Vật Lý Nguyên Tử Và Hạt Nhân

Tới thế kỉ XIX quan niệm về nguyên tử là phần tử cuối cùng không phân li được do Đêmôcrít đề xướng từ thế kỉ thứ V, trước công nguyên đã không thể tồn tại được nữa. Bởi vì ngay từ sự kiện khám phá ra các hạt electron (1897) đã cho người ta nhận thấy rằng nguyên tử phải có những thành phần và những cấu trúc nhất định. - Năm 1903 nhà vật lý người Anh Tômxơn (Thomson) đã đưa ra mô hình nguyên tử cụ thể đầu tiên....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Vật Lý Nguyên Tử Và Hạt Nhân Khoa Sư PhạmVật Lý Nguyên Tử Và Hạt Nhân Tác giả: Trần ThểChương I: Cấu trúc nguyên tử theo lý thuyết cổ điểnMẫu nguyên tử Thomson và thí nghiêm Rutherford về tán xạ hạt a1.MẪU NGUYÊN TỬ THOMSON. - Tới thế kỉ XIX quan niệm về nguyên tử là phần tử cuối cùng không phân li được do Đêmôcrít đề xướng từ thế kỉ thứ V, trước công nguyên đã không thể tồn tại được nữa. Bởi vì ngay từ sự kiện khám phá ra các hạt electron (1897) đã cho người ta nhận thấy rằng nguyên tử phải có những thành phần và những cấu trúc nhất định. - Năm 1903 nhà vật lý người Anh Tômxơn (Thomson) đã đưa ra mô hìnhnguyên tử cụ thể đầu tiên. Theo Thomson, nguyên tử có dạng hình cầu với kíchthước vào bậc Angstron (1Å = 10-10m). tích điện dương dưới dạng một môitrường đồng chất, còn các elctrron thì phân bố rải rác và đối xứng bên tronghình cầu đó (hình 1-1). - Điện tích dương của môi trường và điện tích âm của các electron bằngnhau để đảm bảo tính trung hoà về điện của nguyên tử. Mô hình này còn đượcgọi là mẫu nguyên tử “bánh hạt nhân”. - Trong thời gian dài mẫu nguyên tử của Tômxơn có vẻ như hợp lý. Nhưsau kiểm nghiệm lại mẫu bằng cách cho những hạt đi xuyên sâu vào bên tronghạt nhân thì kết quả khác so với đoán nhận lý thuyết theo mẫu Thomson.2. THÍ NGHIỆM RUDÔPHO VỀ TÁN XẠ HẠT . - Các nhà khoa học dùng một nguồn phóng xạ tự nhiên phát ra chùm hạt anpha (α) có vận tốc lớn. Các hạt này là các nguyên tố Hêli đã mất 2 electron, vì vậy nó có điện tích (+2e). Sơ đồ thí nghiệm được bố trí như hình vẽ (1-2) - Chùm hạt α đi qua một khe hẹp đập vào một lá vàng mỏng, phía sau lávàng là màn huỳnh quang, phủ lớp Sunfit kẽm nó cho ta một dấu hiệu loé sángkhi có hạt a đập vào. - Theo dự đoán hầu hết các hạt a sẽ xuyên qua lá vàng. Kết quả này dựatheo mẫu nguyên tử Tômxơn là nguyên tử có các điện tích dương phân bố đềutrong nguyên tử. Như vậy các hạt a chỉ chịu tác dụng của điện trường rất yếu,và coi như không chịu ảnh hưởng gì khi đi qua lá vàng, do vậy mà phươngchuyển động ban đầu không thay đổi. Thế nhưng kết quả thí nghiệm hoàn toànkhác với dự đoán. Kết quả thí nghiệm là: Đa số các hạt a bay thẳng, xuyên qua lá vàng, nhưngsố ít bị lệch với những góc rất lớn, thậm chí có hạt bay trở lại. Kết quả thínghiệm mâu thuẫn với mẫu nguyên tử Tômxơn. Như vậy để giải thích được hiện tượng này thì phải giả thuyết rằng trongnguyên tử phải có một điện trường cực mạnh mới có thể làm cho các hạt a bịlệch so với góc lớn. Từ đó Rudopho bỏ mẫu nguyên tử Tônxon và co ràng các điện tích dươngtrong nguyên tử phải tập trung lại trung tâm của nguyên tử và được gọi là hạtnhân của nguyên tử. Như vậy mẫu nguyên tử của Rudopho được hình dunggồm hạt nhân ở giữa tại đó tập trung toàn bộ điện tích dương và gần như toànbộ khối lượng của nguyên tử, xung quanh có các electron chuyển động. Với mô hình như vậy có thể giải thích được hiện tượng tán xạ của chùm hạta. Vì kích thước hạt nhân nhỏ hơn rất nhiều so với kích thước nguyên tử, nênđại bộ phận các hạt a xuyên qua được và đi thẳng, chỉ những hạt nào đi gần sáthạt nhân mới chịu lực đẩy tĩnh điện, rất mạnh làm cho nó có thể lệch hướng bayvới góc lệch đáng kể.3. LÝ THUYẾT TÁN XẠ HẠT a TRÊN NGUYÊN TỬ, CÔNG THỨC TÁN XẠ(RUDƠPHO): - Từ mẫu nguyên tử nêu trên Rudơpho đã thiết lập công thức cho phép tính toán được số hạt α bị tán bởi một lá kim loại mỏng. - Giả thiết hạt α và hạt nhân đều là những điện tích điểm và tương tác ở đâylà tương tác Culong. Các electron có khối lượng rất nhỏ nên có thể bỏ quatương tác của chúng. Bài toán còn lại chỉ là tương tác của hai vật và đó chính là2 điện tích điểm mang điện tích dương. Ngoài ra còn giả thiết rằng hạy nhânnguyên tử được coi là đứng yên vì bia đứng yên. Hãy xét chùm hạt α có động năng T từ xa bay về phía hạt nhân. Khi đókhoảng cách từ hạt nhân đến phương chuyển động của hạt a, nếu như khôngcó lực tác dụng giữa chúng được định nghĩa bằng khoẳng cách nhìn b, đóng vaitrò như một thông số va chạm, có liên quan đến góc tán xạ θ. Là góc giữaphương tới ban đầu và phương bị lệch của hạt α. Vì vậy khi hạt tới gần hạtnhân lực đẩy Culong tăng lên rất nhanh và một phần động năng của hạt achuyển thành thế năng Culong: U= k với qui ước thế năng ở bằng 0. Theo cơ học dưới tác dụng của lực đẩy xuyên tâm hạt a sẽ chuyển động theomột quỹ đạo Hypecbol mà hạt nhân là một trong hai tiêu điểm. Góc tán xạ q làgóc hợp bởi hai đường tiệm cận của nhánh Hypecbol đó (hình 1-3). Nó liên hệvới khoảng cách nhắm b theo công thức sau:cotg = (1-1) Không thể xác nhận trực tiếp công thức trên bằng thực nghiệm vì khôngđược khoảng nhắm b. Trước hết ta nhận xét rằng một hạt α tiến gần lại hạt nhân với khoảng nhắmb sẽ bị tán xạ theo góc θ xác định như trên. Nếu khoảng nhắm nhỏ hơn b, thìgóc θ sẽ lớn hơn. Hay một hạt a bay theo phương nào đó trong phạm vi diệntích hình tròn πb2 bao quanh một hạt nhâ ...