Электронвольт

Заряженную частицу можно ускорить, подвергнув ее действию электрического поля, направленного по ходу движения частицы. Чем выше потенциал этого электрического поля, тем выше ускорение и энергия частицы.

Частица с единичным зарядом, например электрон, под действием электрического поля напряжением 1 вольт получает заряд энергии, равный 1 электронвольту (сокращенно эв). 1 эв равен 1,6?10^–12. Для более крупных зарядов используется килоэлектронвольт (Кэв). 1 Кэв равняется 1000 эв.

Существуют также мегаэлектронвольт (Мэв), равный миллиону электронвольт, и биллион электронвольт (Бэв)[134]. Биллион электронвольт равняется 1,6?10^–8. В принципе это очень небольшое количество энергии, но для одной субатомной частицы оно просто огромно.

В последнее время в электронвольтах все чаще обозначают массу субатомных частиц. Масса электрона равна 9,1?10^–28 граммов. По формуле Эйнштейна e = mc² (см. ч. II) получаем энергетический эквивалент, равный 8,2?10^–7 эрг, что, в свою очередь, равно 510 000 эв, или 0,51 Мэв.

Длину волны электромагнитного излучения также можно представить в электронвольтах. Согласно квантовой теории, e = h?, где e — энергия одного кванта электромагнитного излучения, эрг; h — постоянная Планка, эрг/сек, ? — частота излучения, Гц.

Таким образом, длина волны (обозначается ?, — «лямбда») равняется пройденному излучением за одну секунду в вакууме расстоянию (c), деленному на количество образовавшихся за это время волн, то есть частоту излучения ?:

? = c/? (Уравнение 9.2)

или

? = c/?. (Уравнение 9.3)

Поставив c/? в формулу квантовой теории e = h?, получим:

e = hc/? (Уравнение 9.4)

или

? = hc/e, (Уравнение 9.5)

где h равняется 6,62?10^–27 эрг-с, а c — 3,00?10¹⁰ см в секунду, соответственно hc равняется 1,99?10^–16 эрг. Приводим уравнение 9.5 к виду:

l = 1,99?10^–16/e. (Уравнение 9.6)

Теперь, если мы подставим 1,6?10^–12 эрг (один электрон вольт) вместо e в формуле 9.6, то получим 1,24?10^–4 сантиметров. Другими словами, излучение длиной 1,24 микрона (инфракрасный спектр) состоит из протонов, энергия которых 1 эв.

Таким образом, 1 Кэв — это энергия излучения, длина волны которого в 1000 раз больше 1 эв, т. е. 1,24 миллимикрона, или 12,4 ангстрема. Это уже диапазон рентгеновского излучения. Точно так же 1 Мэв — это энергия излучения, длина волны которого 0,0124 ангстрема (диапазон гамма-лучей).

По формуле 9.6, запас энергии видимого света колеблется от 1,6 эв для красной части спектра и 3,2 эв для фиолетовой. Видимый свет и ультрафиолетовое излучение поглощаются и испускаются во время обычных химических реакций. Таким образом, во время обычных химических реакций используется энергия не более 1–5 эв. Основная сложность проведения ядерных реакций заключается в том, что для таких реакций энергии нужно гораздо больше — тысячи, даже миллионы электронвольт.