Предположение о том, что все тела состоят из мельчайших частиц, было высказано древнегреческими философами Левкиппом и Демокритом примерно 2500 лет назад. Частицы эти были названы атомами, что означает «неделимые». Таким названием хотели подчеркнуть, что атом — это мельчайшая, простейшая, не имеющая составных частей и поэтому неделимая частица.
Но примерно с середины XIX в. стали появляться экспериментальные факты, которые ставили под сомнение представления о неделимости атомов. Результаты этих экспериментов наводили на мысль о том, что атомы имеют сложную структуру и что в их состав входят электрически заряженные частицы.
Наиболее ярким свидетельством сложного строения атома явилось открытие явления радиоактивности, сделанное французским физиком Анри Беккерелем в 1896 г.
Беккерель обнаружил, что химический элемент уран самопроизвольно (т. е. без каких-либо внешних воздействий) излучает ранее неизвестные невидимые лучи, которые позже были названы радиоактивным излучением.
Поскольку радиоактивное излучение обладало необычными свойствами, многие ученые занялись его исследованием. Оказалось, что не только уран, но и некоторые другие химические элементы (например, радий) тоже самопроизвольно испускают радиоактивные лучи. Эту способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению стали называть радиоактивностью (от латинских слов radio — излучаю и activus — действенный).
В 1899 г. в результате опыта, проведенного под руководством английского физика Эрнеста Резерфорда, было обнаружено, что радиоактивное излучение радия неоднородно, т. е. оно имеет сложный состав. Рассмотрим, как проводился этот опыт.
На рисунке 167, а изображен толстостенный свинцовый сосуд с крупицей радия на дне. Пучок радиоактивного излучения радия выходит сквозь узкое отверстие и попадает на фотопластинку (излучение радия направлено во все стороны, но сквозь толстый слой свинца оно пройти не может). После проявления фотопластинки на ней обнаруживалось одно темное пятно — как раз в том месте, куда попадал пучок.
Потом опыт изменяли (рис. 167, б): создавали сильное магнитное поле, действовавшее на пучок. В этом случае на проявленной пластинке возникало три пятна: одно, центральное, было на том же месте, что и раньше, а два других — по разные стороны от центрального.
Если два потока отклонились в магнитном поле от прежнего направления, значит, они представляют собой потоки заряженных частиц. Отклонение в разные стороны свидетельствовало о разных знаках электрических зарядов частиц.
В одном потоке присутствовали только положительно заряженные частицы, в другом — отрицательно заряженные. А центральный поток представлял собой излучение, не имеющее электрического заряда.
Положительно заряженные частицы назвали альфа-частицами, отрицательно заряженные — бета-частицами, а нейтральные — гамма-частицами или гамма-квантами (в сокращенном обозначении a-частицы, b-частицы и g-частицы, называемые также g-квантами или фотонами).
Некоторое время спустя в результате исследования различных физических характеристик и свойств этих частиц (электрического заряда, массы и др.) удалось установить, что b-частица представляет собой электрон, а a-частица — полностью ионизированный атом химического элемента гелия (т. е. атом гелия, потерявший оба электрона). Выяснилось также, что g-излучение представляет собой один из видов, точнее, диапазонов электромагнитного излучения (см. рис. 143).
Явление радиоактивности, т. е. самопроизвольное излучение веществом a-, b- и g-частиц, наряду с другими экспериментальными фактами, послужило основанием для предположения о том, что атомы вещества имеют сложный состав.
1. В чем заключалось открытие, сделанное Беккерелем в 1896 г.?
2. Как стали называть способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению?
3. Расскажите, как проводился опыт, схема которого изображена на рисунках 167, а, б. Что выяснилось в результате этого опыта?
4. Как были названы частицы, входящие в состав радиоактивного излучения? Что представляют собой эти частицы?
5. О чем свидетельствовало явление радиоактивности?
