Волновые свойства нейтронов

Почему при стрельбе из автоматической винтовки не обнаруживаются волновые свойства пуль, тогда как они проявляются при исследовании пучка нейтронов [c.378]

Решение. Луи де Бройль пришел к выводу, что двойственная природа характерна не только для фотонов и что каждая микрочастица, имеющая массу покоя (электрон, протон, нейтрон, а-части-ца и т. д.), обладает также и волновыми свойствами. Длина волны X, возникающая при движении материальной частицы, зависит от ее массы покоя т, скорости и и определяется уравнением [c.18]

ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВ/к НЕЙТРОНОВ [c.198]

Нейтроны подчиняются законам волновой механики, и наблюдение волновых свойств нейтронов возможно и выполнимо в значительном числе опытов. Для тепловых нейтронов ( 1/40 эв) длина волны порядка 2-10 см, т. е. близка к межатомным расстояниям, поэтому можно наблюдать дифракцию нейтронных волн на кристаллах, подобно дифракции рентгеновских лучей, имеющих длину волны того же порядка. Если на грань кристалла, спиленную параллельно ряду плоскостей кристаллической решетки, падают рентгеновские лучи (рис. 95), то в направлении, которое характеризуется углом отражения 0, равным углу падения, отражаются лучи с длиной волны Я,, определяемой соотношением Вульфа — Брэгга [c.198]

Наличие у электронов волновых свойств вскоре получило прямое экспериментальное подтверждение в открытии явления дифракции электронов. Явление дифракции было хорошо известно для световых лучей, для рентгеновских лучей и других электромагнитных колебаний (см. курс физики). Дифракция всецело обусловливается волновыми свойствами этих лучей. Поэтому существование дифракции электронов подтверждает наличие у них волновых свойств. Это явление, теоретически предсказанное де Бройлем (1924), было экспериментально установлено Дэвиссоном и Джермером (1927). В СССР оно впервые было исследовано П. С. Тартаковским в том же году. Позднее был разработан основанный на этом явлении метод электронографии, аналогичный методу рентгенографии, получивший в настоящее время широкое применение для исследования строения молекул и кристаллов. На рис. 5 представлена электронограмма молекул СЗг. Подобное же явление дифракции нейтронов послужило основой для разработки метода нейтронографии, также имеющего практическое использование. В результате гипотеза о волновых свойствах микрочастиц получила экспериментальное подтверждение, и в настоящее время принимают, что все частицы микромира, например электрон, всегда [c.47]

Волновые свойства электронов, а вместе с ними идея де Бройля нашли экспериментальное подтверждение в опытах по рассеянию и дифракции электронов, проведенных в 1927 г. в США, Великобритании и СССР. В Советском Союзе блестящие опыты по дифракции электронов были проведены в Ленинградском политехническом институте проф. П. С. Тартаковским. Впоследствии опытным путем была обнаружена дифракция нейтронов, протонов, атомов гелия, молекул водорода и других микрообъектов. В настоящее время волновые свойства материальных частиц широко применяются в методах исследования строения вещества — электронографии, нейтронографии и др. [c.37]

Нейтроны также обладают волновыми свойствами, причем тепловые нейтроны обладают примерно такими же длинами волн, как и рентгеновские лучи от обычно применяемых антикатодов. Однако вследствие отсутствия у нейтронов электрического заряда они рассеиваются иначе, чем рентгеновские и электронные лучи. Нейтроны рассеиваются главным образом ядрами атомов. [c.33]

Наличие у материальных частиц волновых свойств было подтверждено экспериментально. В 1927 г. американские физики Дэвиссон и Джермер и англичанин Томсон с помощью пучка электронов получили дифракционную картину, подобную той, что была известна с 1912 г. для рентгеновских лучей. Позднее появились экспериментальные доказательства наличия волновых свойств у таких материальных объектов, как протон, нейтрон, атом гелия, молекула водорода. Таким образом, было доказано, что описание поведения микрообъектов должно обязательно учитывать их волновые свойства. [c.162]

Волновой характер имеют не только электроны, но также протоны, нейтроны (разд. 3.5) и другие частицы. Их длины волн можно рассчитать по уравнению де Бройля, подставляя в него соответствующие значения масс частиц. Относительная способность разных атомов кристалла рассеивать нейтроны отличается от соответствующей способности рассеивать рентгеновские лучи. Как следствие этого, изучение дифракции нейтронов кристаллами дает дополнительную информацию к той, которую можно получить при изучении дифракции рентгеновских лучей. Оказалось, что дифракция нейтронов дает особенно ценную информацию о расположении атомов водорода в кристалле, содержащем более тяжелые атомы, а также при изучении веществ, обладающих магнитными свойствами. [c.72]

Длину волны такой частицы часто называют длиной волны де Бройля. Для любой частицы с массой т и известной скоростью длину волны де Бройля можно рассчитать. Например, для электрона с энергией около 1,6- 10" эрг, а это довольно низкая энергия, длина волны де Бройля будет порядка 1,2 А. Эта величина примерно соответствует параметрам кристаллических решеток. Используя близость значений кристаллических параметров и длины волны де Бройля для электрона с энергией около 1,6-10 эрг, Дэвиссон и Джермер показали, что электрон и в действительности имеет волновой характер. Применяя кристалл никеля как дифракционную решетку, они получили дифракционную картину, которую можно было легко объяснить с помощью волнового движения электрона. Если об истинности корпускулярного характера электрона может возникнуть вопрос, то волновые свойства были обнаружены для таких бесспорно материальных частиц, как нейтрон и атом гелия. [c.41]

Обычно нейтроны и электроны считают частицами, однако обе частицы обладают волновыми свойствами, а соответствующие им длины волн можно сделать сопоставимыми с межатомными расстояниями в кристаллах. Вследствие этого для потока частиц наблюдаются такие же явления дифракции, как и для рентгеновских лучей. Для дифракции нейтронов применимы те же принципы оптической интерференции, но необходимы другие измерительные устройства. [c.53]

Экспериментально было установлено, что ядро как бы отдаеТ предпочтение нейтронам с определенной величиной скорости. Для объяснения такого явления нейтрон рассматривают, согласно Бете, как падающую на ядро волну, которая может попасть в резонанс с ядром, также обладающим волновыми свойствами. Это бывает тогда, когда частота нейтронной волны согласуется с частотой ядра. В данном случае имеется аналогия с селективным поглощением при взаимодействии света с веществом. Так как частота является функцией скорости нейтронов, то условиям резонанса должна удовлетворять вполне определенная скорость нейтронов. [c.45]

НЕЙТРОНОГРАФИЯ — метод изучения структуры молекул, кристаллов, жидкостей с помощью дифракции (рассеивания) нейтронов имеет много общего с рентгегюграфией. Дифракция нейтронов — типичное оптическое явление, аналогичное дифракции рентгеновских лучей, в котором ярко проявляются волновые свойства нейтрона. Для нейтронографических исследований требуются пучки тепловых нейтронов высокой интенсивности. Поэтому Н. начала развиваться лишь после строительства ядерных реакторов. Для исследования структуры вещества узкий направленный пучок тепловых нейтронов из реактора падает на монокристалл. Отражение нейтронных волн от кристаллической поверхности происходит в результате взаимодействия нейтронов с ядрами кристалла. Чтобы определить структуру кристалла, надо измерить углы, под которыми наблюдаются отражения первого порядка и интенсивность его. Н. имеет ряд преимуществ по сра-внлшю с рентгенографией благодаря зк1 чительному расширениво числа объектов исследования. [c.172]

Эффективные сечения рассеяния нейтронов на атомных ядрах определяются ядерными силами и зависят от свойств ядер и энергии относительного движения нейтрона и ядра. Точное вычисление эффективных сечений рассеяния в настоящее время невыполнимо из-за плохого знания волновых функций, определяющих основное и возбужденные состояния атомных ядер, и больших математических трудностей. Приходится прибегать к некоторым упрощениям. Одно из таких упрощений базируется на малом радиусе ( 10 см) действия ядерных сил. Область взаимодействия нейтрона с ядром практически совпадает с объемом ядра. Если обозначить наименьший радиус, при котором еще не проявляются ядерные силы, буквой R, то при энергии относительного движения n k / 2 i), соответствующей неравенству kR< , в рассеянии участвуют только s-волны (/ = 0). Неравенство kR -С 1 выполняется в сравнительно широком интервале энергий (О—5 МэВ). Нейтроны таких энергий называют медленными нейтронами. [c.569]

Расчет длины волны электронов по электронограмме показал, что она порядка длин рентгеновских волн, т. е. порядка нескольких ангстремов в соответствии с тем, как следует из формулы де Бройля. Опыт подтвердил наличие предполагавшихся волновых свойств у электронов и справедливость формулы де Бройля. Позднее способность к дифракции была обнаружена и у других микрообъектов (атомов гелия Не, молекул водорода На, нейтронов и др.) и тем самым доказана двойственная природа любых микрочастиц. Стало ясно, что классическая механика, основанная на законах Ньютона, не учитывающая двойственной природы микрообъектов, приемлема лишь для объектов, у которых волновые свойства выражены в столь малой степени, что практически не проявляются, т. е. для макрообъектов. [c.18]

В современной науке представления о состоянии электронов, участвующих в образовании химических связей, получили дальнейшее развитие на основе квантовой механики. Эта область физики, занимающаяся изучением законов движения микрочастиц (атомов, электронов, протонов, нейтронов и т. д.) и учитывающая в отличие от классической механики волновые свойства материи, связана с применением сложных математических расчетов и теоретических положений. Мы ограничимся кратким изложением основных понятий о природе ковалентных связей в свете представлений квантовой механики. [c.24]

Большой опыт пионеров кристаллографии позволял им определить из наблюдений за формой и морфологией кристаллов свойства их симметрии, а значит и тип, даже если грани кристалла совершенно не напоминали его элементарную ячейку. Сегодня для определения типа кристаллической структуры служат эффективные методы дифракции рентгеновских, электронных и нейтронных лучей, непосредственно дающие сведения о микроскопическом строении твердого тела и применимые даже в случае очень тонких кристаллитов. Эти современные методы исследования основаны на дифракции волн в трехмерной периодической решетке кристалла. В 1912 г. физики Лауэ и Фридрих впервые доказали, что при прохождении рентгеновских лучей через кристалл возникают характерные картины дифракции. Позднее аналогичные явления наблюдались при использовании электронных и нейтронных лучей. Согласно закономерностям квантовой теории дифракция основана на волновых свойствах частиц По положению максимума дифракции и его интенсивности можно определить не только тип кристаллической структуры, но и точное расстояние между частицами в решетке, а также другие важные характеристики кристалла. Использование современных высокоавтоматизированных приборов для изучения структуры и точная обработка экспериментальных данных с помощью ЭВМ позволяют с большой точностью измерять атомное строение материала. Данные, полученные таким образом, являются основной предпосылкой для глубокого проникновения в свойства материалов на атомно-теоретическом уровне и способствуют разработке новых способов получения высокочистых материалов. [c.63]

Поскольку масса электрона примерно в 1840 раз меньше массы протона (и нейтрона), то движение электронов относительно ядра можно рассматривать как движение в поле неподвижного заряда. Для расчета свойств атома необходимо достаточно точно описать движение электронов. Однако согласно принципу неопределенности (Гейзенберг, 1927 г.), координаты в пространстве и скорость движения электрона в любой момент времени не могут быть определены одновременно с достаточной степенью точности. Единственный реальный подход к описанию движения электронов основан на предположении де Бройля (1924 г.), которое позднее было экспериментально подтверждено Томсоном (1928 г.), что каждая частица при движении в пространстве проявляет не только корпускулярные, но и волновые свойства, причем длина волны (К) движущейся частицы равна [c.8]

В 1927 г. Дэвиссон и Джермер доказали, что электроны способны в свою очередь вести себя как волны. Направив пучок электронов на поверхность кристалла никеля, эти исследователи наблюдали в отраженном пучке такие же зоны ослабления и усиления, какие характерны для отражения коротковолнового пучка света от кристалла. В настоящее время имеются бесспорные доказательства волновых свойств у нейтрона и других элементарных частиц. [c.74]

Другой способ их обнаружить — изучить дифракцию не рентгеновского излучения, а нейтронов. Эти частицы также обладают волновыми свойствами, причем тепловым нейтронам, которые излучает ядерный реактор, свойственны длины волн порядка 0,1 нм. Как раз то, что надо для рассеяния на кристаллах. Оно и происходит, подчиняясь тем же правилам, что и рассеяние электронов. Однако нейтроны отражаются в первую очередь не от электронов, а от ядер. Благодаря чему и становится доступным метод исследования (нейтронография), который дополняет рентгеноструктурный анализ примерно так же, как спектроскопия комбинационного рассеяния — инфракрасную. [c.205]

Есть веские причины считать, что атомы представляют собой мельчайшие кирпичики , из которых построены все вещества. Перейдем теперь к обсуждению строения самих атомов. В гл. 4 было рассказано о том, что атомы состоят из электронов, протонов и нейтронов и что масса атома почти полностью сосредоточена в его ядре. Мы познакомились также с некоторыми свойствами света и установили, что в одних случаях его можно рассматривать как волновой процесс, а в других—как поток частиц (корпускул), энергия которых квантована. [c.67]

Из этой формулы следует, что длины волн, соответствующие скоростям нейтронов, находящихся в тепловом равновесии с атомами замедлителя при температурах О и 100°С, равны соответственно 1,55 и 1,33 A. Это обстоятельство весьма важно, поскольку нейтроны длиной волны такого порядка наиболее удобны для изучения структуры и атомной динамики твердых тел и жидкостей. Метод монохроматизации медленных нейтронов основывается как на волновых, так и на корпускулярных свойствах этих частиц. В первом случае монохроматизация нейтронов производится при отражении от монокристалла или поликрис-таллических фильтров, во втором — с помощью механических прерывателей. [c.94]

Как структурная, так и стереохимическая теория в своем развитии опирались на изучение изомерии. Познавательное значение явления изомерии полностью сохранилось и в настоящее время. По мере обогащения новыми методами исследования, в результате применения которых в область интересов химика входят такие частицы, как электроны, протоны, нейтроны, позитроны и т. п., у пас появляются и связанные со свойствами этих частиц новые виды изомерии. Достаточно вспомнить, что еще сравнительно недавно открытие изомерии орто- и параводорода послужило одним из наиболее блестящих доказательств правильности идей волновой механики. Отыскание теоретически предвидимых изомеров до сих пор является одним из крупнейших успехов, которые могут быть достигнуты органической и неорганической химией. [c.250]

Свойства света нельзя исчерпывающе описать на основании аналогии лишь с обычными волнами или лишь с обычными частицами. Установлено, что для понимания одних явлений более удобно считать свет волновым движением, тогда как при рассмотрении других явлений предпочтительнее считать свет состоящим из фотонов (разд. 3.11 и 3.12). Эта корпускулярно-волновая двойственность присуща также материи. Электроны, протоны, нейтроны и другие материальные частицы, как установлено, обладают некоторыми свойствами, которые ученые обычно связывают с волновым движением. Так, лучок электронов или пучок яейтронов может быть дифрагирован точно так же, как и пучок рентгеновских лучей. На дифракции электронов и нейтронов основаны важные методы изучения структуры кристаллов и молекул газов. Длина волны электрона, нейтрона или какой-либо другой частицы зависит от ее массы покоя и скорости, с которой она перемещается. Длина волны частицы определяется уравнением де Бройля Я,= /1/тг), где к — длина волны частицы, к — постоянная Планка, т — масса и у — скорость (разд. 3.11). [c.586]

Для того чтобы описать эти переходы, Ферми применил математический аппарат квантовой механики, аналогичный использованному для обработки данных об электромагнитном излучении атома. На основании волнового уравнения, зависящего от времени, можно выяснить возникновение и аннигиляцию фотонов в момент их излучения или поглощения во внеядерных процессах. Ввиду того что электрон как таковой не существует в ядре, в соответствии с нейтрон-протонной моделью, распространение этого подхода к проблеме бета-излучения было многообещающим. На первый взгляд такой подход может показаться не слишком разумным, так как следовало бы ожидать, что свойства волны будут сильно отличаться от свойств частицы. Следовательно, если нас не смущает образование фотона, то все же трудно представить себе подобный процесс для электрона. Однако, вспоминая о нашем подходе к дуализму волна — частица в квантовой механике, нечего особенно удивляться эквивалентному подходу и к данной проблеме. Из теории Ферми получается уравнение распределения бета-частиц по энергиям [c.385]

Было найдено, что свойством антисимметричности обладают не только волновые функции для электронов, но также функции многих других элементарных частиц, и прежде всего протонов и нейтронов. Например, именно это обстоятельство в применении к системе протонов приводит к существованию двух видов Нг — орто- и параводорода однако этот вопрос лучше обсудить в другом месте, а не в этой книге. [c.115]

Уравнение (7.103) в его обш ей форме называют телеграфным уравнением [30]. Особенность его состоит в том, что оно описывает физические явления, проявляющие как волновые свойства, так и остаточные эффекты возмущений. Волновой процесс описывается членом второго порядка по I, а остальные эффекты возмущений — членом первого порядка по 1. Волны распространяются с конечной скоростью, и выражения для зависящих от времени нейтронных процессов содержат такой член, так как изменения во времени в среде на данном расстоянии от источника пе могут появиться раньше, чем нейтроны, обладающие конечной скоростью V, достигнут этой точки. Однако после прохождения этой волны возмуп ение остается и этот эффект описывается членом первого порядка. [c.250]

Теперь дифракция электронов широко используется для изучения структуры вещества (см. стр. 123—129) установка, в которой наблюдается это явление, — электронограф — стала обычным прибо ром в физико-химических лабораториях. Для структурных исследова ний применяется также дифракция нейтронов. Была г зучена дифрак ция атомов гелия, молекул водорода и других частиц. Таким образом двойственная корпускулярно-волновая природа материальных час тиц является надежно установленным экспериментальным фактом Если бы мы с помощью (1.40) вычислили значения К для различных объ ектов, то обнаружили бы, что для макрообъектов они исчезающе малы Так,, для частицы с массой 1 г, движущейся со скоростью 1 см/с к = 6,6- 10"2 см. Это означает, что волновые свойства макрообъектов ни в чем не проявляются если длина волны значительно меньше раз меров атома (10" см), то невозможно построить дифракционную ре шетку или какое-либо другое приспособление, позволяющее обнару жить волновую природу частицы. Иное дело — микрочастицы. Так движение электрона, ускоренного потенциалом в 1 В (у=5,93х ХЮ см/с), связано с X = 1,23-10" см. [c.25]

Корпускулярные и волновые свойства частиц. В 1924 г. де Бройль предположил, что двойственная корпускулярноволновая природа свойственна не только фотонам, но и любым другим материальным телам. Он считал, что движение любой частицы можно рассматривать как волновой процесс. Аналогично свсту, для него должно быть справедливо соотношение X = h/mv, где т — масса частицы V — ее скорость. Эти волны для материальных частиц получили название волн де Бройля. Предположение де Бройля подтверждено на опыте. В 1927 г. Девиссон и Джермер в США, а в СССР П. С. Тартаковский наблюдали дифракцию электронов, используя в качестве дифракционной решетки кристалл или пластинку хлорида натрия. В настоящее время дифрак[ ия электронов и нейтронов является важным инструментом экспериментального исследования. [c.52]

Нейтромографический и электроиографи 1еский методы основаны на том, 410 нейтроны, электроны н другие элементарные частицы проявляют волновые свойства. Длина волн зависит от скорости частиц. Поэтому, пропуская череч образец пучок ней-тропов или электронов, имеющих определенную скорость, т. е. [c.98]

Позднее явления дифракции наблюдались для нейтральных атомовг Н и Не (Штерн и Эстерман, 1930). Дифракция нейтронов на графите была использована в 1946 г. для выделения монохроматического нейтронного пучка. Поэтому можно с полным основанием принять в согласиш с выводами квантовой механики, что любая материальная частица обладает волновыми свойствами. Волновые свойства частиц с большой массой не проявляются благодаря очень малой длине водны. Так, для шарика весом 1 г Я=6,5-10 см. [c.12]

Путем наблюдений установлено, что некоторым частицам отвечают только симметричные волновые функции. Такие частицы — бозоны названы они так по имени индийского физика С. Ш. Бозе, открывшего в 1924 г., что фотоны относятся к бозонам. (Такое же открытие сделал одновременно и Альберт Эйнштейн.) Другие частицы, в том числе электрон, протон и нейтрон, являются фермионами свое название они нолучили по имени Энрико Ферми (1901—1954), который вместе с В. Паули и П. А. М. Дираком многое сделал для понимания свойств этих частиц. Бозоны имеют целочислеоный спин (О, 1,. . . ), а фермионы имеют полуце-лое значение спина (V2,. . . ). [c.287]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология