27-4 Prvé urýchľovače častíc

27-1 Štiepenie jadra; 27-2 Fotenie jadrových reakcií; 27-3 Bublinová komora; 27-4 Prvé urýchľovače častíc; 27-5 "Van de Graaff"; 27-6 Cyklotrón; 27-7 Iné urýchľovače; 27-8∗ Zrážače častíc (particle colliders);

Úlohy

27-3 Bublinová komora

27-4 Prvé urýchľovače častíc

Jedinou masívnou časticou, ktorá vylietava z prírodných rádioaktívnych prvkov je častica alfa⁴, teda jadro atómu hélia. Bolo žiadúce, aby sa vypracovala metóda, ktorá je schopná vytvoriť ako bombardujúcu časticu napríklad vysoko energetické protóny, protónové lúče. Z teoretických úvah vyplýva, že miera, v ktorej je nejaká častica schopná priblížiť sa k bombardovanému jadru atómu je závislá od atómového čísla bombardovaného prvku (teda od elektrického náboja jadra atómu). Čím je atómové číslo väčšie, tým väčšou silou odpudzuje jadro nalietavajúcu časticu alfa, a tým je menšia pravdepodobnosť, že jadrová reakcia prebehne. Nakoľko protóny majú len polovičný elektrický náboj ako častice alfa, dá sa očakávať, že budú vhodnejším „projektilom“, a budú schopné ľahké jadrá rozbúrať aj vtedy, keď ich kinetická energia bude len $1 MeV$ (jeden milión elektrónvoltov).

Rutherford poprosil anglického fyzika Johna Cockcrofta, aby zostavil zariadenie, ktorým je možné protóny urýchliť na energiu $1 MeV$ . John Cockcroft⁵ a Ernst Walton⁶vytvorili behom pár rokov prvý „deštruktor jadier“. Protónový zväzok obsahoval protóny s energiou $700 keV$ , a po nasmerovaní lúča na lítiový terčík, Cockcroft a Walton mohli pozorovať prvú jadrovú reakciu vyvolanú umelo urýchlenými časticami:

$_{1}^{1} H +_{3}^{7} Li \to 2_{2}^{4} He .$

umelá premena jadra lítia — Obr. 27.3:Umelé premeny jadra lítia vyvolané dopadom protónov. (Fotografiu hmlovej komory zhotovili P. Dee a E.T.S. Walton.) Dvojice stôp označených šípkami proti sebe ukazujú častice alfa vznikajúce v jadrovej reakcii a vylietavajúce z miesta reakcie na opačné strany. Na obrázku sú zachytené dve reakcie, dva rozpady lítiových jadier a dva páry častíc alfa.

Reakcia bola žiarnym dôkazom štruktúry atómu, ktorú navrhoval Rutherford a Gamow. Na obr. 27.3 je jasne vidieť dvojicu jadier hélia pochádzajúcich zo zrážky protónu a terčíkového jadra lítia.

rozpad jadra atómu bóru — Obr. 27.4:Rozpad jadra atómu bóru na tri častice alfa, ktorých stopy sú označené šípkami – jadrová reakcia vyvolaná dopadom urýchleného protónu. (Fotografia P. Dee a C. Gilbert.)

Ak na miesto lítia sa ako terčíkové jadro použije bór, prebehne reakcia

$_{1}^{1} H +_{5}^{11} B \to 3_{2}^{4} He .$

V reakcii vznikajúca trojica jadier hélia je zvečnená na fotografii obr. 27.4.

⁴elektrón a pozitrón sú príliš ľahké častice;

⁵Sir John Douglas Cockcroft [džon kokroft] (27.05.1897 - 18.09.1967), anglický fyzik získal spolu s Waltonom Nobelovu cenu za fyziku za rok 1951 „za svoju priekopnícku prácu na transmutácii atómových jadier umelo zrýchlenými atómovými časticami.“ Cockcroft sa významne podieľal na vedeckom vývoji radaru počas druhej svetovej vojny, a špeciálnej strely, ktorá vybuchovala v blízkosti letiacich cieľov (ukázalo sa, že blízky výbuch má na rýchlo letiace ciele rovnaké účinky, ako plný zásah, ktorý je však výrazne menej pravdepodobný). Tieto špeciálne strely sa používali proti okrídleným strelám V-1 (vyslovuj fau jedna) vystrelených nacistami na Londýn. Tieto radarové strely dokázali likvidovať 97 % všetkých striel V-1. Cockcroft hral významnú úlohu v komisii, ktorá doručila americkej strane vedecké objavy, na realizáciu ktorých Veľká Británia počas druhej svetovej vojny nemala zdroje. Významne prispel do vývoja jadrových zbraní a mnohých ďalších projektov počas druhej svetovej vojny.

⁶Ernest Thomas Silton Walton [ernst valtn] (06.10.1903 - 25.06.1995) írsky fyzik, nositeľ Nobelovej ceny za fyziku za rok 1951 - spoločne s Cockcroftom.

27-5 „Van de Graaff“