Πείραμα Σκέδασης Άλφα Σωματιδίων

Εισαγωγή 

Ένας Βρετανός επιστήμονας ονόματι Ernest Rutherford διεξήγαγε αρκετά πειράματα και με βάση τις παρατηρήσεις που έγιναν, η ατομική δομή των στοιχείων εισήχθη μαζί με το Ατομικό Μοντέλο Rutherford. Αν είστε κάποιος που του αρέσει να πειραματίζεται ή να διαβάζει γι 'αυτό, εδώ είναι ένα ενδιαφέρον άρθρο για εσάς.

Σήμερα, σε αυτό το άρθρο σχετικά με την κατανόηση του πειράματος σκέδασης σωματιδίων Άλφα, θα λάβετε λεπτομερείς πληροφορίες για το πείραμα σκέδασης άλφα του Ράδερφορντ, τις παρατηρήσεις του και άλλα σχετικά θέματα, όπως το ατομικό μοντέλο και άλλα. Έτσι, χωρίς περαιτέρω καθυστέρηση, ας ξεκινήσουμε με την Εισαγωγή στο πείραμα σκέδασης σωματιδίων άλφα στο υλικό μελέτης της φυσικής.

Πείραμα σκέδασης άλφα του Rutherford

Ο Ernest Rutherford πειραματίστηκε βομβαρδίζοντας ένα λεπτό φύλλο χρυσού πάχους 100 nm με το σωματίδιο άλφα που συμβολίζεται ως α. Αργότερα, διεξήγαγε μια ενδελεχή μελέτη σχετικά με την τροχιά αυτών των σωματιδίων από τη στιγμή που είχαν αλληλεπιδράσει με το φύλλο χρυσού. Πέρασε ρεύματα υψηλής ενέργειας σωματιδίων άλφα στο φύλλο χρυσού από μια ραδιενεργή πηγή κατά τη διάρκεια του πειράματος.

Για τη μελέτη της παραμόρφωσης που αντιμετωπίζουν τα α-σωματίδια, τοποθετήθηκε με ασφάλεια ένα φθορίζον κόσκινο θειούχου ψευδαργύρου γύρω από το φύλλο χρυσού. Οι παρατηρήσεις του έρχονται σε αντίθεση με το ατομικό μοντέλο του Thomson.

Μια σύντομη εισαγωγή στις ακτίνες Άλφα 

Οι ακτίνες άλφα είναι τα πρώτα θετικά φορτισμένα σωματίδια στη λίστα. Οι ακτίνες άλφα συμβολίζονται με α. Τα σωματίδια του είναι επίσης γνωστά ως άτομα ηλίου. Αυτά τα σωματίδια είναι εξαιρετικά ενεργητικά και ενεργά άτομα ηλίου που περιλαμβάνουν κυρίως δύο πρωτόνια και νετρόνια. Το σωματίδιο άλφα έχει τη μέγιστη ισχύ ιονισμού, ενώ την ελάχιστη ισχύ διείσδυσης.

Εάν εισέλθουν στο σώμα σας λόγω της εξαιρετικά υψηλής ισχύος ιονισμού, μπορεί να προκαλέσουν μεγάλη βλάβη στα εσωτερικά όργανα. Μπορούν να ιονίσουν πολλά άτομα ακόμη και σε μικρή απόσταση. Αυτό συμβαίνει επειδή οι ραδιενεργές ουσίες, όπως το άλφα, πρέπει να αντιμετωπίζονται μόνο αφού φοράτε γάντια.

Ιδιότητες των ακτίνων Άλφα

Εδώ είναι ο κατάλογος των ιδιοτήτων των ακτίνων άλφα –

• Η φύση των σωματιδίων – Οι ακτίνες άλφα είναι θετικά φορτισμένα σωματίδια που αποτελούνται από πυρήνες 4He2.
• Φόρτιση στα σωματίδια – Οι ακτίνες άλφα έχουν δύο θετικές (+) μονάδες φορτίου. Αυτό σημαίνει ότι είναι +2e.
• Μάζα των σωματιδίων – Η μάζα των σωματιδίων άλφα είναι 6,6466 × 10–27 kg.
• Εύρος σωματιδίων – Οι ακτίνες άλφα είναι ~10 cm στον αέρα. Μπορεί να σταματήσει με 1 mm μεταλλικό φύλλο αλουμινίου.
• Φυσικές πηγές των σωματιδίων – Οι ακτίνες άλφα ακτινοβολούνται φυσικά μέσω των φυσικών ραδιοϊσοτόπων, π.χ. 236U92.

Πειράματα Σκέδασης Άλφα του Ράδερφορντ

Σύμφωνα με τις παρατηρήσεις του πειράματος σκέδασης άλφα του Rutherford, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα ακόλουθα σημεία – 

• Έγραψε ότι τα περισσότερα σωματίδια άλφα οδήγησαν προς το λεπτό φύλλο χρυσού χωρίς σπάσιμο ή παραμόρφωση. Σημαίνει ότι δεν υπάρχει χώρος σε ένα άτομο.
• Καταγράφηκε ότι ένας μικρός αριθμός σωματιδίων άλφα εκτρέπεται και αυτό σε πολύ μικρή γωνία. Επομένως, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι το θετικό φορτίο στο άτομο δεν κατανέμεται ομοιόμορφα.
• Η τελευταία παρατήρηση ήταν ότι ένας πολύ μικρός αριθμός σωματιδίων άλφα εκτρέπονταν. Μπορούμε να συμπεράνουμε ότι ο όγκος στα θετικά φορτισμένα σωματίδια του ατόμου είναι εξαιρετικά μικρός σε σύγκριση με τον συνολικό όγκο του ατόμου.

Ατομικό μοντέλο Rutherford

Ανάλογα με τα παραπάνω συμπεράσματα και παρατηρήσεις, η ατομική δομή των στοιχείων προτάθηκε από τον Rutherford, ο οποίος αναφέρει – 

• Το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του ατόμου και τα θετικά φορτισμένα σωματίδια υπήρχαν σε εξαιρετικά μικρούς όγκους, που αναφέρονται ως πυρήνας.
• Σύμφωνα με το ατομικό μοντέλο του Rutherford, τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια περιβάλλουν τον πυρήνα. Πίστευε επίσης ότι τα ηλεκτρόνια που περιέβαλλαν τον πυρήνα περιστρέφονταν γύρω του με εξαιρετικά υψηλή ταχύτητα σε κυκλική κίνηση, που ονομάζονται τροχιές.
• Ο πυρήνας είναι θετικά φορτισμένος. Ωστόσο, τα ηλεκτρόνια φορτισμένα θετικά, και τα δύο συγκρατήθηκαν σφιχτά από μια ηλεκτροστατική δύναμη έλξης.

Περιορισμοί του ατομικού μοντέλου Rutherford

Ωστόσο, το ατομικό μοντέλο του Rutherford είχε μεγάλη επιτυχία. Ωστόσο, υπήρχαν ορισμένοι τομείς που αυτό το μοντέλο απέτυχε να εξηγήσει. Εδώ είναι οι περιορισμοί του ατομικού μοντέλου Rutherford:

• Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα ηλεκτρόνια που περιβάλλουν τον πυρήνα που περιστρέφονται γύρω του με εξαιρετικά υψηλή ταχύτητα σε κυκλική κίνηση ήταν γνωστά ως τροχιές. Σύμφωνα με τον Maxwell, τα φορτισμένα σωματίδια προκαλούν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Ως αποτέλεσμα, το ηλεκτρόνιο που περιστρέφεται γύρω από τον πυρήνα χρειάζεται να εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Ως εκ τούτου, η θεωρία του Rutherford και η θεωρία του Maxwell έρχονται σε αντίθεση μεταξύ τους σε ορισμένους σημαντικούς τομείς.
• Ένας άλλος σημαντικός περιορισμός του ατομικού μοντέλου Rutherford ήταν ότι δεν ανέφερε τη διάταξη των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο σε ολόκληρη τη θεωρία του, λόγω της οποίας πολλοί πίστευαν ότι η θεωρία του δεν είχε ολοκληρωθεί.
• Αν και πολλά ατομικά μοντέλα δεν ανταποκρίθηκαν στις προσδοκίες κατά την εξήγηση συγκεκριμένων πειραματικών αποτελεσμάτων, θεωρήθηκαν ως η βάση για τη διεξαγωγή μελλοντικής έρευνας.

Συμπέρασμα 

Μελετήσαμε το πείραμα σκέδασης σωματιδίων άλφα λεπτομερώς. Ο Ernest Rutherford διεξήγαγε πολλά πειράματα και με βάση τις παρατηρήσεις που έγιναν, η ατομική δομή των στοιχείων εισήχθη μαζί με το Rutherford Atomic Model που μελετήσαμε σε αυτό το υλικό μελέτης.

Καλύψαμε την εισαγωγή στο πείραμα άλφα-σκέδασης του Ράδερφορντ , όπου εξερευνήσαμε πώς αποφάσισε να βομβαρδίσει ένα λεπτό φύλλο χρυσού πάχους 100 nm με το σωματίδιο άλφα που συμβολίζεται ως α. Συζητήσαμε επίσης εν συντομία τις ακτίνες άλφα, μαζί με τους περιορισμούς παρατηρήσεων του ατομικού μοντέλου Rutherford .