最新第十章-原子核及粒子物理学的发展教学讲义PPT.ppt

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1、第十章-原子核及粒子物理学的发展一人工核反应的实现及质子的发现1914年卢瑟福的学生马斯登在观察α粒子在空气中的射程时注意到，α粒子在空气中的射程一般只有7厘米，但有的粒子的射程竟达40厘米。经反复验证和思考，卢瑟福认为，这是空气中的氢离子受到α粒子的撞击所致。因为α粒子的质量是氢离子质量的4倍，因此氢离子被撞击后速度要大许多。在上述现象启发下，从1917年开始，卢瑟福进行了α粒子轰击氮原子核的实验。装置如右图。A为α射线源，可前后移动，利用显微镜M观察透过窗口F在荧光屏S上的闪烁。当从阀T充入氮

2、气，放射源A距观察屏S的距离超过α粒子的射程很多时，屏上仍有闪烁，射程长度和氢离子的差不多；当充入氧气时却没有这种现象。2卢瑟福经过反复实验，终于判定是氮原子在α粒子的轰击下发生了核嬗变：从氮核中释放出了氢核（质子）。1919年，卢瑟福明确表达了α粒子轰击氮核的反应过程：14N7+4He2→17O8+1H1为了进一步了解被轰击出的粒子的性质，在实验装置里加进磁场和电场，根据粒子在其中的偏转，测出它的质量和电荷，从而确定了该离子就是氢原子核-----质子。后来英国卡文迪什实验室的布拉凯特在充满氮的云

3、室里做了α粒子轰击氮核的实验，并拍摄了两万多张云室的照片，终于从40多万条α粒子径迹中发现有8条产生了分叉。从而证实了人工核反应的实现和质子的产生。1921年卢瑟福和查德威克(J.Chadwick)发现硼、氟、钠、铝和磷都可以产生类似的转变。由于各种原子核里都能打出质子来，可见质子是原子核的组成部分。3伊伦娜·居里和约里奥·居里原子核物理学的兴起7三人工放射性的发现1934年1月，约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝，发现撤走放射源后，还可检测到放射性。化学分析表明，他们得到了自然界中并不存在的放射性同

4、位素磷-30，即27Al13+4He2→30P15+1n0磷-30经β衰变放出正电子,变成稳定元素硅:30P15→30Si14+0e1他们又用α粒子轰击硼和镁，得到放射性同位素氮和硅。这样约里奥-居里夫妇因人工放射性的发现而获得1935年诺贝尔化学奖。也为核物理的研究及原子能利用开辟了道路。后来人们发现，用α粒子轰击轻元素能够得到放射性同位素，但用α粒子轰击重元素，则很难产生。费米考虑了这一问题，认为，重元素原子核所带正电荷较大，与α粒子的库仑斥力很难让α粒子产生轰击效果。所以他选用中子作实验，尽

5、管中子的产额很少（核反应放出的中子一般少于10-4），但由于它不必克服库仑势垒，所以与原子核撞击的机会比α粒子或质子大得多。8四慢中子效应和核裂变的发现1.慢中子效应的发现：1934年10月，费米小组的阿玛尔迪等人把一装在铅盒内的中子源放置在一个银制的圆筒里，对银进行辐射，他们发现银的放射性随中子源的位置而变化，由于铅是重金属，费米建议他们用轻元素材料，如石蜡，于是他们把大块石蜡挖了个洞，将中子源放入，然后辐照银圆筒，结果银的放射性增加了100倍。再放到水下做实验，证实水也有类似作用。费米经过分析

6、，认为：由于石蜡中大量的氢核（质子）与中子质量相近，中子碰撞后速度大大减慢，成为慢中子。慢中子经过银原子核的时间变长了，因此增加了中子被俘获的机会。因为慢中子大大增强了轰击的效果，所以慢中子及其作用的发现为重核裂变的发现打下了基础。因此，人们将慢中子及其效应的发现看作是“核时代的起点”。费米简介：美籍意大利物理学家，1901年9月29日出生于意大利罗马。17岁时进入比萨大学，毕业时，他以X射线的专题论文获得博士学位。之后赴德国格丁根大学，拜玻恩为师，192491934年，用中子轰击了63种元素，得

7、到了37种放射性同位素。在实验中，发现了慢中子及其效应。在用慢中子轰击原子核的反应中，他又发现可生成新的元素。费米因利用慢中子轰击原子核引起有关核反应和利用中子辐射发现新的放射性元素，获得了1938年诺贝尔物理学奖。由于受法西斯迫害，借领诺贝尔奖之机，携家移居美国，在哥伦比亚大学任教。在获奖之后，费米与一些科学家们在核裂变的链式反应研究中，同时预见到制造原子武器的危险。年回意大利佛罗伦萨大学任教，并因在理论物理学方面的贡献引起世界范围的注意。1926年，任罗马大学理论物理学教授，1927年提出费米

8、-狄拉克统计理论，1933年提出β衰变理论。10当时德国的核裂变也已实验成功，他们非常担心德国首先用以制造原子弹，而美国的政界、军界却反应迟钝。于是，费米、西拉德等科学家于1939年8月一起找到了爱因斯坦，要求借助他的威望上书美国总统罗斯福，提醒政府要切实注意德国的动向和已出现的危险，建议尽一切力量要赶在德国纳粹分子之前造出原子弹，以消灭法西斯。上书信于10月11日转到罗斯福手中，他立即下令成立铀矿顾问委员会，并拨了研究经费，1941年12月6日，日本偷袭珍珠港的前一天批准了制造原