Работка, кстати не из лёгких. Во первых, вредно парами хлора дышать, хоть и в защите. Во вторых, получается не всегда и непонятно почему. Приходится переделывать. Ну и разные технические моменты тоже бывают. В общем как звёзды сойдутся.

В экспериментальных исследованиях всегда так: за маленьким, но важным результатом стоит тонна времени и сил.

А тут промышленный эксперимент и новая продукция, не так часто, но делаем.

Все вокруг волны или частицы?🌊⚛

Все мы из старшей школы знаем, что свет – это одновременно и частица, и волна, т.к. в разных ситуациях может проявлять свойства и того и другого. Например, свет, как поток частиц, имеющих энергию и импульс, может оказывать давление на поверхность или нагревать ее (частицы ударяются, как шарики о поверхность). В то же время есть явления дифракции и интерференции, присущие только волнам.

Однако, Луи де Бройль в 20-м веке задался вопросом: а почему только свет обладает такими двойными свойствами? Может и другие частицы их проявляют? И, как показала экспериментальная практика в дальнейшем, оказался прав.

Де Бройль в своей гипотезе предположил, что все частицы материи ведут себя не только как маленькие шарики, но и как волны. Причем длину волны этих частиц он решил искать по аналогии с фотонами.

Внимание, дальше формулы, но совсем чуть-чуть.

Энергия фотона

E=hc/λ

где h–постоянная Планка, с – скорость света, λ - длина волны.

Перенес эту формулу на частицы, которые имеют, в отличие от фотона, конкретную массу и свою скорость, немного скрестил релятивистскую и классическую механику, и, перейдя от энергии к импульсу выдал формулу для длины волны частицы:

λ=h/p

где p–импульс частицы, который в классической механике, если частица движется гораздо медленнее скорости света, будет равен
p=mv.

Эта длина волны, ожидаемо, стала называться длиной волны де Бройля.

Говоря «скрестил», я опускаю некоторые детали вывода формул для упрощения рассказа.

По гипотезе де Бройля все движущееся вокруг является одновременно и отдельными объектами (корпускулами), и волнами. Так возникла теория корпускулярно-волнового дуализма не только для света, но и для всех частиц и предметов.

Это что получается, движущийся автомобиль, мой кот, бегающий по квартире, пуля, вылетевшая из пистолета и электрон в колонне электронного микроскопа, проявляют волновые свойства?

Теоретически, да. Но мы этого не увидим, т.к., согласно формуле, длина волны де Бройля тем меньше, чем больше масса объекта и/или его скорость. Рассчитаем?

Кота трогать не будем, а, например, автомобиль массой 2 тонны, движущийся со скоростью 100 км/ч имеет длину волны примерно 10 в минус 38 степени метра, а пуля массой 9 г, летящая со скоростью 700 км/ч – где-то 10 в минус 34 степени метра (перепроверьте, вдруг, ошибся). Очень мало, не так ли?

Для проявления волновых свойств типа дифракции размер препятствия должен быть соизмеримым с длиной волны. Очевидно, что таких препятствий не существует. Поэтому для нас это все "корпускулы".

А вот электроны подчиняются этой теории с вполне видимым результатом. Дифракция электронов применяется в электронных микроскопах, в которых, можно увидеть увеличенную «проекцию» атомов кристаллической решетки, являющимися препятствиями, соизмеримыми с длиной волны.

А вы знали, что все мы с вами волны? 😄

STOLBOV STUDY

В своем посте про то, откуда берется ядерная энергия я писал, что "полезного" делящегося изотопа урана 235, на котором строится вся атомная энергетика, в природе всего 0,72% среди всех имеющихся залежей урана.

Но однажды случилась одна история, которая чуть не перевернула все представления о мире! Об этом в двух частях можно прочитать в статье коллег.⬇️

Как тысячная доля процента чуть не уничтожила все представления о мире

1/2

7 июня 1972 года во время рутинного масс-спектрометрического анализа на заводе во Франции, производящем обогащенное топливо, обнаружили, что в гексафториде урана (вещество, участвующее в процессе обогащения ядерного топлива) концентрация изотопа урана-235 (изотоп - это атом с одинаковым зарядом, но разным числом нейтронов и соответственно разной массой) не 0,720%, а 0,717%. Ну подумаешь, разница всего три тысячных процента, это так мало, что можно и не обращать внимания! Но только не в ядерной промышленности. Дело в том, что процент содержания урана-235 одинаков для всех пород Земли, Луны и в метеоритах, а по представлениям ученых — и во всей Солнечной системе.

Французы решили разобраться в проблеме и создали комиссию по расследованию низкого содержания изотопа. Все таки отрасль важная, от нее зависит и все энергоснабжение страны и получение этой страной ядерного оружия, так что с любыми проблемами надо разбираться быстро. Изначальная версия комиссии была проста: кто-то из длинной цепочки в обогащении урана загрязнил его уже обедненным ураном. Ну а если эта версия не оправдается - наверняка дело в несоблюдении технологии производства. Только вот после обхода всех заводов выяснилось, что они все делают исправно. Тогда комиссия направилась туда, где добывался этот уран — карьер Окло в Габоне. Обнаружилось, что в месторождении содержание двуокиси урана не превышает 0,5%, что вполне обычно, но в некоторых линзах (вкраплениях минерала в породе в виде плоского овального диска) оно поднималось до 40%, а концентрация урана-235 опускалась до 0,44%!

На некоторое время ученые без преувеличения ахуели: никогда раньше не было так, что изотопный состав вещества зависел от места его добычи. А это уже ставило под сомнение современные теории о возникновении Солнечной системы и всех элементов тяжелее железа! Но после трех месяцев изучения месторождения комиссия пришла к выводу, что они обнаружили… природный ядерный реактор!

Стоит отметить, что в 1941 году Зельдович Я.Б. (советский физик-ядерщик, один из создателей атомной бомбы)., а позже в 1957 году Г. Вэзерилл и М. Ингрем (американские физики, одни из тех, кто установил точный возраст Земли) предполагали существование естественного ядерного реактора в далеком прошлом, около 2 миллиардов лет назад, и даже описали возможные механизмы и условия для его образования. Однако никто не согласился с учеными — все посчитали, что для образования такой сложной структуры должно совпасть слишком много факторов, так что об этих идеях быстро забыли, пока не случился 1972 год.

После обнаружения реактора добыча в карьере была прекращена, а ученые приступили к подробному изучению феномена Окло. Многочисленные образцы были отправлены в различные лаборатории мира, в том числе и в СССР, что помогло воссоздать картину работы реактора. Как выяснилось, урановое месторождение образовалось в Окло примерно 2,1 миллиарда лет назад. И тут мы внезапно переходим к биологии! В это время происходил очень важный биологический процесс: переход от прокариотов (клеток без ядра) к эукариотам (более сложным по строению клеткам с ядром). Эукариоты поглощали углекислый газ, выделяя кислород, этот кислород окислял уран, а оксиды урана смывались дождем в древнюю реку. В устье реки образовался осадочный слой песчаника, богатого ураном, и поскольку под тяжестью своего веса частички урана опускались на дно быстрее других, они создали обогащенное место с концентрацией урана 0,5% (прямо как на обогатительной фабрике). После этого урановый слой скрылся под слоем песчаника, а из-за геологических процессов он опустился на глубину 4 км. Со временем слои песчаника потрескались, и в них начала затекать вода, под воздействием ее и большого давления образовались линзы с содержанием урана в руде до 60%. Всего нашли 17 изолированных друг от друга линз, в которых спустя 300 млн. лет и протекала ядерная реакция.

Друзья, я тут интересный и оригинальный научный канал нашел, с нестандартными и занимательными темами ⬇️

Человек наук – это канал о красоте окружающего мира глазами учёного. Ведёт его учёный - биоинформатик.  Здесь вы узнаете:

🗺 Почему последней мечтой знаменитого физика Ричарда Фейнмана было отправиться в Туву любой ценой

🍣 Математика программ лояльности: как надолго привязать голодных студентов к доставке роллов, чтобы они ещё и остались довольны

👾 Смешные и страшные истории из мира науки, а также шокирующая обыденность жизни учёных

📊 Как стоит и не стоит визуализировать данные и как манипулируют статистикой СМИ.

✉️ А также авторское исследование о том, как лучше писать письма для стажировок или PhD

Подписывайтесь!

Самая лучшая модель атома начала 20-го века.

Продолжаем изучать квантовую механику, и сегодня я расскажу, какие события предшествовали открытию Луи де Бройлем корпускулярно-волнового дуализма, о котором я рассказывал здесь.

В начале 20-го века велось много споров об устройстве атома. Сначала Томсон предложил свою «кексовую» модель атома. Согласно ней, атом похож на положительно заряженный кекс, в котором, как изюм, равномерно распределены отрицательные электроны.

Но потом Резерфорд, бомбардируя альфа-частицами золотую фольгу, понял, что рассеяние на атомах происходит не в случайном порядке, а так, как будто в центре атома есть что-то сильно положительно заряженное и маленькое. Так родилась его планетарная модель атома: в центре находится положительное ядро, вокруг которого по орбитам двигаются электроны.

Однако, всем тогдашним теоретикам, знавшим электродинамику было очевидно, что движущийся по окружности электрон (а он движется с центростремительным ускорением), должен излучать электромагнитные волны, а, значит, терять свою кинетическую энергию и скорость, и, в конце концов, по спирали приближаясь к ядру, упасть на него.

Здесь, кстати, стоит пояснить, что в электродинамике есть 4 уравнения, на которых она построена – уравнения Максвелла. Согласно им, движущаяся с ускорением заряженная частица порождает переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, порождает переменное магнитное поле, которое снова порождает переменное электрическое, и т.д. Таким образом, рождается электромагнитная волна, которую испускает частица.

Так, модель атома Резерфорда несла в себе противоречие, ведь коллапс атома, очевидно, не случается.

И тогда Нильс Бор предположил, что электрон, скорее всего не испускает во время движения по орбите фотоны и его энергия на ней не меняется. Причем таких стационарных орбит у атома может быть несколько, и каждая со своей энергией. А излучает атом тогда, когда электрон по каким-то причинам перескакивает с орбиты с более высокой энергией на орбиту с более низкой. Излишек выходит в виде фотона. А когда атом поглощает фотон, происходит перескок в обратную сторону. Таким образом, энергия атома дискретна, а не непрерывна, т.е. квантуется.

Бор предложил такую модель на самом простом атоме – атоме водорода. Его теория была не последней, но легла в основу более сложных современных теорий. Она объяснила экспериментальные наблюдения отдельных спектральных линий водорода, а не непрерывного спектра, и позволила рассчитать их.

Конечно, сейчас не идет речь ни о каких орбитах, по которым летают электроны. Более того, невозможно сказать, где конкретно находится электрон, а можно говорить только о некоторой области, в которой с определенной долей вероятности он может находится. Но дискретность энергий атома, предложенная Бором, до сих пор используется в современной физике. Люминесценция, рентгеновское излучение, фотоэффект ­– все эти явления возникают из-за набора стационарных энергий электрона в атоме. Изучение химического состава веществ в разных приборах также работает на основе этой теории.

Квантовая механика от того и называется квантовой, что в ней
есть дискретные (квантующиеся) величины, а не непрерывные. Одной из таких величин является энергия. И основателем квантующейся энергии в атоме был Нильс Бор со своей моделью атома водорода.

Квантование энергии, импульса и некоторых других величин микроскопических объектов – это второе основное отличие квантовой механики от классической после их корпускулярно-волнового дуализма.

О третьем завершающем отличии мы поговорим в следующий раз.

Но только если наберем достаточное количество реакций)

Но потом Резерфорд, бомбардируя альфа-частицами золотую фольгу, понял, что рассеяние на атомах происходит не в случайном порядке, а так, как будто в центре атома есть что-то сильно положительно заряженное и маленькое. Так родилась его планетарная модель атома

Когда я хочу на работе провести какой-то нестандартный эксперимент, не зная, какой результат получу в итоге, меня спрашивают, зачем мне это надо. Я всегда отвечаю «вон Резерфорд по приколу решил стрельнуть альфа-частицами в золотую фольгу и чем все закончилось?».