年7月25日,英国著名物理学家查德威克逝世。查德威克发现了中子,这对认识原子核内部结构具有重大理论意义,为原子能的利用开辟了广阔的道路。
1中子的发现
英籍新西兰物理学家卢瑟福通过α粒子散射试验提出了原子结构的核式结构模型,并指出原子可能是由质子和电子组成。
但是,由于原子核的质量远大于质子和电子的质量,质量数并不守恒。因此,年卢瑟福在皇家学会贝克里安演讲中,首次预言了中子的存在。
在年贝克里安演讲后,许多学者加入到了寻找中子的行列中,其中包括我们的主角查德威克。
年,波特和他的学生贝克尔用钋发射的α粒子轰击一系列氢元素,发现α粒子轰击钋时,会使钋发射穿透能力极强的中性射线,强度比其他元素所得要大过十倍。年,波特和贝克尔发表了这一结果,并断定这种贯穿辐射是一种特殊的γ射线。
年底,约里奥-居里夫妇(居里夫人的女儿和女婿)公布了他们关于石蜡在“铍射线”照射下产生大量质子的新发现。
约里奥-居里夫妇的发现点醒了正在试图探索中子的查德威克。查德威克意识到这些射线可能是由中性粒子构成,而这正是验证“中子语言”的关键钥匙。
查德威克立刻跟导师卢瑟福联手开展了一系列试验以研究这种中性粒子的性质。
查德威克发现,该射线轰击石蜡后的产物包括质子流,而质子的动能为5.7MeV,如果把这个粒子当成γ射线,用康普顿散射来解释的话,由能动量守恒可知光子能量约为55MeV;他们又用同样的射线轰击了氮核,而氮核的动能为1.2MeV,用同样的计算方法可得光子的能量约为90MeV。同一种光子能量会差得这么大?所以很明显,这不是光子,而是一种新的中性粒子,即中子。
查德威克也因此获得年的诺贝尔物理学奖。
实验示意图2中子的应用
中子的发现是原子核物理发展史上的里程碑,具有划时代的意义。
科学家们对原子量与原子序数的关系,以及原子核的自旋、稳定性等原子核的特性问题有了新的认识,同时也推动了核物理的飞速发展。
最出名的应用之一就是中子弹。
中子弹的特殊之处在于能够「杀人却不毁物」。中子弹的本质是氢弹,是以高能中子辐射为杀伤力的氢弹。
中子弹能够在爆炸瞬间释放出具有强贯穿力的高能粒子流,这种粒子流能够毫不费力地穿透几十厘米厚的钢板,杀死在坦克、建筑物内的人员,而完整保留下物体。同时,这种短效性也能使得爆炸区污染程度降到最低,在爆炸一天后就能进入爆炸区。
中子流之所以能够杀人,主要是因为高能中子流人体内部元素造成了分子和原子改变,从而影响了细胞的结构和活性。当被灭活的细胞达到一定数量时,人体的器官组织也将发生病变,最终导致人体死亡。
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