Atom fizikasi

2 - LABORATORIYA ISHI

TEZ ELEKTRONLARNING MODDADA SOCHILISHI

Mikrodunyo fizikasi haqidagi eksperimental axborotlarning asosiy qismi zarralar va yadrolar sochilishi jarayonini o’rganishi natijasida olingan. Kinematik xarakteristkalar ya’ni sochilgan zarralar impulьsi, sochilish burchagi, to’liq va differentsial kesimlarni tahlil qilish, atom, yadro va zarralar shakli va o’lchamini (aniqrog’i massa, zaryad va magnit momentlar taqsimoti), zarralar orasidagi ta’sir etuvchi kuchlar xususiyatlarni aniqlashga imkon beradi.

1-rasm
Birinchi bunday tekshirishlar Rezerford xodimlari tomonidan, zarralarning modda yupqa qatlamida sochilishni o’rganish jarayonida amalga oshirdi. Rezerfordning klassik tajribasida, nozik (kollimatsiyalangan) -zarralar dastasining yupqa metall-oltin qog’ozdan (folьgadan) o’tishi o’rganilgan (1-rasm).Alьfa-zarralar ekranga tushib unda yorug’lik chaqnashi ya’ni stsintillyatsiya hosil qiladi. Tajriba shuni ko’rsatdiki, atom markazida o’lchami 10^-12 sm bo’lgan musbat zaryadlangan og’ir yadro va uning atrofida xarakatlanuvchi elektronlardan iborat ekan. Ushbu elektronlar atom qobig’ini hosil qiladi va atom o’lchamini aniqlaydi.
Alьfa -zarralarning chetlanish ularning atom yadrosi bilan kulon o’zaro ta’siri natijasida bo’lib, ularning elektronlar bilan o’zaro ta’sirini, elektronlar massalar kichikligi sababli hisobga olmasa ham bo’ladi. Sochilish jarayoni quyidagi uchta parametrga bog’liq: -zarralar boshlang’ich kinetik energiyasi T_m_ V²2, nishon zaryadi Z va nishon parametriga B. Nishon parametri bu yadro va -zarralar birlamchi traektoriyasining ekstrapolyatsiyasi orasidagi masofa bo’lib( 2-rasm), u sochilish burchagi bilan quyidagi ifoda orqali bog’langan:
(1)
(1) formula yordamida -zarralarning yakka yadroda sochilish differentsial kesimini ifodalovchi ifodani olish mumkin:
(2)
(2) formula bitta -zarralarning, birlik yuzaga mos keladigan yakka yadro-nishonda, birlamchi harakatga nisbatan -burchak ostida, ddsind-fazoviy burchak oralig’ida sochilish ehtimolligini aniqlaydi. Birlamchi dastadagi -zarralar oqimi N₀ bilan belgilaymiz. U holda  burchak ostida sochilgan -zarralar nisbiy ulishi quyidagiga teng bo’ladi.:
(3)
bu yerda n- nishon atomlar kontsentratsiyasi (hajm birligidagi atomlar soni)
d-folьga qalinligi.
Agar schetchik kirish oynasi yuzasining o’lchami S_c va nishongacha bo’lgan R masofa bilan aniqlanuvchi fazoviy burchakning kichik cheklangan  qismini tanlab olsak, u holda quyidagi kattalik:

nisbatlar qiymati doimiy bo’lganda, sochilish burchagi  yo’nalishi bog’liq emas. Bu yerda S- schetchikning kirish oynasi qarab turgan radiusi R bo’lgan sfera yuzasining bir qismi Bu nazariyada oldindan aytilgan ushbu hulosani, Rezerford -zarralar sochilishi tajribasida yaxshi tasdiqlandi.

Ushbu laboratoriya ishida -zarralar sochilish emas, balki tez elektronlarning sochilish o’rganiladi. Elektronlar massalar kichikligi sababli ularning modda bilan o’zaro ta’sir jarayoni, -zarralar bilan o’zaro ta’sirida keskin farq qiladi. Tez elektronlar dastasi intensivligi kamayishi ularning yutilish va sochilishi tufayli yuz beradi. O’z navbatida elektronlar yutilishi, ionizatsion va radiatsion yo’qotishlar hisobiga bo’ladi. Energiyasi Е1 MeV bo’lgan elektronlarning modda yupqa (15 mkm alyuminiy folьga va manba bilan detektorning kirish oynasi orasidagi 4sm masofa) qatlamida yutilishni hisobga olmasa bo’ladi.
Birlamchi dastadagi elektronlar sonining kamayishiga sabab bo’ladigan boshqa bir jarayon bu sochilish hisoblanadi ya’ni atom yadrolarida elastik sochilish va orbital elektronlardagi noelastik sochilish. Elektronlarning yadrolardagi sochilish differentsial kesimininng burchak taqsimoti (2) ifodadan farq qiladi va Mott formulasi orqali beriladi: (5)
bu yerda
E_eMs²- elektron to’liq energiyasi,
-zarra Lorents faktori,
, c-yorug’lik tezligi, v=elektron tezligi
Z-nishon yadroninng zaryadi,
-elektronlar sochilish burchagi.
Tezliklarning kichik qiymalarida ya’ni Vc bo’lganda (5) formula Rezerford (2) formulasiga o’tadi. To’lqin fazoviy burchak bo’yicha integrallangandan keyin, elektronlarning yadroda sochilishining integral effektiv kesimi olinadi. Agar sochilish burchaklar Q30⁰ bo’lsa, Motti formulasining burchak qismi(kvadrat qavsning ichi) 1 ga yaqinlashadi ya’ni Rezerford formulasidagi dan uncha farq qilmaydi.
Shuni ta’kidlab o’tish zarurki, (5) formuladan ma’lum bir burchakka sochilish ehtimolligini faqat bir marta sochilishni hisoblash uchun foydalanish mumkin. Buning uchun zaruri sharni Vnd1. Nishon qalinligi oshishi bilan qayta sochilish yuz beradi va bundan keyingi nishon moddasi qalinligining oshishi diffuziya sochilishiga olib keladi. Energiyasi E=1 MeV bo’lgan elektronlar uchun, diffuzion sochilishga yuz beradigan qalinligi ni tashkil etadi. Bu normal qalinlik deyiladi. SHuni aniqlab o’tish kerakki, atom va yadro fizikasida zarra yugurish uzunligi, modda qalinliklari massaviy kattalik «X» orqali ifodalanadi, ya’ni xl, (gsm² larda) -modda zichligi l-qatlam chiziqli o’lchami. Fizikaviy ma’no bo’yicha massaviy qalinglik birlik yuzaga to’g’ri keladigan va qalinligi l bo’lgan ustun modda massasi. Masalan normal sharoitdagi 1 sm havo qalinlik, x1,3g²sm² massaviy qalinlikka teng bo’ladi. +alinligi 15 mkm bo’lgan alyuminiy (xuddi shunday folьga ushbu ishda nishon sifatida foydalaniladi) x4g²sm² massaviy qalinlikka ega bo’ladi. Bu qiymat normal qalinlikdan ancha kichik shuning uchun bir marta sochilish sharti bajariladi.