原子核物理学的发展史
勒纳(P.Lenard)是研究阴极射线的权威学者之一。他在研究不同物质对阴极射线的 吸收时,肯定也遇到了X射线。他后来在荣获1905年诺贝尔物理学奖的演说词中说: “我曾做过好几次观测,当时解释不了,准备留待以后研究。不幸没有及时开始。” 不过,即使勒纳及时研究,也难于作出正确结论,因为伦琴宣布X射线的发现以后, 他还坚持认为X射线不过是速度无限大的一种阴极射线,把两者混淆在一起。而伦 琴则明确加以区分,认为X射线是本质上与阴极射线不同的一种新射线。把发现X 射线的荣誉归于伦琴,并授予首届诺贝尔物理学奖,当之无愧。
α射线是高速运动着的氦离子(He++)流
至于是哪种类型的原子,则一时难以确定,根据种种现象和事 实,有人猜测是比氢重的氦。1909年卢瑟福以巧妙的方法从光 谱作出了判决性证明,“证明α粒子在失去电荷之后就是氦原 子。” 经过这样一些实验,卢瑟福终于搞清楚了α射线的本质,证明α 射线就是高速运动着的氦离子(He++)流。
新时代降临
1938年发现核裂变。 1939年第二次世界大战爆发。 物理学和人类的新时代降临了。
谢谢欣赏
再获诺贝尔奖
1911年12月11日,她在诺贝尔演讲中回忆说许多发现都是“皮埃 尔和我共同合作的结果,……尽管将纯镭从它的盐中分离来……这项 具体的化学工作由我完成,但是它和我们共同的工作有着紧密的联 系……因此我感到……我们的共同工作是使我获得这么高荣誉的原因。 这也是对皮埃尔·居里最崇高的纪念。”
卢瑟福不是聪明,而是伟大。
卢瑟福在但任卡文迪什实验室主任期间,每年总有二三十位研究人员 在这个实验室工作,接受他的指导,这个实验室成了原子物理学和核 物理学的研究中心。 查德威克就是在他的带领下发现中子的。查德威克写下了在卡文迪什 的日子: 卢瑟福不是聪明,而是伟大。他对待他的学生,即使是最年少的, “卢瑟福不是聪明,而是伟大。他对待他的学生,即使是最年少的, 也如同地位同等的工作伙伴一样。 也如同地位同等的工作伙伴一样。”
卢瑟福 (Ernest Rutherford, 1871~1937)
卢瑟福怎样发现α射线的?
贝克勒尔发现的轴辐射包含有三种成分,在磁场中它们分成三束, 它们分别是带正电的α射线,带负电的β射线,和不带电的γ射线, 一种波长极短的电磁波。 然而,卢瑟福并不是靠加磁场区分出这些成分的,当时他没有足 够的磁铁。他用的是吸收方法。1898年,卢瑟福以观测细致、对 待实验数据客观谨慎的科学作风,经过反复验证,判定穿透力较 差,进入物质层很快就被吸收的成分是α射线。穿透力较强的成 分是β射线。
二、贝克勒尔发现放射性
1896年1月,法国著名数学物理学家彭加勒(J.H.Poincare)看 到伦琴X射线的论文后提出了一个重要的想法:射线是从阴 极射线击在管壁上而产生的荧光亮点发射出来的,即指出这 种现象可能与荧光有关。即使这一想法并不正确,但它却对 贝克勒尔的实验起了最初激励的作用。 1896年3月,43岁的贝克勒尔在彭加勒的启发下,发现了轴 盐的放射性,这种轴盐辐射称为贝克勒尔射线,以区别于伦 琴射线。贝克勒尔发现放射性虽然没有伦琴发现X射线那样 轰动一时,意义却更为深远,因为贝克勒尔的实验导致了居 里夫妇镭的发现。人类第一次对核现象的接触,为后来的发 展开辟了道路。
1898年:辉煌的一年
他们用普通的化学方法共同对沥青铀矿进行处理。1898 年7月,发现了放射性物质“钋”(po),命名为“钋” 是为了纪念玛丽·居里的祖国波兰。 1898年12月26日,经过在无法遮风避雨的工棚中长年累 月的艰辛工作,利后钡进行沉淀的方法,他们从100公斤 沥青中提炼出了另外一种放射性物质:镭。
卢瑟福提出有核原子模型
1908年,卢瑟福的助手盖革(H.Geiger) 在用闪烁法 观察α散射时,出现了反常闪光。卢瑟福建议他用 α粒子直接撞击金属表面,结果得到了α射线大角 度散射,这一结果无法用J.J.汤姆生的实心带电球原 子模型和散射理论解释,卢瑟福冥思苦想了几个星 期,终于在1910年底,经地数学推算,证明只有 假设原子中有一个直径很小的核,正电荷集中在核 心内,才能解释为什么会出现α粒子大角度散射。 这就是原子核发现的经过。
卢瑟福提出有核原子模型
原子核是从α粒子大角度散射实验发现的。观测 α粒子散射靠的是涂有一层硫化锌的闪烁屏, α 粒子打到它上面会发出微弱的闪光。实验者用 肉眼通过显微镜对准闪烁屏,一个一个地计数, 再移动显微镜的位置,分别读取不同位置的闪 烁数,由此可以确定α粒子散射的统计分布。 有核原子模型的伟大发现是卢瑟福从 大量的观察记录中,经过反复研究后 做出的。
α射线是是带正电的粒子流
卢瑟福精心设计了电磁偏转实验来研究α射线。可是初步实验结果 令人失望, α射线受磁场作用与不受磁场作用看不出有什么不同。 有丰富实践经验的卢瑟福改进了实验装置,使仪器的灵敏度大大提 高,终于确定α射线会受磁场偏转,从偏转方向判断α射线是正电。 接着,卢瑟福进一步对仪器作了一番改进,测出α射线的荷质比与 氢离子同数量级,速度大约为光速的十分之一。这样就判明了α射 线是原子类型的带正电的粒子流。
原子核物理学的发展史
从X射线到量子力学
08物本(2)班 廖建文,陈榕,郑恒,王世鸣
一、伦琴和X射线的发现
19世纪末,阴极射线的研究曾是物理 学的热门课题。许多物理学家都致力 于这个方面。在德国的维尔茨堡大学, 实 验 物 理 学 家 伦 琴 感兴趣。 伦琴是一个热爱生活的人。他与妻子感情极好; 他们没有孩子,收养了侄女。他们的生活很幸福, 社会对他们也十分恩宠。 (Wilhelm
卢瑟福怎样发现α射线的?
不久,有人从磁偏转实验证明,穿透力强的β射线正是高速电子流。 可是α射线到底是什么,一直是个谜。很多人认为,也许α射线是 与X射线类似的某种辐射。有人甚至认为α射线没有什么好研究的。 卢瑟福则不一样,他的看法是,这种射线的性质越是奇特,越值 得研究。 α射线很容易被物质吸收,说明它跟物质的作用强,只 有彻底摸 透α射线的本质,才能建立完整的放射性理论。他知难 而进,毅然选择了α射线作为自己的研究课题,甚至为此付出了毕 生的精力 。
亨利·贝克勒尔(Henri Becquerel,1852~1908)
荣获诺贝尔奖
1903年,贝克勒尔“由于他发现了自发放射性这一特殊的贡献”而荣获诺贝尔 物理学奖(和居里夫妇共同分享)。 1907年他被选为科学院副院长,1908年为院长。 此后不久,因心脏病猝然去世。
三、居里夫人和镭的发现
贝克勒尔发现放射性的论文吸引了玛丽·居里。1897年, 她与丈夫皮埃尔·居里讨论说:“研究这种现象对我好像 特别有吸引力……我决定承担这项研究工作……为了超越 贝克勒尔已经得到的研究成果,必须采用精确的定量方 法。” 于是,居里夫人选取放射性作为自己的博士论文题目。 通过用新的方法重复贝克勒尔的铀盐辐射实验,使放射 学的研究走了上严密定量的道路。
“机遇只偏爱有准备的头脑。”
在科学发展的历程中,机遇是客观存在的,机遇作为一种偶然性, 有其必然性的一面。如何把握机遇,是问题的关键。X射线、放射 性的发现,生动地说明了这一点。
偶然与必然
X射线在人们研究阴极射线的过程中被发现是有其必然性的。因为 正是高速电子打到靶子上,才有可能激发出这种高频辐射。所以, 即使不是伦琴,也一定还会有别人作出这一发现。伦琴有机会发现 这一现象,当然有一些机遇性。然而,伦琴之所以能抓住这一机遇, 又和他一贯的严谨作用、客观的科学态度分不开。所以,这一发现 对于伦琴来说,又有其必然性。
四、卢瑟福和α射线的研究
在放射性和镭发现以后,对于核物理学来 说,最重要的工作莫过于α射线的研究了。 正是由于对α射线的研究,人们掌握了放 射性的衰变规律;通过 α射线的大角度散 射,1911年发现了原子核;用α粒子打击 轻原子,实现了人工核转变。这些新的发 现都和卢瑟福的执著追求分不开。
卢瑟福1871年生于一农村工匠家。从小就对物理学和 实验仪器制作有特殊爱好。1894年做研究生期间,发 明了可用于检测无线电信号的磁检波器;1895年,选 送到英国剑桥大学卡文迪什实验室,成了J.J.汤姆生的 研究生,在这里开始了放射性的研究,1898年发现了 α 射 线 和 β 射 线 。 1900~1903 年 , 他 与 化 学 家 索 迪 (F.Soddy)合作,发现了放射性衰变规律,并与索迪一 起创立放射性元素自然转变理论。1908年卢瑟福荣获 诺贝尔化学奖。
Reontgen,1845-1923)也对这个问题
X射线的发现
1895年11月8日上午,伦琴到实验室工作,一个偶然现象引起了他的注意。 当时,房间一片漆黑,放电管用黑纸包得很严实。他突然发现在一米开外 的小桌上,一块亚铂氰化钡做成的荧光屏发出闪光。他很奇怪,就移远荧 光屏继续试验。只见荧光屏的闪光仍随放电过程的节拍继续出现。他取来 各种不同的物品,包括书本、木板、铝片等等,放在放电管和荧光屏之间, 发现不同的物品效果很不一样,有的挡不住,有的起阻挡作用。显然从放 电管发出了一种穿透力很强的射线,穿过黑纸到达了荧光屏。为了确证这 一新射线的存在,并且尽可能了解它的特性, 伦琴用了6个星期深入地研 究这一现象。1895年底他以通信方式将这一发现公之于众。
玛丽·居里
坚毅、勤奋
钢铁是这样炼成的!
居里夫人是一位不知疲倦的科学家, 她曾经说过,“一个人一定不要注 意自己已经做了些什么,而应该只 注意还有什么没有做!” 1898 年 7 月 , 玛 丽 · 居 里 (Marie Curie,1867-1934) 夫 妇 发 现 钋 ( polonium), 12月发现镭。两次获得诺贝 尔奖!
8吨铀矿=1克镭
荣获诺贝尔奖
1900年皮埃尔被任命为索尔本的助理教授,而玛丽则在一所女子高中 任教。 1903年,玛丽完成博士学位论文。以“极优”的评语获得博士学位。 在她获得学位的那一天(7月25日)的晚上,她第一次遇见了卢瑟福。 1903年11月,居里夫妇得知他们将和贝克勒尔一起共同获得当年的诺 贝尔奖,授奖的原因是“他们在贝克勒尔教授发现的放射性现象的共 同研究工作中,做出了特殊的贡献”。