哈恩和斯特拉斯曼的发现上课讲义.doc

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1、精品好文档，推荐学习交流哈恩和斯特拉斯曼的发现哈恩，1879年3月8日生于美因河畔法兰克福，1897年进入马尔堡大学，1901年获化学博士学位。1904年去伦敦大学学院在拉姆赛的实验室中工作，开始从事放射化学研究。1907年开始，他同来自奥地利的物理学家迈特纳（MeitnerLise，1878～1968）进行了历时30年的富有成效的合作。1910年成为柏林大学教授。1928年任威廉皇帝协会新建的化学研究所任所长，直至1945年。他早期的贡献主要在于发现天然放射性同位素，1921年他还发现了天然放射性元素之间的同质异能现象。20年代初到

2、30年代中，他的研究重点在于把放射化学方法应用于各种化学问题。1934年，约里奥－居里夫妇发现人工放射性和费米宣布发现“超铀元素”后，一度沉寂的放射化学重趋活跃，哈恩、迈特纳和助手斯特拉斯曼集中全力研究中子轰击铀的各种产物的物理和化学性质。开始时，他们也相信超铀元素的发现。1938年秋，哈恩和斯特拉斯曼获悉约里奥－居里发现产物中有元素镧，于是重做以前的实验，发现产物中有钡的同位素，同时也发现了有镧和铈的同位素。他们于1938年12月22日写的实验报告中说：“作为同物理学家关系密切的核化学家，我们是不愿意走上这一步的，因为它同以前核物理

3、学的全部经验发生矛盾。”图11-12为1950年哈恩和斯特拉斯曼回到当年发现核裂变的实验装置旁1937年，伊雷娜·居里和沙维奇（P．Savitch）在用中子辐射铀盐时发现一种新现象，分离出来一种半衰期为3．5小时的成分，其化学性质很像镧。镧是稀土族元素中的第一名，原子序数为57，与它化学性质相近的重元素是锕89Ac。他们先判断3．5小时放射物为锕，但进一步追踪，当用结晶分离法分离出锕时，3．5小时的放射性却不在锕中，镧的放射性倒反而加强了。本来他们已经接近于铀核分裂的结论，可是他们却没有迈出这关键的一步。后来查明，在他们的铀裂变产生的

4、碎片中，还有一种元素，叫钇（Y），其半衰期也正好是3．5小时，居里小组没有能够完全把3．5小时的放射性分离出来，所以无法作出准确的判断。图11-13为1910年迈特纳和哈恩在赫舍尔研究所的实验室中伊雷娜·居里和沙维奇报导的文章传到哈恩这里，他认为居里和沙维奇可能搞错了，他和斯特拉斯曼立即重复居里的实验。他们用慢中子轰击铀，经过一系列精细的实验在铀的生成物中找到一种放射性物质，其放射性的半衰期为4小时（接近3．5小时），不过化学性质却与镧不同而与钡类似。但是钡的原子序数是56，与镭同一族。他们想也许这是镭的一种尚未发现的同位素。可是，费

5、尽心机也无法从钡中分离出那种放射性的“镭”，它总是伴随作为载体的钡沉淀，他们只好承认它就是钡。后来又经过多次实验证实确实有伊雷娜·居里和沙维奇所说的镧的存在。也就是说他们从化学分析得到的结果，无可辩驳地肯定了中间化学元素镧和钡的出现，哈恩对这件事情实在无法理解。1939年1月，德国的《自然科学》杂志发表了哈恩和斯特拉斯曼的论文，文中写道：“作为化学家，我们真正应将符号Ba、La、Ce引进衰变表中来代替Ra、Ac、Th，但作为工作与物理领域密切相关的‘核化学家’，我们又不能让自己采取如此剧烈的步骤来与核物理学迄今所有的经验相抗庭。也许一

6、系列巧合给了我们假象。”迈特纳是犹太血统的奥地利人，由于种族迫害，在他们的研究到了最关键的1938年她被迫离开德国流亡到斯德哥尔摩，成为诺贝尔委员会的成员。当她接到哈恩的通报后，同她的外甥弗里希（FrischOtto，1904～1979），借助于玻尔的“液滴模型”仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢3精品好文档，推荐学习交流提出了核分裂的概念，他们认为铀核吸收中子后，不是形成超铀元素，而是分裂成两个大小相仿的较小的核，并把这现象定名为“裂变”（fission）。随后，哈恩和斯特拉斯曼又发现钍核受快中子轰击也会发生裂变。重核裂变一

7、经证实，人们立即转向由此释放核能的可能性。费米所在的哥伦比亚大学和西纳德（SzilardLeo，1898～1964）所在的纽约大学同时对这项研究做出了贡献。在美国军方的支持下开始了曼哈顿（Manhattan）工程。1941年12月，费米选了芝加哥大学的一座运动场的看台下的网球场作为试验区建立了第一座试验性的原子反应堆。他和一大批物理学家以及工程技术人员研究了各种设计方案，要实现自持的链式反应必须解决两个问题：一是要找到合适的减速剂把快中子变为慢中子才能有效地激发核裂变；费米建议用石墨。另一个问题是必须严格控制裂变反应的速率，使裂变既能

8、不断进行，又不致引起爆炸。他们利用镉吸收中子的特性，把镉棒插入反应堆，通过调节镉棒深度，来控制裂变反应的速率。1942年12月1日，最后一层石墨和铀砖砌好，反应堆已达临界状态。次日上午，抽出控制用的镉棒，果然产生了自持的