Чем меньше положительный заряд частицы, тем у нее больше шансов «внедриться» в отталкивающее ее положительное ядро. Для ядерной «бомбардировки» начали использовать протоны и дейтоны (ядра дейтерия), имеющие единичный положительный заряд. И приступили к исследованию влияния пучка быстрых электронов.
Разгонялись заряженные частицы в электрическом поле.
Весной 1932 г. была получена первая ядерная реакция на искусственно ускоренных частицах. Джон Кокрофт (1897–1967) и Эрнест Уолтон (1903–1995) в Кембридже (Великобритания) создали генератор постоянного напряжения в 700 киловольт. Пучок ускоренных в генераторе протонов направили на мишень из лития-7. Ядро лития захватывало протон и затем разваливалось на две α-частицы.
Осенью этого же года эксперимент повторили сотрудники Украинского физико-технического института (г. Харьков), который часто навещал и работал там с друзьями Игорь Курчатов.
ВОПРОС № 8
Проверь сохранение числа протонов и нейтронов в этой ядерной реакции. Ядро изотопа лития-7 содержит 3 протона и 4 нейтрона.
В Украинском физико-техническом институте была смонтирована уникальная «электронная пушка», в которой электроны разгонялись полем до 6 миллионов вольт и затем ударялись в исследуемое вещество. Это была одна из совершеннейших установок того времени, в создании которой участвовал И. В. Курчатов.
Ускорители заряженных частиц (электронов, протонов) делятся на линейные и циклические (циклотроны).
В
В конце 2020-х гг. планируется создать Международный линейный коллайдер (ускоритель со встречными пучками сталкивающихся частиц) на территории Японии. Это фантастическое сооружение будет иметь общую длину 31 км и состоять из двух частей. В одной станут ускоряться электроны, в другой – будет встречный пучок таких же легких, но положительно заряженных частиц – позитронов. Ускоряющее поле первоначально будет измеряться в гигавольтах (109 вольт – посмотри такие обозначения на стр. 16), потом возрастет до теравольт (1012 вольт). Постройка коллайдера требует международной кооперации.
ВОПРОС № 9
Сравни эти поля с числом вольт на твоей батарейке.
Создать гигантскую электрическую разность потенциалов очень непросто, к тому же линейный ускоритель имеет достаточно большую длину. Этих недостатков лишены
Представьте себе два варианта раскачивания качелей. В первом вы с большим усилием заставляете качели сразу взлететь на максимальную высоту. Во втором варианте вы «в такт», небольшими толчками качелей, добиваетесь такого же результата. По второму принципу разгоняются заряженные частицы в циклотроне.
В циклотроне частица с некоторой начальной скоростью начинает вращаться по окружности вокруг оси 1 (рис. 11), по которой направлено магнитное поле. В соответствии с законами физики, чем больше ее скорость, тем больше радиус окружности. Но главное – время обращения по окружности (период вращения) не зависит от скорости и радиуса. Значит, можно где-то в одном и том же месте добавлять частице еще немного скорости за счет сравнительно небольшого электрического поля («подталкивать качели в такт», не сходя с места). Частица каждый раз будет переходить на движение по окружности с бо́льшим радиусом. В целом она станет двигаться по раскручивающейся спирали (рис. 11), причем в ограниченном пространстве. Размеры ускорителя таким образом сокращаются. По циклотрону может идти целый поток одинаковых частиц.
Циклотрон состоит из двух полых половинок диска 3 («дуанты») (рис. 11), внутри которых и вращаются частицы. Переменное электрическое поле 4 подается на края зазора между дуантами. Частота поля точно совпадает с частотой вращения частиц. Поэтому, когда частицы пролетают сквозь зазор в одну сторону, например А, электрическое поле их ускоряет. Когда они, пройдя половину окружности, пересекают зазор в обратную сторону В, переменное электрическое поле как раз успевает сменить знак и снова их ускоряет, а не тормозит. Частицы вращаются по спирали 2, пока не достигнут нужной скорости.
Первый циклотрон придумали и сконструировали Эрнест Лоуренс (1901–1958) и Милтон Ливингстон (1905–1986) в 1931 году. Он был чуть больше 10 см в диаметре и умещался на ладони.
