Избранные научные труды

Для атомов с более высоким атомным весом использованные ранее простые соображения неприменимы. Однако некоторые указания даёт рассмотрение изменений химических свойств элемента. В конце третьего восьмиэлементного периода мы встречаем группу железа. Эта группа занимает особое место в системе элементов, поскольку впервые элементы, близкие по атомному весу, обладают сходными химическими свойствами. Это обстоятельство показывает, что расположения электронов у элементов этой группы отличаются друг от друга только группировкой внутренних электронов. Тот факт, что после группы железа период изменения химических свойств элементов равен уже не 8, а 18, позволяет предполагать, что элементы более высокого атомного веса обладают постоянно повторяющейся конфигурацией из 18 электронов во внутренних кольцах. Отклонение от 2, 4, 8 и 16 может быть вызвано постоянным обменом электронов между кольцами, как это было указано на стр. 124. Так как кольцо из 17 электронов не будет устойчивым, электроны могут быть расположены в двух параллельных кольцах (см. стр. 116). Такое расположение внутренних электронов будет действовать на внешние электроны почти так же, как ядро с зарядом (N - 18)e. Поэтому возможно, что с увеличением N вне первого расположения существует другое того же типа; на это указывает наличие второго периода из 18 элементов.

Из подобных же рассуждений следует, что наличие группы редкоземельных элементов свидетельствует о другом постоянном изменении во внутренних кольцах при ещё больших значениях N. Однако, поскольку для элементов с атомным весом, большим, чем в этой группе, законы изменения химических свойств с ростом атомного веса подобны законам для более лёгких элементов, мы можем сделать вывод, что расположение внутренних электронов вновь повторяется. Однако теория ещё не в состоянии дать окончательное решение такой проблемы.

§ 5. Характеристическое рентгеновское излучение

Согласно теории, данной в части I работы, излучение с обычным линейчатым спектром испускается при восстановлении атома, если один или несколько электронов внешних колец были предварительно удалены. Аналогичным образом можно считать, что характеристическое рентгеновское излучение испускается при возвращении системы в нормальное состояние, если каким-либо воздействием, например катодными лучами, были предварительно удалены электроны внутренних колец. Эту точку зрения на происхождение характеристического рентгеновского излучения предложил Дж. Дж. Томсон ¹.

¹ J. J. Thomson. Phil. Mag., 1912, 23, 456.

Исходя из этого можно определить минимальную скорость катодных лучей, которая необходима для возбуждения характеристического рентгеновского излучения особого типа, не делая никаких специальных предположений о свойствах излучения. Будет вычислена энергия, которая необходима для удаления электрона из разных колец. Даже если мы будем знать число электронов в кольцах, строгий расчёт минимальной энергии будет сложным, а результат — в большой степени зависящим от принятых допущений, поскольку, как было показано в части I (стр. 101), расчёт нельзя полностью провести на основе обычной механики. Однако мы можем очень простым способом сравнить расчёты с экспериментом, если рассматривать самое внутреннее кольцо и в первом приближении пренебрегать отталкиванием со стороны электронов по сравнению с притяжением со стороны ядра. Рассмотрим простую систему, состоящую из одного связанного электрона, вращающегося по круговой орбите вокруг ядра с зарядом Ne. Полагая в формуле (1) на стр. 109 F = N для скорости электрона получаем

v

=

2e

h

N

=

2,1·10

⁸

·N

.

Общая энергия, которую необходимо сообщить системе, чтобы удалить электрон в бесконечность, равна кинетической энергии связанного электрона. Если электрон удаляется на очень большое расстояние от ядра вследствие соударения с другим, очень быстро движущимся, то наименьшая кинетическая энергия, которую он получает, находясь на большом расстоянии от ядра, должна равняться кинетической энергии связанного электрона до соударения. Следовательно, скорость свободного электрона должна равняться по меньшей мере v.

Согласно опытам Уиддингтона ¹ скорость катодных лучей, которые как раз способны вызвать характеристическое рентгеновское излучение типа K — самого жёсткого типа наблюдаемого излучения — элементом с атомным весом A от Al до Se, равна примерно A·10⁸ см/сек. Как видно, она равна вычисленному выше значению v если положить N = A/2.

¹ R. Whiddington. Ргос. Roy. Soc., 1911, А85, 323.

Поскольку мы пришли к приблизительному совпадению с экспериментом, приписывая характеристическое рентгеновское излучение типа K самому внутреннему кольцу, можно ожидать, что не существует более жёсткого типа характеристического излучения. На это ясно указывают также наблюдения проникающей способности -лучей ².

² Е. Rutherford. Phil. Mag., 1912, 24, 453.