高校 · 15分
ラザフォード散乱：α 粒子で原子を探る
平行な α ビームを金箔に当てて軌道をたどる：ほぼすべてが透過し、少数が偏向し、まれに真っ直ぐ跳ね返る。
目的
少数の α 粒子の後方散乱が、原子の質量のほとんどが微小な正の原子核に集中するとの結論を導いた過程を再現する。
器具と試薬
狭い出口をもつ鉛ブロックに遮蔽された α 線源、厚さ約0.4 µm の金箔、命中のたびに発光する硫化亜鉛スクリーン。すべて真空中。
手順
- 太い赤いビーム線を線源から金箔、スクリーンへたどる——ほとんどの α 粒子がこうなる。
- 金箔から斜めに出る2本の細い線を探す——原子核の近くを通って偏向した α 粒子。
- 線源の方向へ折り返す線を見つける——ラザフォードを驚かせた8000分の1の事象。
- 3種類の線の太さを比べて、各結果がどれほど起こりやすいか判断する。
観察すること
- 圧倒的多数の α 粒子は直進する——原子は大部分が空間である。
- 小さい割合が数度偏向する——小さく荷電した何かとの近接遭遇。
- 後方散乱が存在するには、正電荷と質量が原子よりはるかに小さい領域に集中していなければならない。
解説
プラムプディング模型では正電荷が原子全体に広がるため、重く速い α 粒子が薄い箔から跳ね返ることはあり得なかった。観測された約1/8000の後方散乱が、1911年のラザフォード模型を強いた：正電荷と質量のほぼ全部を担う微小な原子核（ m、原子は m）。この原子核像は後に同位体——/ のように電荷 Z は同じで中性子数が異なる核——を説明し、α・β・γ 崩壊をすべて核内の過程として位置づけた。
ゆかりの化学者
バーチャル実験は直感をつかむための簡略化したモデルです。実際の実験や安全教育の代わりにはなりません。指導者なしに自宅で再現しないでください。