原子核物理学综述.pdf

原子核物理学 简称核物理，是 20 世纪新建的一个物理学分支。它研究核的结构和变化规律；射线束的获得、探测 和分析技术；以及同核能、核技术应用有关的物理问题。它是一门既有深刻理论意义，又有重大实践意义 的学科。 初期 1896 年，A.-H. 贝可勒尔发现天然 放射性 ,这是人们第一次观察到的核变化。通常就把这一重 大发现看成是核物理学的开端。此后的 40 多年，人们主要从事放射性衰变规律和射线性质的研究，并且 利用放射性射线对原子核做了初步的探讨，这是核物理发展的初期阶段。 在这一时期，人们为了探测各种射线，鉴别其种类并测定其能量，初步创建了一系列探测方法和测量 仪器。 大多数的探测原理和方法在以后得到了发展和应用， 有些基本设备 ,如计数器、 电离室等 ,沿用至今。 探测、记录射线并测定其性质，一直是核物理研究和核技术应用的一个中心环节。 放射性衰变研究证明了一种元素可以通过 α衰变 或 β衰变 而变成另一种元素，推翻了元素不可改变 的观点，确立了衰变规律的统计性。统计性是微观世界物质运动的一个重要特点，同经典力学和电磁学规 律有原则上的区别。 放射性元素发射的能量很大的射线，特别是 α射线，在当时，为探索原子和原子核提供了一种前所 未有的武器。 1911 年， E.卢瑟福 等人利用 α射线轰击各种原子 ,观测 α射线所发生的偏折，从而确立了原 子的核结构 ,并提出了原子结构的行星模型。 这一成就为 原子结构 的研究奠定了基础 ,首次提出了原子核这 个名词。 此后不久 ,人们便初步弄清了原子的壳层结构和电子的运动规律， 建立和发展了描述微观世界物质 运动规律的量子力学。 1919 年， 卢瑟福等又发现用 α粒子轰击氮核会放出质子 （氢原子的原子核） ，这是首次用人工实现的 核蜕变 (核反应 ) 。这一发现受到许多核物理学家的重视。用射线轰击原子核来引起核反应的方法逐渐成为 研究原子核的主要手段。在初期的核反应研究中，最主要的成果是 1932 年中子的发现和 1934 年 人工放 射性核素 的合成。原子核是由中子和质子组成的。中子的发现为核结构的研究提供了必要的前提。中子 不带电荷，不受核电荷的排斥，容易进入原子核而引起核反应。因此， 中子核反应 成为研究原子核的重 要手段。 在 30 年代中，人们还通过对宇宙线的研究发现了正电子和介子（后来称为 X 子,是一种 轻子 ），这些 发现是粒子物理学的先河。 20 年代后期，人们已在探讨加速带电粒子的原理。到 30 年代初 ,静电、直线和回旋等类型的加速器已 具雏形，人们并在高压倍加器上进行了初步的核反应实验。利用加速器可以获得束流更强、能量更高和种 类更多的射线束，从而大大扩展了核反应的研究工作。此后，加速器逐渐成为研究原子核和应用技术的必 要设备。 在核物理发展的最初阶段人们就注意到它的可能的应用，并且很快就发现了放射性射线对某些疾病的 治疗作用。这是它在当时就受到社会重视的重要原因。直到今天，核医学仍然是核技术应用的一个重要领 域。 大发展时期 40 年代前后，核物理进入一个大发展的阶段。 1939 年， O.哈恩和 F.斯特拉斯曼发 现了 核裂变 现象。 1942 年,E.费密 建立了第一个链式 裂变反应堆 。这是人类掌握核能源的开端。核能是 发展潜力很大的一种能源 ,利用核能制成的核武器又具有空前的破坏力。为了有效利用核能源和发展核武 器， 需要解决一系列复杂的科学技术问题。 核物理和核技术是其中重要的一环。 在这种形势下 ,核物理研究 飞跃发展 ,成为国际上竞争十分剧烈的科技领域。这一阶段持续了 30 年左右，在此期间粒子加速和探测技 术得到很大的发展。在 30 年代，人们最多只能把质子加速到 106eV 的数量级 ,而到 70 年代 ,人们已能把质 子加速到 4 ×1011