江沢洋著 「現代物理学」 朝倉書店(1996年)

第 1章 力学的な世界観
第 2章 電磁場と光
第 3章 相対性理論(1)
第 4章 相対性理論(2)
第 5章 原子論の発展
第 6章 電子とその役割
第 7章 放射能の発見と原子核
　　　　1.放射能は原子のもの
　　　　　　　　1-1．放射能の発見　　1-2．放射能の強さの比較　　1-3．ポロラウムとラジウムの発見
　　　　　　　　1-4．α線，β線，γ線　　1-5．万国物理学会
　　　　2.原子の壊変
　　　　　　　　2-1．トリウムX　　2-2．放射能の時間変化　　2-3．原子が変化する　　2-4．原子の自然崩壊
　　　　3.確率法則
　　　　　　　　3-1．放射性の部分　　3-2．崩壊確率　　3-3．一定時間内の崩壊数のゆらぎ
　　　　　　　　3-4．ポアソン分布　　3-5．確率論からみた指数関数の法則
　　　　4.変位則と同位体
　　　　5.原子核発見
　　　　　　　　5-1．ガイガーとマースデンの発見　　5-2．単一散乱か多重散乱か
　　　　　　　　5-3．原子模型とエネルギー保存則　　5-4．ラザフォードの散乱公式　　5-5．原子核の発見
　　　　　　　　5-6．ガイガー-マースデンの実験
　　　　6.ラザフォートの模型
　　　　　　　　6-1．原子核と公転する電子　　6-2．原子の崩壊　　6-3．原子内電子数の決定
　　　　　　　　6-4．原子核の構造
　　　　7.社会への影響
　　　　8.演習問題
第 8章 量子の発見
第 9章 前期量子論
第10章 量子力学の誕生
第11章 観測の理論
第12章 角運動量の量子力学
第13章 原子の構造
第14章 エネルギー準位と物質の構造
第15章 素粒子

　レントゲンによるＸ線の発見に付いては、「Ｘ線結晶解析におけるラウエの条件式とブラッグの条件式」1．(1)を参照。

7-1-1


7-1-2


　図中の象限電位計Ｅに付いては、「絶対電位計と象限電位計の測定原理」2．を。あるいは「ラザフォードとソディの放射性変換説（1903年）」3．(2)を参照。


7-1-3

　キュリー夫妻のラジウムの発見と分離精製が如何に偉大な業績であるのかは、「初期の原子物理学でラジウムが主役を務めた理由」を参照されたし。


7-1-4



　上記のα線とβ線の発見に付いては、「α線とβ線の発見（ラザフォード1899年）」を参照。



　上記の実験に付いては、「ラザフォードとソディの放射性変換説（1903年）」4．(5)を参照。
　α粒子がヘリウムの原子核であることが解ったのは、1908年にラザフォードとロイズによってなされた実験(E.Rutherford and T.Royde、Phil.Mag.17(1909)、281)によってです。彼らは放射性物質から出るα粒子をガラス管の中に集め、それを放電管に導いて発光させた。そしてスペクトルがヘリウムのそれと完全に一致することを確認した。この時点に至ってα粒子がヘリウムの原子核（ヘリウム4）であることが確定する。

7-1-5

　以下の 7．2の説明 は極めて難解です。是非、次ぎに掲げるページを参考にしながらお詠み下さい。
　　　「初期の原子物理学でラジウムが主役を務めた理由」
　　　「放射性崩壊と半減期」
　　　「ラザフォードとソディの放射性変換説（1903年）」
　　　「放射性崩壊系列の数学」
7-2-1

7-2-2




7-2-3



　ここは、「ラザフォードとソディの放射性変換説（1903年）」3．(1)の注意書きと、「放射性崩壊系列の数学」3．(1)の計算例を参照。計算例のＴ₁がトリウムＸの半減期に、Ｔ₂がトリウムエマネーションの半減期に対応します。

拡大図はこちら



7-2-4

7-3-1

7-3-2


7-3-3









7-3-4

7-2-5

　ウラン系列、アクチニウム系列、トリウム系列 に付いては、「ラザフォードとソディの放射性変換説」2．(3)を参照。

拡大図はこちら

7-5-1







7-5-2




　上記(5．6)の数値 0.87°は、確率分布関数に於ける散乱角の二乗平均(分散と言われるもので、この平方根が標準偏差)の事です。さらに、上記の確率論的考察に付いては、「ラザフォードのα線散乱実験と有核原子モデル（1911年）」4．(3)を参照されたし。

7-5-3












7-5-4

［補足説明］
　逆二乗法則 に従う軌道が双曲線軌道となる事の力学に依る証明は、「楕円軌道の発見と万有引力の法則（「プリンキピア」の説明）」5．を参照されたし。
　ここでは、双曲線軌道についての補足のみします。


(5．28)の双曲線軌道の方程式は、普通以下の様に表される。

　ここは、別稿「二次曲線の性質」5．を参照されたし。

　ラザフォードの散乱公式に付いては、「ラザフォードのα線散乱実験と有核原子モデル（1911年）」5．(2)を参照されたし。
7-5-5






7-5-6
　ガイガーとマースデンの実験は、「ラザフォードのα線散乱実験と有核原子モデル（1911年）」6．を参照。





　彼らは様々な金属箔をターゲットにして散乱粒子数の角度依存性を調べた。次に示すのはその一例。

　これは積ｄΩ・sin⁴(θ/2)が非常に広い範囲(約3500倍)で変化するにもかかわらずほぼ一定に保たれていることを示している。つまり、シンチレーションの数が正確に１／sin⁴(θ/2)に比例していることを表しており、まさしく理論の正当性を確かめることができた。



　上記の原子核電荷数Ｚの見積もりに付いては、「ラザフォードのα線5散乱実験と有核原子モデル（1911年）」6．(5)を参照されたし。

7-6-1


7-6-2


7-6-3


7-6-4

7-8-1

7-8-2

7-8-3

7-8-4

7-8-5

7-9