году все типы радиоактивности уже были исследованы, хотя само атомное ядро было открыто Эрнестом Резерфордом лишь в 1911 году. Первое излучение – альфа-излучение, которое как уже было определено состоит из ядер гелия было открыто в 1898 году тем же Эрнестом Резерфордом и стало известным как альфа-распад. Также бета-распад или вылет электронов был открыт тем же Резерфордом в том же 1898 году. Но вот гамма-излучение было определено и исследовано лишь в 1900 году Полем Ульришем Виллардом.

Эти исследования и доказали, что потемнения пластин, наблюдаемые Беккерелем вызывалось именно радиоактивным излучением. Следовательно, теперь можно прийти к понятию радиоактивного распада:

Радиоактивный распад – спонтанный процесс, характерный для явлений микромира на квантовом уровне. При этом результат радиоактивного распада невозможно предсказать точно, лишь определить вероятность. Такая природа явлений не является несовершенством приборов, а является представлением уже самих процессов квантового мира.

Из этого утверждения можно сделать вывод, что должен быть некий общепринятый закон объясняющий это явление. Вывод закона радиоактивного распада представляется следующий образом:

Пусть в некий момент времени t имеется N (t) одинаковых радиоактивных ядер или нестабильных частиц и вероятность распада отдельного ядра (частицы) в единицу времени равняется λ.

В таком случае, за промежуток времени dt число радиоактивных ядер (частиц) уменьшится на dN, откуда вытекает следующее выражение (2.7).

Если же вывести из этого соотношения изменение по времени, то получается (2.8).

В (2.8) понятие τ, определяется в (2.9) и является средним временем жизни ядра (до распада), что довольно удобно к использованию, а N (0) в этом случае – это число ядер в начальный момент времени.

Также можно представить ещё один более упрощённый вид (2.8) в (2.10).

Где время с половинным индексом является периодом полураспада и вычисляется по (2.11) и равняется отдельному значению для каждого радиоактивного ядра.

Если же необходимо определить среднее число распадов (для распада с малой скоростью) вычисляется по (2.12).

При преобразовании данной закономерности образуется кривая радиоактивного распада (Рис. 2.8).

Рис. 2.8. Кривая радиоактивного распада