Какая частица имеет больше протонов чем электронов

Какая частица имеет большее число протонов, чем электронов? 1) S2- 2) S 3) Са 4) Cа+2

Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь для публикации ответа на этот вопрос.

решение вопроса

Связанных вопросов не найдено

Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.

• Все категории
• экономические 43,679
• гуманитарные 33,657
• юридические 17,917
• школьный раздел 612,708
• разное 16,911

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.

• Обратная связь
• Правила сайта

Элементарные частицы и их типы

Элементарной считается частица, размеры которой недоступны измерению. Основным свойством таких частиц является их способность к взаимопревращению. Элементарные частицы классифицируются по типу взаимодействия, в которое они вступают.

Типы элементарных частиц

По типу взаимодействий элементарные частицы делятся на следующие типы.

Фотоны

Фотон — элементарная частица, квант света в виде электромагнитных волн. Во Вселенной Ф.является самой распространенной частицей. На один нуклон приходится не менее 20 млрд. фотонов. Электрический заряд Ф. равен нулю. Эта частица находится в 2-х спиновых состояниях и способна существовать при движении со скоростью света.

Ф. в электродинамике описывается как электромагнитная волна с поляризацией. Квантовая электродинамика описывает данную частицу как калибровочный бозон, который обеспечивает электромагнитное взаимодействие между частицами. С точки зрения квантовой механики Ф.свойственен дуализм: он проявляет свойства волны и частицы. В свою очередь, современная наука рассматривает Ф. как фундаментальную частицу, которая не обладает размерами и строением.

Нейтроны

Под нейтроном понимают тяжелую частицу, которая не имеет электрического заряда. Она принадлежит к классу барионов. Н. –– один из основных компонентов атомных ядер. Вместе с протонами нейтроны удерживаются с помощью силы, называемой ядерной. Н. имеют нейтральный заряд. Несмотря на то что они не оказывают влияния на заряд атома, Н. все-таки обладают свойствами, влияющими на атом. Данная элементарная частица на 0,2% больше протона, вместе с которым составляют 99 % всей массы атома.

Свободные Н. в природе возникают в ядерных реакциях, которые вызваны космическими лучами, α-частицами, а также и в результате вынужденного или спонтанного деления тяжелых ядер. Искусственные источники Н. –– ядерные взрывы, реакторы, ускорители электронов и протонов с мишенями из тяжелых элементов.

Так как Н. не имеет электрического заряда, регистрация его с помощью ионизации атомов вещества невозможна. Для обнаружения Н. используются два метода: рассеяние на ядрах вещества с дальнейшей регистрацией ядра или захват атомными ядрами с последующим излучением ядром α-частицы.

Протоны

Протон — элементарная частица, которая входят в состав атомных ядер. Впервые название частице было дано в 1920 году Э. Резерфордом. Масса П. в 1,8 тыс. раз больше массы электрона. Внутренняя четность положительна. По модулю электрический заряд равен заряду электрона. П. относится к адронам и обладает способностью ко всем взаимодействиям — гравитационному, электромагнитному, сильному и слабому.

П. имеет определенные размеры и структуру. Он состоит из таких частиц, как глюоны и кварки. П.стабилен, в ходе многочисленных исследований не было обнаружено доказательств его распада. Ок. 99% массы П. обусловлено энергией движения глюонов и кварков.

Теоретической основой для описания характеристик П. является квантовая хромодинамика. В свободном состоянии эта частица наблюдается в космических лучах и при протонной радиоактивности некоторых ядер. Пучки ускоренных П. –– один из базовых инструментов экспериментальной физики элементарных частиц.

Мюоны

Мюон — часть семейства фермионов, неустойчивая частица, которая имеет отрицательный электрический заряд. М. не состоит из мелких частиц. Он имеет античастицу с квантовыми числами разных знаков, но с равным спином и массой.

Иногда М. называют мю-мезоном, хотя в современном представлении физики он таковым не является. Масса частицы в 207 раз больше массы электрона. На нашей планете мюоны были обнаружены в космических лучах, они образуются в результате распада пионов. Пионы возникают в верхних слоях атмосферы и имеют весьма короткое время распада. М. космических лучей имеют скорости, которые близки к скорости света. Время их существования ничтожно мало — 2,2 микросекунды. М. практически всегда распадаются в электрон, мюонное нейтрино и электронное антинейтрино.

Ионы

Ион представляет собой молекулу или атом, имеющий электрический заряд. Если частица имеет отрицательный заряд, она называется анионом, положительный –– катионом. И. встречаются во всех состояниях вещества: в кристаллах, жидкостях, газах и даже в плазме.

Впервые название «ион» появилось в далеком 1834 году. М.Фарадей, изучая действие электротока на водные растворы солей и кислот, сделал предположение, что электропроводность данных растворов вызвана движением ионов. И. вступали в реакции с молекулами, атомами и между собой. Простые ионы состоят из электронов и одного атомного ядра. Само ядро атома состоит из нейтронов и протонов, которые несут почти всю массу И.

Обратная связь

Нужна консультация?
Позвоните нам по номеру
+7 (495) 323–77–55 или оставьте свои контакты и мы вам перезвоним

Фотографии

Строение атома и электронные конфигурации 1.0

Атом можно представить как конструктор «Лего», который можно собрать из более простых (элементарных) частиц. У разных атомов число «деталек» может быть различным. Об этом и о других особенностях строения атома поговорим в статье.

Строение атома

Великие ученые и философы древности упорно бились над вопросом, из чего же состоят вещества, которые их окружают. Впервые идею о том, что все тела живой и неживой природы состоят из мельчайших частиц — атомов — высказал древнегреческий ученый Демокрит целых 2500 лет назад!

Что же из себя представляет атом?

Атом — это мельчайшая химически неделимая частица вещества.

Атомы могут соединяться друг с другом с помощью химических связей в различной последовательности, образуя более сложные частицы — молекулы.

Можно провести аналогию: атом — это отдельный человек, а молекулы — группы людей, объединенные общим признаком (семья, одноклассники, коллеги, любители кошек, любители собак).

Молекулы — это мельчайшие частицы, которые состоят из атомов. Они являются химически делимыми.

Долгое время считалось, что атом нельзя разделить далее на составляющие. Но с развитием науки ученые-физики выяснили, что атом состоит из более мелких, или элементарных частиц — протонов (p), нейтронов (n) и электронов (ē). В центре атома располагается ядро, которое состоит из протонов и нейтронов (их общее название нуклоны), а вокруг ядра вращаются электроны.

Электроны являются элементарными частицами, то есть неделимыми мельчайшими частицами. Протоны и нейтроны состоят из более мелких кварков, однако в рамках школьной программы кварки не рассматриваются, поэтому протоны и нейтроны мы также относим к элементарным частицам.

Каждая из элементарных частиц в атоме имеет свой заряд и массу.

Можно представить атом как Солнечную систему, где вокруг ядра (Солнца) по орбитам вращаются электроны (планеты). Это так называемая планетарная модель атома.

Тогда более точно определение атома будет звучать так.

Атом — электронейтральная химически неделимая частица, которая состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов.

Перейдем от теоретической информации к практической и научимся определять количество элементарных частиц в заданном атоме. Этот навык очень пригодится нам при решении заданий первой части!

Как определить количество элементарных частиц

Сейчас мы научимся определять количество протонов, нейтронов и электронов в атоме любого химического элемента. В этом нам поможет периодическая система Д. И. Менделеева.

Давайте рассмотрим ячейку с углеродом в Периодической системе:

В верхней части ячейки располагается порядковый номер элемента (целое число) — номер элемента в таблице Менделеева по порядку.

Под ним располагается относительная атомная масса (нецелое число) — масса атома данного элемента, выраженная в атомных единицах массы (атомная единица массы (а. е. м.) равна 1/12 массы атома углерода). Относительная атомная масса, округленная до целого числа, называется массовым числом.

Все эти характеристики связаны с количеством элементарных частиц в атоме следующим образом.

• Порядковый номер элемента = число протонов в ядре = заряд ядра атома = число электронов в атоме

(№ элемента = p = Z = ē)

• Число нейтронов = массовое число – порядковый номер

(n = Ar — № элемента)

Разберем на примере углерода. Его порядковый номер — 6, значит, число протонов и электронов равно 6, заряд ядра +6.
Атомная масса равна 12,01115, округлим до 12 и получим массовое число. Тогда количество нейтронов будет равно 12 — 6 = 6.

Элементарная частица	Как нашли?	Значение
Число электронов	Порядковый номер	6
Число протонов	Порядковый номер	6
Число нейтронов	Массовое число — порядковый номер	6 = 12-6

Не всегда мы встречаемся только с атомами из таблицы Менделеева, иногда нам попадаются атомы элементов с заданной массой, отличной от табличной. Что это за атомы и как с ними работать? Сейчас узнаем.

Изотопы

В разновидностях одного и того же химического элемента может быть различное число элементарных частиц. Такие разновидности атома называются изотопами.

Изотопы — атомы одного химического элемента с разной атомной массой, имеющие равное число электронов (е) и протонов (p), но разное число нейтронов (n).

Давайте рассмотрим это на примере атома водорода.

Первый случай: ядро атома водорода состоит из одного протона (масса ядра = 1 атомная единица массы или а.е.м.). Такой атом называется протием, именно он указан в периодической системе Д.И. Менделеева.

Добавим к этому ядру один нейтрон, тогда масса ядра будет равна 2 а.е.м. Мы получили вторую разновидность атома водорода — дейтерий.

Если добавить второй нейтрон к такому ядру, то мы получим тритий. Все три варианта водорода являются изотопами.

На главную сцену выходит электрон! Поговорим о его уникальных свойствах и разберем одну из самых трудных и интересных тем в химии.

Квантовые числа

У каждого взрослого человека есть жизненно важные документы: паспорт, СНИЛС, медицинский полис и другие. У электрона тоже есть свои важнейшие «документы» — набор квантовых чисел:

• главное квантовое число (n);
• орбитальное квантовое число (l);
• магнитное квантовое число (m_l);
• спиновое квантовое число (m_s).

Главное квантовое число (n) характеризует номер энергетического уровня атома.

Главное квантовое число численно равно номеру периода.

Принимает значения: 1, 2, 3,….∞. Однако на сегодняшний день максимальным главным квантовым числом является 7, так как в таблице Менделеева всего 7 периодов. Например, главное квантовое число атома фосфора (P) равно трем, так как этот элемент находится в третьем периоде.

Орбитальное квантовое число (l), или его еще называют побочным квантовым числом, определяет форму атомных орбиталей (траекторий движения электрона).

Определить l можно по формуле:

l=n-1, где
n — это главное квантовое число.

Максимально возможное орбитальное число всегда будет на единицу меньше главного квантового числа.

Важно помнить, что количество атомных орбиталей на каждом уровне равно номеру этого уровня.

Например, фосфор, находящийся в третьем периоде, имеет на первом энергетическом уровне одну атомную орбиталь (s), на втором — две (s и p), на третьем — три (s, p и d). То есть атом фосфора имеет три разных по энергии, но одинаковые по форме s-орбитали – на первом, втором и третьем энергетических уровнях.

Магнитное квантовое число (m_l) определяет количество атомных орбиталей (ячеек).

Оно рассчитывается по формуле:

m_l =2l+1, где
l – это орбитальное квантовое число.

Например, у атома фосфора главное квантовое число n=3; орбитальное квантовое число l=3-1=2 (d-орбиталь); магнитное квантовое число m_l =2 · 2+1=5. Таким образом делаем вывод, что на третьем (n) энергетическом уровне у фосфора находится пять (m_l) различных по энергии d-орбиталей (l).

Спиновое квантовое число (m_s) характеризует собственное движение электрона — спин.

Как мы уже сказали, спиновое квантовое число характеризует движение электрона вокруг ядра атома. То есть атом может двигаться как по часовой, так и против часовой стрелки. Это очень напоминает спиннер (вращающаяся игрушка). Более того, понятия «спиновый» и «спиннер» созвучны, что позволяет без труда вспомнить смысл этого квантового числа.

Электроны на атомной орбитали мы схематично изображаем стрелками вверх (↑) и вниз (↓), обозначая, что они имеют различный спин: для ↑ m_s = +½; для ↓ m_s = -½. Например, для каждого неспаренного электрона атома фосфора на 3p орбитали m_s = +½.

Расчеты главного, орбитального и магнитного квантовых чисел приведены в таблице.

Квантовые числа позволяют нам собрать информацию о строении атома химического элемента, о распределении его электронов, чтобы затем составить «паспорт».

Какой «паспорт» у атомов?

Знания о числе энергетических уровней, форме атомных орбиталей и их количестве изложены в «паспорте» атома. Речь идет о распределении электронов по энергетическим уровням. Такой «паспорт» называется электронной конфигурацией.

Электронная конфигурация — это формула, отражающая распределение электронов по электронным оболочкам атома (энергетическим уровням).

Заполнение орбиталей определяется принципом Паули.

Принцип Паули гласит: «На любой орбитали может быть не более двух электронов, при этом их спины (и заряды) противоположны».

То есть при заполнении орбитали один электрон будет обозначаться ↑, а второй направлен противоположно и обозначается ↓, итого ячейка будет выглядеть вот так:

Заполнение подуровней тоже регулируется определенным образом, согласно правилу Гунда (Хунда):

«Суммарное значение спинового квантового числа электронов на подуровне должно быть максимальным».

Это означает, что в каждой из орбиталей подслоя заполняется сначала один электрон, а второй электрон добавляется только после заполнения всех орбиталей хотя бы одним электроном.

Тут все как в общежитии — сначала каждому студенту дают собственную комнату, но если после этого кому-то еще не хватило места, то новый студент подселяется к кому-то со своей комнатой.

Атомные подуровни заполняются электронами в порядке увеличения их энергии. Этот порядок выглядит следующим образом:

1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → …

Почему так? Данный порядок определяется правилом Клечковского.

1. Заполнение электронами атомных орбиталей идет от орбиталей, обладающих меньшим значением суммы главного и орбитального квантового числа (n+l), к орбитали с большим значением суммы.

1. Если сумма n+l одинакова, то электрон располагается на орбитали с меньшим значением n, то есть ближе к ядру.

При заполнении электронами ячеек мы описываем так называемое основное состояние. Это такое состояние атома, при котором энергия системы минимальна. Его состояние можно определить как «веселое»: в атоме все спокойно и в порядке.

Но может быть и другая ситуация, когда на электроны оказывается какое-то воздействие. Тогда происходит процесс, похожий на развод пары в человеческом мире. В результате воздействия те электроны, которые находились на орбитали вдвоем и были спаренными, могут друг с другом «поссориться» и «разъехаться» по разным орбиталям.

Тогда атом можно определить как «грустный»: электроны ссорятся, атом грустит. В химии это состояние и называется возбужденным. Такой «развод» возможен только в пределах одного энергетического уровня.

Теперь мы знаем, что такое «паспорт» атома химического элемента. Однако, как расписать электронную конфигурацию иона?

Ион — это заряженная частица, которая образуется в результате отдачи или присоединения электронов атомами или группой атомов.

Анион — отрицательно заряженный ион.

Катион — положительно заряженный ион.

Электронную конфигурацию ионов можно написать по тем же правилам, что и электронную конфигурацию атомов. Однако при этом нужно учесть количество электронов, которое отдает или принимает атом, чтобы верно определить конфигурацию внешнего (последнего) уровня.

Чтобы легче было запомнить, рассмотрим следующую аналогию: анион своровал электроны, плохо поступил и стал отрицательным персонажем. Воруют, как правило, у кого-то. В данном случае у катиона. Он явно в этой ситуации является положительным персонажем.

Атом может отдать или принять электроны таким образом, чтобы внешний энергетический уровень был максимально заполнен, так как это энергетически выгодно.

Рассмотрим пример с образованием сульфид-аниона S 2- .

• Третий энергетический уровень является внешним для атома серы, на нем располагается 6 электронов, 2 из которых являются неспаренными.
• К этим электронам могут добавиться два «соседа», благодаря которым p-подуровень заполняется полностью и обретает стабильную конфигурацию.
• Так как каждый из электронов имеет отрицательный заряд, равный единице, то суммарно после их присоединения к сере образуется сульфид-анион S2-.

Полностью заполненный подуровень является очень устойчивым. Такую конфигурацию имеют все благородные газы, и к ней стремятся ионы. Однако не стоит забывать, что и полностью пустой подуровень является устойчивым.

Благородные газы — элементы, расположенные в VIIIA группе, имеющие на внешнем энергетическом уровне предельное число электронов — 8.

«Всем привет! Я молекула соли с формулой NaCl. Атомы в моем составе имеют заряд: Na + и Cl – . Как же образовалась моя молекула? Хлору из VIIА группы не хватало всего одного электрона, чтобы стать более устойчивым (иметь на внешнем слое 8 электронов), в то время как у атома натрия из IA группы был лишний электрон, который он был не против отдать, чтобы тоже стать более устойчивым (не иметь электронов на внешнем слое). Передача электрона позволила обоим атомам иметь ту конфигурацию, о которой они мечтали, а также образоваться веществу, которое вы, люди, в обычной жизни зовете поваренной солью».

Почему химические элементы стремятся быть похожими на благородные газы?

Благородные газы, они же как настоящие королевские особы, отличаются от всех остальных атомов своей стабильностью. А стабильность им обеспечивает главное богатство всех атомов — предельное число электронов на внешнем уровне — 8 электронов. Благородные газы находятся в отдельной группе (VIIIA), как короли живут в замках, расположенных отдельно от обычных домов.

Вот мы и узнали, что предел мечтаний всех химических элементов иметь схожую с благородным газом электронную конфигурацию. А теперь можно и попрактиковаться.

Закрепим теорию, решив задание, которое может встретиться в №1 ЕГЭ по химии.

Задание. Из указанных в ряду химических элементов выберите два элемента, которые образуют устойчивый положительный ион, содержащий 10 электронов:

1) Na 2) K 3) N 4) O 5) Cl

Решение:
1) Атом натрия (Na) находится в таблице Менделеева под порядковым номером 11. Следовательно, число электронов равно 11. Чтобы образовать ион, содержащий 10 электронов, атому натрия необходимо отдать один электрон. Если атом отдает электроны, он становится положительно заряженным. Значит, этот вариант ответа подходит.

2) Атом калия (K) находится в таблице Менделеева под порядковым номером 19. Следовательно, число электронов равно 19. Чтобы образовать ион, содержащий 10 электронов, атому калия необходимо отдать девять электронов. Однако максимально атом может отдать только 7 электронов. Значит, этот вариант ответа не подходит.

3) Атом азота (N) находится в таблице Менделеева под порядковым номером 7. Следовательно, число электронов равно 7. Чтобы образовать ион, содержащий 10 электронов, атому азота необходимо принять три электрона. Если атом принимает электроны, он становится отрицательно заряженным. Значит, этот вариант ответа не подходит.

4) Атом кислорода (O) находится в таблице Менделеева под порядковым номером 8. Следовательно, число электронов равно 8. Чтобы образовать ион, содержащий 10 электронов, атому кислорода необходимо принять два электрона. Если атом принимает электроны, он становится отрицательно заряженным. Значит, этот вариант ответа не подходит.

5) Атом хлора (Cl) находится в таблице Менделеева под порядковым номером 17. Следовательно, число электронов равно 17. Чтобы образовать ион, содержащий 10 электронов, атому хлора необходимо отдать семь электронов. Если атом отдает электроны, он становится положительно заряженным. Значит, этот вариант ответа подходит.

Ответ: 15

Мы разобрались с тем, что элементы стремятся полностью заполнить внешний энергетический уровень, либо оставить его пустым. А что же такого особенного в этом внешнем слое? На внешнем энергетическом уровне располагаются особенные валентные электроны.

Валентные и неспаренные электроны

Валентные электроны — электроны, способные участвовать в образовании химических связей.

Представим вкусный большой многослойный ягодный торт. Каждый слой — своего рода уровень. На слоях располагаются ягоды, они же электроны. Но самые вкусные (валентные) всегда располагают сверху на торте. То есть валентные электроны могут быть как на внешнем (в качестве украшения торта), так и на предвнешнем (верхнем бисквитном слое) энергетическом уровне.

Поэтому важно научиться определять количество валентных электронов для различных элементов:

• для элементов главных подгрупп — это все электроны внешнего уровня;
• для элементов побочных подгрупп — это электроны внешнего слоя и предвнешнего d-подуровня.

Среди валентных электронов есть как спаренные электроны, так и неспаренные.

Неспаренными называют электроны, которые находятся поодиночке на орбитали атома, соответственно, спаренные — всегда вдвоем.

Например, у атома водорода один неспаренный электрон на внешнем энергетическом уровне, а вот у атома гелия неспаренных электронов уже нет, но так как оба они находятся на внешнем (и в данном случае единственном) энергетическом уровне, они будут валентными.

Запоминалка: существует последовательность чисел, которая позволяет определить количество неспаренных электронов для атомов главных подгрупп: 1-0-1-2-3-2-1-0.

Таким образом, все неспаренные электроны являются валентными, но не все валентные электроны должны быть неспаренными.

Разберем еще один пример задания №1 ЕГЭ по химии.

Задание. Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют одинаковое количество неспаренных электронов.
1) Li 2) Ca 3) N 4) Ne 5) H

Решение. Чтобы решить задание, нужно вспомнить последовательность чисел, которая позволяет определить количество неспаренных электроновдля атомов главных подгрупп: 1-0-1-2-3-2-1-0.

Li — элемент IA группы (1-0-1-2-3-2-1-0), значит, у него один неспаренный электрон.
Ca — элемент IIA группы (1-0-1-2-3-2-1-0), значит, у него нет неспаренных электронов.
N — элемент VA группы (1-0-1-2-3-2-1-0), значит, у него три неспаренных электрона.
Ne — элемент VIIIA группы (1-0-1-2-3-2-1-0), значит, у него нет неспаренных электронов.
H — элемент IA группы (1-0-1-2-3-2-1-0), значит, у него один неспаренный электрон.

Ответ: 15

Строение атома — это тема, с которой всегда начинают познание химии, потому что приступать к изучению химических свойств веществ можно только с пониманием поведения элементарных частиц на атомарном уровне. Изучить тему подробнее и разобрать все ее тонкости поможет статья «Особенности строения электронных оболочек атомов переходных элементов».

Фактчек

• Атом — электронейтральная частица, состоящая из ядра и вращающихся вокруг него электронов.
• Электроны располагаются на электронных подуровнях, причем их число определяется порядковым номером элемента.
• Существует группа атомов одного и того же химического элемента, у которых имеется разное число нейтронов. Такие элементы называют изотопами.
• Электроны характеризуются 4 квантовыми числами: n — главное квантовое число, l— орбитальное квантовое число, m_l— магнитное квантовое число, m_s— спиновое квантовое число.
• Электроны располагаются по ячейкам так, чтобы энергия системы была минимальна.
• Атом стремится обладать наиболее устойчивой электронной конфигурацией, при которой внешний энергетический уровень/подуровень является заполненным. Если к нейтральному атому добавить электроны, то он превращается в анион, если же у него отобрать электроны — образуется катион.
• Для элементов главных подгрупп валентными являются все электроны внешнего уровня. Для элементов побочных подгрупп — это электроны внешнего слоя и предвнешнего d-подуровня.

Проверь себя

Задание 1.
Из чего состоит ядро атома?

1. Протонов и нейтронов
2. Протонов и электронов
3. Нейтронов и электронов
4. Протонов, нейтронов и электронов

Задание 2.
Количество каких элементарных частиц отличается у изотопов?

1. Протонов
2. Нейтронов
3. Электронов
4. Нейтронов и электронов

Задание 3.
Сколько электронов может максимально находиться на 3 энергетическом уровне?

1. 8 электронов
2. 18 электронов
3. 2 электрона
4. 32 электрона

Задание 4.
Какой из энергетических уровней можно назвать внешним?

1. Первый энергетический уровень
2. Последний энергетический уровень
3. Энергетический уровень с наименьшей энергией
4. Любой энергетический уровень

Задание 5.
Чему равно количество валентных электронов для элементов главных подгрупп?

1. Номеру группы
2. Номеру периода
3. Порядковому номеру элемента
4. Массовому числу элемента

Ответы: 1. — 1; 2. — 2; 3. — 2; 4. — 2; 5. — 1

Какая частица имеет больше протонов чем электронов

1923 год. Д. Скобельцын изучает взаимодействие γ-квантов с электронной оболочкой атома. Для наблюдения треков электронов он впервые использовал камеру Вильсона, помещенную в магнитное поле. Этот метод регистрации позволял по кривизне трека измерять энергию электронов. Источник γ-квантов располагался рядом с камерой Вильсона. Анализируя полученные фотографии, Д. Скобельцын впервые получил ряд новых результатов о механизме взаимодействия γ-квантов с атомом: измерил величины сечений взаимодействия γ-квантов с различными атомами, измерил ионизационные потери при движении заряженной частицы в среде. Однако гораздо больший интерес вызвали наблюдаемые в камере Вильсона не искривленные в магнитном поле траектории электронов высоких энергий. О том, что эти траектории принадлежат электронам, Д. Скобельцын заключил по величине ионизации вдоль трека пролетающей в камере Вильсона частицы. Скобельцын сделал вывод, что эти треки принадлежат электронам космического излучения, но они не искривляются, т.к. имеют большие энергии. Вскоре эта гипотеза получила подтверждение − треки не исчезали после того, как был убран источник γ-излучения. Энергия космических электронов по оценкам Скобельцына составляла ~1 ГэВ. Неожиданно оказалось, что не все частицы искривлялись в магнитном поле в одном направлении. Некоторые частицы отклонялись так, как будто бы имели положительный заряд. Вначале эти следы приняли за положительно заряженные протоны. Однако характер ионизации вдоль трека был такой же, как в случае электронов. Для того, чтобы понять природу этих частиц необходимо было измерить направление движения частиц, измерить их энергию.
Результаты Д. Скобельцына и разработанный им метод детектирования частиц космического излучения вызвали большой интерес физиков. В нескольких лабораториях стали создавать аналогичные установки. В Кавендишской лаборатории этим занялись П. Блэкетт и Дж. Оккиалини, а в США эксперименты с камерой Вильсона в магнитном поле начал молодой научный сотрудник
К. Андерсон, работавший под руководством Нобелевского лауреата Дж. Милликена. К 1932 г. К. Андерсон получил несколько сотен фотографий космических частиц в камере Вильсона в магнитном поле. Так же как и Д. Скобельцын К. Андерсон наблюдал треки как отрицательно, так и положительно заряженных частиц.
В 1932 г. в журнале “Science” появилась заметка К. Андерсона, в которой он сообщал об открытии в составе космических лучей новой частицы. Эта частица имела такую же массу, как и открытый ранее электрон, но имела в отличие от электрона не отрицательный, а положительный электрический заряд. Это наблюдение было сделано Андерсоном по наблюдениям траекторий частиц в камере Вильсона в сильном магнитном поле.
Оказалось, что частицы космических лучей, которые наблюдал К. Андерсон, искривляются в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле, в противоположных направлениях, т.е. среди частиц зарегистрированных в камере Вильсона были как отрицательно, так и положительно заряженные частицы.

Рис. 3.1. Следы космических частиц, полученные Андерсоном в камере Вильсона, помещённой в магнитное поле 20000–25000 эрстед.

Карл Андерсон (1905 – 1991

1932 г. − К. Андерсон открыл позитрон.

1937 г. − К. Андерсон, С. Недермейер, Дж. Стрит, С. Стивенсон открыли мюон в космических лучах, используя камеру Вильсона.

Нобелевская премия по физике

1963 г. − К. Андерсон. За открытие позитрона.

Для того чтобы определить направление движения частицы и тем самым определить знак её заряда, Андерсон использовал исключительно простой и оригинальный метод. Он перегородил камеру посередине свинцовой пластинкой толщиной 5 мм. При прохождении заряженной частицей свинцовой пластинки её энергия уменьшается и, следовательно, она должна сильнее искривляться в магнитном поле. Изменение энергии частицы указывало направление её движения и, следовательно, по направлению кривизны при её движении в постоянном магнитном поле можно было определить знак электрического заряда частицы. На рис. 3.2 показана одна из фотографий, полученных Андерсоном. Темная полоска посередине – свинцовая пластинка, в которой заряженная частица теряет энергию. В верхней части камеры над пластинкой траектория частицы искривлена значительно сильнее, чем в нижней. Это позволило однозначно определить направление движения частицы и знак её заряда.

Рис. 3.2. Наблюдение позитрона в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле. Тонкая изогнутая прерывистая линия, идущая снизу вверх – трек позитрона. Темная полоса, пересекающая трек посредине, слой вещества, в котором позитрон теряет часть энергии, и по выходе из которого двигается с меньшей скоростью. Поэтому трек искривлён сильнее.

Изучив ионизацию, длину траектории и радиус кривизны, Андерсон пришёл к однозначному выводу, что обнаруженная им частица имеет массу электрона, но заряжена положительно. Новую частицу назвали позитроном.
Первая интерпретация позитрона К. Андерсоном была вполне в духе времени. Он считал, что позитрон является составной частью нейтрона. По его представлению, нейтрон состоит из отрицательно заряженной массивной частицы – негатрона, отрицательно заряженного аналога протона и положительно заряженного позитрона и в первых работах даже предлагал организовать поиски негатрона. Несмотря на то, что в это время уже была опубликована статья П. Дирака, К. Андерсон был с ней незнаком, и его открытие позитрона не было поиском частицы, предсказанной Дираком, а честной интерпретацией обнаруженного им неизвестного явления, которое наблюдали многие физики, но отнесли его к неточностям эксперимента. Более подробно К. Андерсон опубликовал результаты об открытии позитрона в статье в журнале Phys. Rev. 43, 491 (1932).
Большая заслуга в признании позитрона, как новой независимой частицы, принадлежит П. Блэкетту и Дж. Оккиалини. Они впервые создали управляемую камеру Вильсона. Для этого они разместили над камерой Вильсона и под ней счетчики Гейгера, и камера Вильсона срабатывала только в том случае, когда через неё пролетала космическая частицы, зарегистрированная на совпадение счетчиками Гейгера. Это существенно повысило эффективность регистрации космических частиц и позволило получить большое количество снимков.
В работе, опубликованной в журнале Proc. Roy. Soc. 139, A839 (март 1933 г.) П. Блэкетт и Дж. Оккиалини описали разработанный ими метод регистрации космических частиц с помощью камеры Вильсона. В результате анализа ~500 фотографий были получены данные о природе ливней, наблюдающихся в камере Вильсона, и подтверждены выводы К. Андерсона о существовании позитрона.

П. Блэкетт, Г. Оккиалини: «Недавно нами был разработан метод, при помощи которого можно заставить очень быстрые частицы, сопровождающие космическое излучение, фотографировать самих себя или, точнее, следы своих собственных путей в камере Вильсона. При этом фотографии следов удается получить гораздо легче, чем обыкновенным способом, когда адиабатическое расширение делается наугад. В самом деле, только очень небольшая доля снимков, добытых прежним методом, позволяет обнаружить хотя бы один след. Среднее количество фотографий, требующихся для получения одного следа, тут зависит от размеров, ориентировки камеры и от эффективного времени расширения (не должно превышать 1/20 сек.). Из измерений со счетчиками известно, что по всем направлениям проходит через 1 см 2 в 1 мин около 1,5 быстрых частиц. Эта цифра, в общем, согласуется с результатами, найденными с помощью камеры Вильсона. Скобельцын добился получения удачного снимка с одним или несколькими следами примерно через каждые десять расширений. А в работе Андерсона на 50 съемок приходился всего лишь 1 след с длиной пробега, отвечающей порядку измеренной энергии. Применение нашего метода дает следы на 80% всех сделанных снимков» [*].

После экспериментов Блэкетта и Оккиалини уже не было никаких сомнений, что позитрон − это новая частица. Кроме того им впервые удалось надежно зарегистрировать рождение электрон-позитронной пары при взаимодействии γ-квантов с веществом. Блэкетт и Оккиалини впервые указали на то, что позитрон является той самой частицей, которую предсказал незадолго до этого П. Дирак.
Вскоре выяснилось, что позитроны могут рождаться не только в космических лучах, но и под действием γ-квантов с энергией больше 1 МэВ. Если в камеру Вильсона поместить свинцовую пластинку и облучать её γ-квантами от радиоактивного источника с энергией γ-квантов >1 МэВ, то можно наблюдать две частицы, рождающиеся в одной точке, которые магнитным полем отклоняются в противоположные стороны, это электрон и позитрон. Рождение позитронов всегда происходит в паре с электроном.

На рис. 3.3 показано рождение электрон-позитронной пары в камере Вильсона, заполненной криптоном.

Рис. 3.3. Рождение пары электрон-позитрон в камере Вильсона.

Открытие позитрона − частицы по своим характеристикам идентичной электрону за исключением знака электрического заряда (у позитрона он положительный) − было исключительно важным событием в физике. Еще в 1928 году П. Дирак предложил уравнение для описания релятивистской квантовой механики электрона. Оказалось, что уравнение Дирака имеет два решения, как с положительной, так и с отрицательной энергией. Состояние с отрицательной энергией описывает частицу аналогичную электрону, но имеющую положительный электрический заряд.

П. Блэкетт, Г. Оккиалини: « Согласно сообщению Андерсона, им найдено несколько следов, которые должны быть приписаны положительно заряженным частицам с ничтожной массой. Андерсон приводит подробное описание этих фотографий, хотя самые фотографии не воспроизведены. На одной из них о направлении движения можно однозначно заключить по изменению кривизны пути после прохождения насквозь свинцовой пластинки. На другой фотографии два следа, выходящие из пластинки, искривляются в противоположных направлениях. На третьей две частицы покидают пластинку, отклоняясь в ту сторону, куда отклонились бы положительные заряды. Длина пробега и характеристическая ионизация − всё это вместе с предыдущим дает Андерсону основание утверждать, что перед нами − положительно заряженные частицы с массой, значительно меньшей, чем масса протона».

П. Блэкетт, Г. Оккиалини. «Разрушение атомов космическими лучами и положительный электрон».

Позитрон был первой обнаруженной частицей из целого класса частиц, которые получили название античастицы. До открытия позитрона казалась загадочной различная роль положительных и отрицательных зарядов в природе. Почему существует тяжелый положительно заряженный протон, и нет тяжелой частицы с массой протона и отрицательным зарядом? Зато существует легкий отрицательно заряженный электрон. Открытие позитрона по существу восстановило зарядовую симметрию для легких частиц. В квантовой теории поля электрон и позитрон полностью равноправные частицы. Позитрон является стабильной частицей и может в пустом пространстве существовать, так же как электрон, бесконечно долго. Однако при столкновении электрона и позитрона происходит их аннигиляция. Электрон и позитрон исчезают, и вместо них рождаются два γ‑кванта (фотона):

Происходит превращение частиц с массой отличной от нуля (масса электрона mc 2 = 0.511 МэВ) в частицы с нулевой массой (фотоны).
Наряду с процессом аннигиляции был обнаружен и процесс рождения пары частиц – электрона и позитрона. Электрон-позитронные пары рождались γ-квантами с энергией несколько МэВ в кулоновском поле атомного ядра.
При взаимодействии частиц высокой энергии с веществом процессы рождения и аннигиляции частиц и античастиц приводят к рождению большого количества вторичных частиц порожденных высокоэнергетической первичной частицей – каскадных ливней (рис. 3.4, 3.5, 3.6).

Патрик Блэкетт (1897 – 1974)

1. Описан метод, с помощью которого удается заставить частицы, обладающие огромной энергией, фотографировать следы своих собственных путей в камере Вильсона.
2. Нарисована картина наиболее поразительных, характерных явлений, заснятых этим методом на некоторых из 500 удачных фотографий; подвергся обсуждению вопрос о природе «ливней», состоящих из частиц, дающих на снимках сочетание сразу нескольких и даже многих путей.
3. Рассмотрение пробега, ионизации, кривизны и направления движения частиц приводит к подтверждению взгляда, высказанного впервые Андерсоном, о том, что должны существовать частицы с положительным зарядом, но с массой, скорее сравнимой с массой электрона, чем прогона…
4. Разобран вопрос о происхождении положительных и отрицательных электронов в ливне… Последующее поведение положительных электронов рассмотрено в свете дираковской теории «дырок».

Нобелевская премия по физике

1948 г. − П. Блэкетт. За усовершенствование метода камеры Вильсона и сделанные в связи с этим открытия в области ядерной физики и космической радиации.

Рис. 3.4. Позитрон, созданный гамма-лучами в свинцовой пластине и прошедший сквозь алюминиевую пластину толщиной 0,55 мм. Энергия позитрона над алюминиевой пластиной 820 кэВ, под алюминиевой пластиной 520 кэВ.

П. Блэкетт, Г. Оккиалини: «Сделать первый шаг в раскрытии этих сложных явлений − значит, прежде всего, путем отождествления установить природу частиц, порождающих следы. Не совсем легко с этим справиться, так как данные, почерпнутые из фотографий и служащие для выводов, зачастую противоречивы. Однако, по-видимому, неизбежно следует придти к тому замечательному, рассеивающему затруднения заключению, которое уже сделал Андерсон при расшифровке аналогичных фотографий. Оно состоит в том, что некоторые из следов нужно приписать частицам, несущим положительный заряд, но имеющим массу, ничтожную сравнительно с массой протона».

Рис. 3.5. Развитие ливня в свинцовых пластинах.

Рис. 3.6. Развитие ливня в свинцовых пластинах.

П. Блэкетт, Г. Оккиалини: «Чтобы определить знак заряда частицы, надо знать, в каком направлении она двигалась вдоль следа. Есть четыре способа узнать об этом из фотографий:

1. Частица пронизывает достаточно толстую металлическую пластинку, так что по выходе из нее частица успела потерять заметную долю своей энергии. Очевидно, что в этом случае движение совершается со стороны большего значения Hρ в сторону меньшего. В противном случае пришлось бы допустить существование выигрыша энергии внутри пластинки, а эта возможность настолько маловероятна, что мы вправе ее отбросить. Если, при фотографировании попадется частица совсем медленная, тогда представляется случай обнаружить изменение Hρ, вызываемое благодаря непрестанной потере энергии во время прохождения частицы через газ.
2. С другой стороны, если частица служит причиной появления какой-либо вторичной частицы с достаточной энергией, скажем, при столкновении со свободным электроном, − тогда угол между вторичным следом и первичным, укажет направление движения частиц.
3. Если группа следов расходится из некоторой общей точки или некоторой малой области пространства, тогда существует очень большая вероятность − хотя и не сама достоверность, − что всякая частица такой группы движется, удаляясь от этой области.
4. Если след наблюдается в почти вертикальном направлении, то более вероятно, что частица двигалась вниз, а не вверх. В основу последнего предположения взят бесспорный факт, что ионизация под действием космического излучения увеличивается от глубин к высотам. Однако трудно оценить численно эту вероятность, поскольку не известна повторяемость таких явлений, как зафиксированное на рис. 13, где есть, по крайней мере, одна частица, отразившаяся кверху».

В классической физике понятия частицы и волны резко разграничены − одни физические объекты являются частицами, а другие − волнами. Превращение пары электрон-позитрон в фотоны стало дополнительным подтверждением представления о том, что между излучением и веществом много общего.

П. Блэкетт, Г. Оккиалини: «Очевидно, что существуют несколько различных процессов, дающих начало сложным путям ливней. В небольшом количестве случаев этот процесс совсем прост. Налетающая частица − обычно отрицательный или положительный электрон − выбивает из отдельного ядра, по всей вероятности, три или более частицы. Рис. 17 с большой наглядностью подтверждает, что налетающая частица выбрасывает из ядра меди 2 электрона (оба с E_e ≈ 13·10 6 V ) наряду с одним протоном. Извержение могло сопровождаться также и другими частицами, но они, по-видимому, имели слишком недостаточную длину пробега, чтобы преодолеть толщу пластинки и выйти из нее. Рис. 13 дает картину двух электронов (E_e ≈ 10·10 6 и 13·10 6 V), вышибленных из ядра свинца книзу, и двух других, с большей энергией ( E_e > 100·10 6 V ), выбитых кверху. Возможно, что один из последних двух представляет собою налетающую частицу, взрывающую ядро, и тогда другой электрон − один из осколков, летящий при взрыве кверху. Возможно и то, что обе верхние частицы суть продукты разрушения ядра; тогда в этом случае саморазрушение придется приписать какому-то неионизующему агенту.
Однако оба эти случая − сравнительно простые при сопоставлении со сложной картиной обильных ливней. В этом наиболее типичном процессе наблюдается одновременное извержение некоторого числа частиц, вылетающих с огромной энергией. Эти частицы выбрасываются обыкновенно в направлениях, заключенных внутри довольно узкого конуса, но бывают случаи (рис. 12), когда этот конус, довольно широкий. Вполне естественно искать объяснение узкого конуса разлета частиц в том импульсе, который сообщается им в момент удара налетающей частицей, обладающей чрезвычайно большой энергией. Пока еще невозможно установить природу всех частиц, выброшенных из ядра, но, по-видимому, среди них преобладают отрицательные и положительные электроны; есть некоторые, правда, еще недостаточные указания, что в ряде случаев те и другие электроны выбиваются приблизительно в одинаковом количестве.
Возникновение этих частиц возбуждает огромный интерес; в частности, они, несомненно, часто зарождаются внутри материала с легким и средним атомным весом, поскольку излучающие центры обнаружены и в воздухе, и в стекле, и в алюминии, и в меди. Согласно самым последним представлениям о структуре ядра, в таких легких ядрах не должно быть свободных отрицательных электронов. А уже найдено, по крайней мере, положительных и отрицательных электронов, исходящих из отдельного точечного центра излучения в стекле, меди или свинце (рис. 12, 11 и 10) и, следовательно, по всей вероятности, из отдельного ядра.
Существует три возможных гипотезы, которые мы вправе сделать относительно появления этих частиц: они могли существовать в разрушенном ядре с самого начала, еще до акта соударения; они могли существовать в налетающей частице; наконец, они могли возникнуть в течение процесса соударения. За отсутствием каких-либо независимых доказательств самостоятельного существования частиц прежде сотрясения ядра разумно принять последнюю из этих трех гипотез. Затем, учитывая хорошо известные трудности, вырастающие при обращении с электронами внутри ядер как с независимыми механическими объектами, последняя гипотеза, быть может, и в этом смысле имеет большее преимущество. Тогда согласно этой гипотезе все ливни (вместе с обычным β-распадом) следует представлять себе как процесс возникновения частицы в прямом смысле этого слова.
Этот вопрос чрезвычайно близко связан с проблемой строения нейтрона. Согласно взгляду на нейтрон как на сложную частицу, отрицательные электроны в ливнях могут получиться при расщеплении каждого из нейтронов на отрицательный электрон и протон, но эта схема не дает объяснения возникновению положительных электронов. Кроме того, она приводит к тому, что нужно ожидать большего количества следов протонов на фотографиях, чем наблюдается в действительности».

П. Блэкетт, Г. Оккиалини: «Существование положительных электронов в этих ливнях немедленно вызывает естественный вопрос: почему же до сих пор они ускользали от наблюдения? Ясно, что они могут обладать только ограниченной продолжительностью жизни как свободные частицы, поскольку они не встречаются ни в одном веществе при нормальных условиях.
Вполне допустимо, что они могут входить в соединение с другими элементарными частицами и образовывать устойчивые ядра, переставая при этом быть свободными. Но кажется более приемлемым, что они исчезают при взаимодействии с отрицательным электроном, выбрасывая при этом 2 кванта или более.
Этот последний механизм дан непосредственно в дираковской теории электронов, Согласно этой теории, квантовые состояния в области отрицательной кинетической энергии, представлявшие прежде непреодолимое препятствие для физической интерпретации, почти все, за немногими исключениями, заполнены отрицательными электронами. Немногие незанятые состояния ведут себя подобно обыкновенным частицам с положительной кинетической энергией и положительным зарядом. Сам Дирак думал отождествить эти «дырки» с протонами, но от этого пришлось отказаться, когда было установлено, что у этих «дырок» должна быть такая же масса, как и у отрицательных электронов. Предстоит непосредственная и важная задача экспериментального определения массы положительного электрона точными измерениями его ионизации и Hρ . Сейчас же можно только сказать, что отсутствие разницы между ионизацией следов у отрицательных и положительных электронов при одинаковом Hρ стало достоверностью, а это косвенно служит временным доказательством равенства их масс.
По теории Дирака, положительные электроны имеют только очень короткую среднюю продолжительность жизни, пока какой-либо отрицательный электрон сверху не соскочит с легкостью вниз, в незанятое состояние. Таким образом «дырка» заполнится, и произойдет исчезновение сразу обоих − и положительного и отрицательного − электронов одновременно; при этом излучится 2 кванта энергии.
Мы чувствуем себя обязанными перед проф. Дираком не только за весьма ценное и неоднократное обсуждение этих вопросов, но также и за позволение привести результаты его вычислений по определению действительной вероятности этого процесса «аннигиляции» (исчезновения) электронов. Размеры поперечного сечения электронов при аннигиляции (в единицах площади) суть:

и γ = (1 − v2/c2) -1/2 , а v − скорость положительного электрона».

В стабильных атомных ядрах существует определенное равновесное соотношение между числом протонов Z и числом нейтронов в ядре N

где A + Z + N. Если число протонов превышает это равновесное значение, то протон p в ядре может в результате β + -распада превратиться в нейтрон n, позитрон e + и электронное нейтрино ν_e

Позитроны образуются при β + -распаде атомных ядер. Впервые позитроны образующиеся при β + -распаде наблюдали Ф. Жолио и И. Кюри.
Такой распад происходит только внутри атомного ядра. Свободный протон является стабильной частицей, т.к. его масса m(p) меньше суммы масс нейтрона m(n), позитрона m(e + ) и нейтрино m(ν_e). Аналогичная ситуация имеет место и в случае ядер, перегруженных нейтронами относительно равновесного значения. Нейтрон n внутри ядра распадается, превращаясь в протон p, электрон e — и электронное антинейтрино _e

Однако в отличие от протона распад свободного нейтрона возможен, т.к. масса покоя нейтрона m(n) больше суммы масс протона m(p), электрона m(e — ) и электронного антинейтрино m(_e). Распады протонов и нейтронов в атомном ядре привели к появлению чрезвычайно глубокой концепции физики частиц – в результате распада появляются новые частицы, которых не было в начальном состоянии. Протон, электрон и электронное антинейтрино не существуют внутри нейтрона, они образуются при β-распаде нейтрона. Эта концепция впервые была развита Э. Ферми в созданной им теории β-распада.
Процессы β‑распада, аннигиляции и рождения пар заставили по-новому осмыслить, что же такое элементарная частица. Элементарная частица перестала быть неизменным «кирпичиком» в строении материи. Возникла новая чрезвычайно глубокая концепция взаимного превращения элементарных частиц. Оказалось, что элементарные частицы могут рождаться и исчезать, превращаясь в другие элементарные частицы.

Дж. Чадвик, П. Блэкетт, Г. Оккиалини: «Опыты Андерсона и Блэкетта–Оккиалини позволили открыть такие явления в камере Вильсона, которые с большой убедительностью доказывают существование положительных электронов − частиц приблизительно с тою же массой, что и обычный электрон, но несущих с собою положительный элементарный заряд.
Некоторые явления, наблюдавшиеся при прохождении нейтронов через вещество, и опыты Кюри и Жолио, в которых был зафиксирован в камере Вильсона след от электрона, движущегося навстречу бомбардирующим нейтронам, заставили предположить возможность получения положительных электронов в процессе взаимодействия нейтронов и вещества. И действительно, на днях нам удалось заснять явления, которые могут быть истолкованы в этом смысле.
Препарат полония и бериллиевый экран были расположены в непосредственной близости к стенкам камеры Вильсона. К внутренней стенке камеры прикреплялся свинцовый экранчик с поверхностью около 2.5 см 2 и в 2 мм толщиною. Этот свинцовый экранчик, следовательно, и фотографировался в то время, когда он подвергался действию излучения, шедшего от бериллия и состоявшего из γ-лучей и нейтронов. Съемка производилась посредством стереоскопической пары аппаратов. В течение расширения налагалось магнитное поле, напряженность которого обыкновенно была приблизительно 800 гаусс.
Большая часть следов, попавших на фотографии, судя по знаку их кривизны, очевидно, обязана своим происхождением отрицательным электронам. Но обнаружено немало и таких случаев, когда следы, имея один конец либо в самом свинцовом экранчике, либо поблизости от него, обладают кривизной противоположного знака. Одно из двух: или эти следы принадлежат частицам, несущим положительный заряд, или − отрицательным электронам, испущенным из разных отдаленных углов камеры и как-то так удачно собирающимся магнитным полем, что их следы заканчиваются как раз на свинцовой пластинке. С точки зрения статистики, конечно, гораздо более вероятен первый вариант объяснения, т.е. что следы начинаются в экранчике и, следовательно, прочерчены частицами, несущими положительный заряд.
Яркое доказательство этой гипотезы было получено путем расположения металлической пластинки поперек камеры с тем, чтобы перехватить пути частиц. При этом удалось получить пока лишь немного настолько хороших фотографий, чтобы след с положительной кривизной, пройдя через пластику, оставался бы в фокусе от начала до конца. Однако уже и эти фотографии не оставляют никаких сомнений в том, что частицы испускаются из свинцового экранчика или мест, поблизости от него; поэтому мы имеем здесь дело с положительно заряженными частицами. В одном случае пластинка представляла собою слой меди в 0.25 мм толщиною. В этом случае след со стороны обстреливаемой поверхности пластинки имел кривизну, соответствовавшую значению Hρ = 12700 , а со стороны защищенной Hρ − 10 тыс. Это указывает на то, что частицы распространялись от экранчика через медную пластинку, теряя определенное количество энергии в пластинке. Изменение значения Hρ за время прохождения частицы через медь, примерно, то же самое, что и у отрицательного электрона, поставленного в те же самые условия. Характеристическая ионизация частицы также, примерно, такая же, что и у отрицательного электрона. Эти наблюдения согласуются с предположением, что масса и величина заряда положительной частицы − те же самые, что и для отрицательного электрона.
Каким способом получаются эти положительные электроны, еще пока неясно: зарождаются ли они под воздействием нейтронов, входящих в излучение бериллия, или благодаря сопровождающему нейтроны у излучению? Надо надеяться, что дальнейшие опыты, уже ведущиеся, разрешат этот вопрос» [†].

Источники позитронов

Позитроны образуются при распаде β + -радиоактивных ядер, большинство из которых получаются искусственным путем или остались на Земле как продукты нуклеосинтеза в звездах.

22 Na − источник позитронов

В качестве источника позитронов широко используется изотоп 22 Na. Период полураспада изотопа 22 Na равен 2.6 года. В 90% случаев распад происходит в результате β + -распада

22 Na → 22 Ne + e + + ν_e,

с образованием стабильного изотопа 22 Ne (рис. 3.7).
В 10% случаев распад 22 Na происходит в результате е-захвата

22 Na + e — → 22 Ne + ν_e.

Рис. 3.7. Радиоактивный источник позитронов 22 Na.

Практически 100% распадов происходит на первое возбужденное состояние 22 Ne с энергией E* = 1.27 МэВ, J P = 2 + . Распад в основное состояние 22 Ne J P = 0 + составляет 0.05%. Поэтому β + -распад 22 Na практически всегда сопровождается появлением γ-кванта с энергией 1.27 МэВ.

[*] Опубликовано в Proc. Roy. Soc. 139, A839, 639 (март 1933); перевод В. В. Бовина. УФН, т. 33, вып. 7 (1933). «Разрушение атомов космическими лучами и положительный электрон». Название статьи в английском оригинале: Some Photographs of the Tracks of Penetrating Radiation.

[†] J. Chadwick, P. M. S. Blackett & G. Occhialini. “New Evidence for the Positive Electron”, Nature 131, 473 (April 1933)