把人类带入原子弹时代的科学实验

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1、把人类带入原子弹时代的科学实验7精选LA冇4773次阅谈2014-4-1615:27个人分类:物理系统分类:科荇集锦义踺词:侦子弹相对论质能义系式铀裂变爱闵斯坦提起原子弹，人们首先想到的是质能关系AE=mc2和爱因斯坦。媒体和社会人众的普遍印象是原子弹是根据爱因斯坦的质能关系式制造出来的。E=mc2确实能解释原子弹的威力，供是它也能解释农村烧柴火做饭，内燃机使用汽汕、柴汕驱动汽车。质能关系式是普适公式，因此，它对于制造原子弹实际上并没有什么指导意义。美国物理学家罗伯特•塞伯(RobertSerber,

2、1909-1997)是曼哈顿工程负责理论的科学家，他给参加该工程的科学家讲解制造原子弹的物理基础的讲义于1965年解密，并己出版，书名为《洛萨拉莫斯启蒙：关于如何制造原子弹的第一批讲义》(LosAlamosprimer:thefirstlectureonhowtobuildanatomicbomb)。以研光核物理与核武器历史著称的美国历史学家理查德•罗德斯(RichardRhodes,1937-)在给该书写的序言中指出:“这里完全不包括相对论(需要的所有知识是裂变释放能量和释放多少能量)，只有很少一点

3、量子力学。”对于制造原子弹起决定性意义的是二十世纪三十年代后期的几个实验，正是这几个科学实验的结果及其解释，把人类带入了原子弹时代。图1洛萨拉莫斯实验室关于制造原子弹的物理基础讲义的解密批准页一、核裂变发现前人们对利用原子能的认识随着放射性和镭元素的发现，人们认识到原子中蕴藏着巨大的能量。1900年法国物理学家W克勒尔(AntoineHenriBecquerel,1852-1908,放射性的发现者，与居里夫妇同获1903年诺贝尔物理奖)用物质转变为能量来解释镭持续释放能量很高的射线而其质量却没有可测量

4、的减少这一现象。他所川的质能转化关系与E=mc2在同一数量级。即使如此，人们却长期没有找到大规模开发利用原子能的有效办法。1932年英国物理学家考克饶夫(JohnDouglasCockcroft,1897-1967)和沃尔顿(ErnestThomasSintonWalton,1903-1995)用质子轰击锂靶，一个锂核产生两个8百万电子伏特能量的a-粒子(氦核)。考克饶夫和沃尔顿因这一工作获得1951年的诺贝尔物理奖。虽然在考克饶夫和沃尔顿实验中原子核分裂并产生大量能量，但是他们的老师卢瑟福(Erne

5、stRutherford,1871-1937)认为不可能通过类似过程来利用核能。卢瑟福因证明放射性是山元素嬗变而致以及确定a和p射线的性质获得1908年的诺W尔化学奖，但是他的(X射线轰击金箔实验、由此提出原子行星模型的工作，以及0C射线轰击鉍产生氧和氢核(质子)从而发现质子的工作，是比他的获奖工作更重要的发现。人们公认他是唯一一个获诺贝尔奖后的工作比获奖工作更重要的科学家。匈牙利籍物理学家列奥•西拉德(LeoSzilard,1898-1964)因为是犹太人受纳粹德国排犹政策影响，当吋刚从德国来到英国

6、不久，读到了卢瑟福的观点。他不赞同卢瑟福的观点，他设想了核链式反应，其屮屮子可以激发产生能量的核反应，同吋也产生新的屮子再激发新的核反应，从而使能tt产生过程自我维持下去。西拉德为屮子激发的核链式反应登记了专利，但这只是一个设想，当吋还没有发现可实现链式反应的核过程。西拉德试图用钡和铟来实现核链式反应,但是这些元素不能实现核链式反应。1932年英国物理学家查徳威克GamesChadwick,1891-1974)通过一系列实验证明了中子的存在，并因此获得1935年诺贝尔物理奖。中子为实验物理学家提供了轰

7、击原子核的理想工具，物理学家试图用屮子轰击铀核来制作超铀元素。1934年意人利物理学家费米(EnhcoFermi,1901-1954,因用巾子轰击靶元素产生放射性和超铀元素获得1938年诺贝尔物理奖)报告屮子轰击铀靶后产生新的p射线源，这些新产生的p核素可能是新的超铀元素。他测定了轰击铀靶后样品中是否含铅(原子序数82)以上的己知元素，没有发现这些元素，因此，他认为新的P射线源应该是超铀元素。徳国女物理学家和化学家伊达•诺达克(IdaNoddack,1896-1978)发文批评了费米的推理。她汄为应该

8、在测fi原子序数更小的元素后才能作出产生新超铀元素的结论，因为铀核被轰击后可能产生两个较轻的元素。不过诺达克本人并未做实验验证自己的想法，其他人也没有认真地对待诺达克的意见。二、哈恩和斯特拉斯曼的实验与迈特纳和弗里施的解释第一个预告原子弹时代来临的科学发现是1938年徳国化学家奥托•哈恩(OttoHahn,1879-1968)和弗里茨•斯特拉斯曼(FriedrichWilhelm"Fritz"Strassmann1902-1980)在中子轰击铀靶的样品中