公共基础知识之核世界奥秘的探索.doc

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1、公共基础知识之核世界奥秘的探索发射轰击粒子的“原子炮”卢瑟福在首次人工核反应中，作为炮弹用的a轰击粒了是来自天然放射性元素镭的衰变产物。因它能量较小，故只能与氮、镁和铝等少数轻元素发生核反应。另外在实验中发现许多a粒子都亳无目标向四面八方乱射。这就好像劣等炮手操炮时不加］I苗准，盲目发射炮弹，结果很少击中目标一样。例如，对氮核而言，需用30万个a粒子才有一个氮核被击中；同样，如用铝核作靶了，则需用12万5千个a粒子轰击才有一个铝核被击中发生核反应。由此可知，这种天然放射性所发射的a粒了命中率实在太低，而且从能量和强度方面看也太弱，因为放射a

2、粒了的镭盐实在太少了，当时都是以亳克来计量的。所有这些弱点,都严重地影响核反应实验的进行。但是，科学家们为了揭开原子核内部的秘密，往往像小孩子为了想知道有趣玩具内部的奥妙，经常把玩具拆开那样，总想把原子核打开来看个究竟。于是他们就设法把更多的粒子（如氢核和筑核等）用来作为轰击原子核的炮弹，并把它们装填在能产生极快速度，乂能按照指定方向发射的“原子炮"中，以准确命中更多的原了核，产生各种各样的核反应。就在1928年，生于俄国的美国物理学家盖莫夫提出了用质了替代a粒子作为炮弹的设想。由于质子本身所带的电荷少，因此与核相互作用的静电斥力也小。这样

3、即使能量比较小的质子（能量为50〜60万电子伏），它也能克服库仑每秒一千万到十亿个，而每秒一个亳安的质子流可获得的质子数就比a粒子流要大一百万倍左右。另外，质了也比较容易取得，只要把普通的氢原了剥去一个电了后就成为质了。这样带正也荷的质子又能方便地被电场加速，使它的能量能大大地提高。为此，物理学家会同机械设计师一起开始设计制造这种能够加速粒子的机器，人们习惯上称它为“粒了加速器”或“原子炮”o就在1930年前后，英国物理学家考克饶夫和瓦尔顿一起建造了第一台粒了加速器。它是利用高压电极上的高电势，对离子源所发射的质子流，在抽真空的加速管中被加

4、速，最后打在靶了上，同靶原了核发生核反应。这实际上是一台倍压加速器，当时他们在五级加速电极之间加上80万伏高电势，获得了能量约为70万电了伏特的质子流，最后被打在锂7靶上。所产生的核反应仍用硫化锌制成的荧光屏进行观测。结果发现每10亿个质了中就有一个质子打中锂核产生反应，形成一个具有4个质子和4个中子的不稳定中间核。然后，分解成两个氮核。从上式可看出，核反应的最终结果生成了两个a粒子。根据力学定律，它们应该带着相同的能量，向相反方向飞出，这可从威尔逊云室所摄取的照片上所观测到的向相反方向成对飞出的a粒子径迹得到验证。另外,根据它们在空气中的

5、射程（为8.4厘米），求得其能量各为8.8兆电了伏。由此可见，核反应结果所得能量竟然是入射质了能量0.7兆电了伏的25倍。这就预示着人们将可从核反应过程中取得巨大的能量。而另外一种加速器是在1931年由美国物理学家范德格喇夫建造而成的。他突破了倍压加速器在高电压上的限制，首先应用动带式静电起电机获得了高达1.5百万伏电势差。后人为了纪念他，就把这种类型的粒了加速器称作为范德格喇大静电加速器。其主要部件高压电极的直径1〜2米。而到了1933年己大到4.57米；1936年达10米。但最高电压都不超过3兆伏。1940年后又提高到5兆伏。后来在结构

6、上又作了很大改进，在1955年发展成为串列式静电加速器，每一级为10兆伏，二级为20兆伏，三级则为30兆伏。质子流强为4微安。由于它具有加速能量高、束流品质好、能量稳定度高等优点。所以一直是原了核物理实验研究工作不可缺少的工具。与此同时，其它各种类型的“原了炮”也得到了飞速发展。其中最著名的是美国物理学家劳伦斯在1931年设计制造了第一台用来加速离了的回旋加速器，它的工作原理是被加速的带电粒子在两个扁平的“D”形盒中作圆周运动。D形盒内部是抽高真空的，被加速粒了的网周运动是由磁场作用所造成的。只有当带电粒了通过交变电场时才能被不断加速获得能

7、量。劳伦斯的第一台I门I旋加速器的磁极直径只有1。厘米，加速电压为2000伏，能把氢离了加速到8万电了伏。到了1932年，他把直径增大到27厘米，质了能景可加达到1.2兆电子伏；1993年,磁极直径已达1.5米，磁铁重220吨,能把质子核免核分别加速到10和20兆电了伏。束流强度可达每秒6兆亿个笊核，所以说加速器的效能的确是十分巨大的。但是，回旋加速器却不能加速质量极小的电子。而世界上第一台用于加速电了的电了感应加速器是在1940年建成的，当时只能把电子加速到2.3兆电子伏。1942年建成20兆电了伏的电了感应加速器。到了1945年，电了能

8、量又提高到100兆万电子伏。而目前世界上最大的一台电了感应加速器能把电了加速到315兆电了伏。除此以外，在加速器的类型中还有直线加速器。随着微波技术的发展，1947年已经开始建造