Нуклоны и атомные ядра
191
ве, как предполагалось, 21 частицу - 14 протонов и 7 электронов, каждая из которых имела спин /, в совокупности должен был иметь спин /, а согласно данным по измерению оптических молекулярных спектров спин оказался равным 1.
Состав атомного ядра был выяснен после открытия учеником Резерфорда Дж.Чедвиком (1932) нейтрона [4], масса которого оказалась близкой к массе протона, электрический заряд отсутствовал, а спин оказался равным /. Чедвик установил, что обнаруженное немецкими физиками В.Боте и Г.Бекером проникающее излучение, возникающее при бомбардировке атомных ядер, в частности бериллия, а-частицами, состоит из незаряженных частиц с массой, близкой к массе протона.
Идея о том, что в атомном ядре, кроме протонов, содержатся нейтроны, была впервые высказана в печати Д.Д.Иваненко (1932) [5] и непосредственно вслед за этим развита В.Гейзенбергом [6]. Протоны и нейтроны были объединены общим названием нуклоны. Теории протона и нейтрона, а также атомного ядра, состоящего из протонов и нейтронов, посвящено большое количество работ [7-28].
В дальнейшем теория атомного ядра стала усложняться, при этом было решено, что для выяснения структуры атомных ядер нужно проникать в них частицами-зондами, обладающими большой энергией. Энергия стала измеряться в электрон-Вольтах, и определяться по формуле Эйнштейна E = те2, причем в это определение попадала не только энергия как мера движения самой частицы, но и масса, которая, как считалось, является эквивалентом энергии. Отсюда следовал вывод, что частица, которой предполагалось бомбардировать мишени - атомные ядра различных веществ, должны разгоняться до как можно более высоких скоростей, чтобы благодаря накопленной энергии проникнуть как можно глубже в мишень, произвести там как можно больше разрушений и выделить таким способом те скрытые частицы, которые там содержаться. Изучать эти выделенные частицы можно с помощью детекторов, например, камер Вильсона, заполненных
192
Глава 1.
пересыщенным паром, в которых испущенные частицы будут оставлять свои следы, или с помощью пластин с фотоэмульсиями, на которых эти траектории (треки) будут проявляться. Сами же частицы предварительно пропускаются через систему отклоняющих пластин, создающих электрическое поле и между полюсами магнитов. По трекам частиц и можно будет оценить, какие именно частицы выбиты, какими параметрами они обладают, и какое время жизни имеют.
Именно этой логикой и руководствовались конструкторы ускорителей заряженных частиц [28-31]. Ускорители частиц использовались, в первую очередь, для исследования природы атомных ядер, но в дальнейшем нашли широкое применение во многих областях в химии, биохимии, геофизике и др. Расширяется применение ускорителей в металлургии для выявления дефектов деталей и конструкций (дефектоскопия), в деревообрабатывающей промышленности - для быстрой высококачественной обработки изделий, в пищевой промышленности - для стерилизации инструментов и продуктов, в медицине - для лучевой терапии и для «бескровной хирургии» и в ряде других отраслей.
Толчком к развитию ускорителей заряженных частиц послужили исследования строения атомного ядра, требовавшие потоков заряженных частиц высокой энергии. Применявшиеся вначале естественные источники заряженных частиц - радиоактивные элементы - были ограничены как по интенсивности, так и по энергии испускаемых частиц. С момента осуществления первого искусственного превращения ядер (Э.Резрфорд, 1919) с помощью потока альфа-частиц от радиоактивного источника начались поиски способов получения пучков ускоренных частиц.
Краткая история развития ускорителей изложена в [29]. В 1919-32 гг. использовались ускорители, разгоняющие частицы с помощью высоких напряжений, но затем стали применяться электростатические генераторы (1931) и каскадные генераторы (1932), на которых получали частицы с энергией порядка одного МэВ (миллиона электрон-Вольт). С их помощью в 1932 г. впер¬
