文档介绍：一人工核反应的实现及质子的发现二中子的发现三人工放射性的发现四慢中子效应和核裂变的发现五正电子的发现六中微子的发现七介子理论的建立八奇异粒子的研究九粒子的分类十强子结构和夸克理论第十章原子核及粒子物理学的兴起1原子核物理学的兴起前言原子核物理学是研究核的性质、结构和变化规律、以及核能、核技术应用等有关物理问题的学科,简称核物理,属于当代物理学的前沿。粒子物理(高能物理)是研究场和粒子的性质、运动、相互作用和相互转化规律的学科,也是研究粒子内部结构规律的学科,是当代物理学发展的前沿。:主要是通过高能粒子的相互碰撞,用实验手段发现新粒子。到目前已经发现了300多种。采用的试验设备有加速器、对撞机、探测器、计算机和数据处理系统。,是解释微观现象的基本理论。2一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。3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()发现硼、***、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。:质子发现以后,人们认为原子核是由电子和质子组成,即质子-电子核模型。但是这个模型存在着电子在核内的存在状态问题,并且与量子力学中多体统计及自旋理论相矛盾。为了解释电子为什么能够稳定的存在于核内,卢瑟福提出,可以把质子和电子作为一个复合体,看成是一个单独的中性粒子。1920年6月,卢瑟福预言:原子核内可能存在着质量与质子质量相同的中性粒子。1921年美国化学家哈金斯将它命名为“中子”。:1930年德国物理学家博特()与贝克尔()用天然放射性元素Po放出的α粒子轰击铍Be,发现从铍放射出一种穿透能力极强的射线。且这种射线在磁场和电场中都不会发生偏转。人们认为是高能量的γ射线。51932年1月,法国物理学家约里奥-居里夫妇重复了博特和贝克尔的实验,并用这种新射线轰击石蜡,结果从石蜡中打出大量质子来。约里奥-居里夫妇把这种现象当成是一种强γ射线造成的“康普顿效应”。错失发现中子的良机。:查德威克当时正在卡文迪什实验室作放射性研究。对于约里奥-居里夫妇的实验,他不赞同他们的解释。他用这种射线先后照射轻重不同的几种元素,发现这种射线与通常的γ射线性质有所不同:通常γ射线照射到物质上时,物质密度越大,对γ射线的吸收越厉害,而这种射线刚好相反。且用它轰击氢原子核时,竟然能被弹回来。说明这种射线是具有一定质量的中性粒子流。通过对反冲核的动量测定,再利用动量守恒定律进行估算,确定出这种射线中性粒子的质量几乎和质子相同。于是查德威克意识到这就是卢瑟福曾经预言的“中子”。于是在1932年的《Nature》上发表了《中子可能存在》的论文。)建立了原子核的正确模型。2)引起了一些新的研究课题。3)由于中子不带电,因此就使人们在核物理的研究中,拥有了一颗威力无比的炮弹,人们利用它打开了核能仓库,昂首迈入原子能时代!查德威克的成功,是他能够将理论预言与实验现象密切结合,抓住机遇的结果。原子核物理学的兴起查德威克像7伊伦娜·居里和约里奥·居里原子核物理学的兴起8三人工放射性的发现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位素磷-30,即27Al13+4He2→30P15+1n0磷-30经β衰变放