第四組《中子的發(fā)現(xiàn)》 2

1、物理學(xué)史之中子的發(fā)現(xiàn)小組成員：韓楊2012213930 孫越2012213927 張鵬 鄭勇 中子的發(fā)現(xiàn)中子的發(fā)現(xiàn)v質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)和原子核的質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)和原子核的“質(zhì)子質(zhì)子電子電子”模型模型假說的提出假說的提出v19111911年，英國物理學(xué)家盧瑟福根據(jù)年，英國物理學(xué)家盧瑟福根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，這個模型得到的結(jié)果提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，這個模型得到玻爾的支持和發(fā)展，很快得到物理學(xué)家們的公認(rèn)。玻爾的支持和發(fā)展，很快得到物理學(xué)家們的公認(rèn)。此后，一系列問題又?jǐn)[在物理學(xué)家們的面前：原子此后，一系列問題又?jǐn)[在物理學(xué)家們的面前：原子核是由什么構(gòu)成的？原子核還有沒有結(jié)構(gòu)、

2、能不能核是由什么構(gòu)成的？原子核還有沒有結(jié)構(gòu)、能不能再分？再分？v19181918年盧瑟福用年盧瑟福用粒子粒子轟擊氮原子，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)轟擊氮原子，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，這使得對于原子組子，這使得對于原子組成的研究暫時告一段落，成的研究暫時告一段落，但是隨即人們就發(fā)現(xiàn)了但是隨即人們就發(fā)現(xiàn)了其中的眾多不合理之處。其中的眾多不合理之處。v這個假說卻遇到了一定的困難。這個假說卻遇到了一定的困難。v困難之一：電子究竟以什么狀態(tài)在原子核內(nèi)。 v困難之二：根據(jù)海森堡1927年提出的測不準(zhǔn)原理，把電子束縛在很小的核內(nèi)，它的動量將有很大的不確定性，因而它在核內(nèi)逗留的時間不能超過幾分之一秒；v困難之三：它與量子力學(xué)中的多體統(tǒng)計與

3、自旋理論相矛盾。 一些科學(xué)家的探索發(fā)現(xiàn)一些科學(xué)家的探索發(fā)現(xiàn)v1.1.博特的鈹輻射實(shí)驗(yàn)博特的鈹輻射實(shí)驗(yàn)v1930年德國博特和貝克發(fā)現(xiàn)了穿透力很強(qiáng)的鈹射線，當(dāng)時只有伽馬射線的穿透力可以與之相比。根據(jù)當(dāng)時已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的各種輻射的研究，射線和射線都沒有這么強(qiáng)的穿透力。唯一能穿透鉛板且不帶電的是射線，因此這兩位物理學(xué)家錯誤地認(rèn)為他們發(fā)現(xiàn)的是高能射線。根據(jù)這種射線在透過鉛板后強(qiáng)度減弱的情況，他們推算出這種射線的能量約為10兆電子伏特左右。v2.約里奧約里奧居里夫婦的鈹居里夫婦的鈹輻射轟擊石蠟實(shí)驗(yàn)輻射轟擊石蠟實(shí)驗(yàn)v19311931年年1 1月月1818日約里奧日約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)了鈹射線居里夫婦發(fā)現(xiàn)了鈹射線可以

4、從石蠟中打出質(zhì)子，可以從石蠟中打出質(zhì)子，但他們沒有意識到這就但他們沒有意識到這就是盧瑟福預(yù)言的中性粒是盧瑟福預(yù)言的中性粒子，使他們白白失去了子，使他們白白失去了一次發(fā)現(xiàn)中子的機(jī)會一次發(fā)現(xiàn)中子的機(jī)會 。v3.3.查德威克發(fā)現(xiàn)中查德威克發(fā)現(xiàn)中子子 v19321932年年2 2月月2727日查德日查德威克通過實(shí)驗(yàn)和計威克通過實(shí)驗(yàn)和計算認(rèn)定這種鈹射線算認(rèn)定這種鈹射線就是盧瑟福所說的就是盧瑟福所說的中子，質(zhì)量約為質(zhì)中子，質(zhì)量約為質(zhì)子的子的1.161.16倍。倍。19351935年查德威克憑借中年查德威克憑借中子的發(fā)現(xiàn)獲得諾貝子的發(fā)現(xiàn)獲得諾貝爾物理學(xué)獎。爾物理學(xué)獎。中子中子v中子(Neutron)是組成原

5、子核的核子之一 。原子核由中子和質(zhì)子組成。中子的特性中子的特性v、19321932年年英國英國物理學(xué)家查德威克在做了用物理學(xué)家查德威克在做了用粒子粒子轟擊轟擊鈹?shù)膶?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了中子。鈹?shù)膶?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了中子。v、單獨(dú)存在的中子是不穩(wěn)定的，平均壽命約為、單獨(dú)存在的中子是不穩(wěn)定的，平均壽命約為1616分，分，它將衰變成質(zhì)子、電子和反中微子它將衰變成質(zhì)子、電子和反中微子。v、原子核由中子和質(zhì)子組成，、原子核由中子和質(zhì)子組成，原子核原子核內(nèi)的中子是穩(wěn)定內(nèi)的中子是穩(wěn)定的。的。v、由于中子不帶電，所以容易打進(jìn)原子核內(nèi)，引起各、由于中子不帶電，所以容易打進(jìn)原子核內(nèi)，引起各種核反應(yīng)。種核反應(yīng)。v、中子的、中子的自旋

6、量子數(shù)自旋量子數(shù)為為1/21/2。v、中子包含兩個具有、中子包含兩個具有 -1/3 -1/3 電荷的電荷的下夸克下夸克和一個具有和一個具有 +2/3 +2/3 電荷的電荷的上夸克上夸克，其總電荷為零。，其總電荷為零。中子源中子源v自由中子是不穩(wěn)定的，它可以衰變?yōu)橘|(zhì)子放出電子和反電中微子，平均壽命只有15分鐘，無法長期儲存，需要由適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)生方法源源供應(yīng)。主要方法有以下3種： v放射性同位素中子源。 v 加速器中子源。v反應(yīng)堆中子源。 中子發(fā)現(xiàn)的意義中子最終解決了原子核模型基本問題中子最終解決了原子核模型基本問題v 隨著對中隨著對中子了解的子了解的不斷深入，不斷深入，原子核的原子核的質(zhì)子質(zhì)子- -

7、中子中子最終確立最終確立并得到承并得到承認(rèn)。認(rèn)。中子與兩大相互作用v 中子在原子核中的穩(wěn)定存在的原因就是因?yàn)橹凶雍唾|(zhì)中子在原子核中的穩(wěn)定存在的原因就是因?yàn)橹凶雍唾|(zhì)子的強(qiáng)相互作用。人們由此認(rèn)識到了強(qiáng)相互作用，從而子的強(qiáng)相互作用。人們由此認(rèn)識到了強(qiáng)相互作用，從而進(jìn)一步提出了強(qiáng)子的概念和夸克的概念。進(jìn)一步提出了強(qiáng)子的概念和夸克的概念。v自由中子的衰變屬于自由中子的衰變屬于衰變，衰變，衰變正是人類最早發(fā)現(xiàn)衰變正是人類最早發(fā)現(xiàn)的弱相互作用。在對的弱相互作用。在對衰變的研究中泡利最早提出了中衰變的研究中泡利最早提出了中微子的概念并最終被證實(shí)。微子的概念并最終被證實(shí)。v利利用中子核反應(yīng)和用中子核反應(yīng)和衰變，

8、人類第一次制造出了衰變，人類第一次制造出了超鈾元素。超鈾元素。中子的應(yīng)用中子的應(yīng)用v中子照相：發(fā)軔自中子照相：發(fā)軔自60年代中期，用于辨認(rèn)樣品內(nèi)部年代中期，用于辨認(rèn)樣品內(nèi)部情況以及含氫物質(zhì)的分布。情況以及含氫物質(zhì)的分布。v中子測井：分為一般中子測井、中子壽命測井和能中子測井：分為一般中子測井、中子壽命測井和能譜測井，基本原理都是基于中子活化分析。譜測井，基本原理都是基于中子活化分析。v水分計：不用取樣并且可以進(jìn)行連續(xù)測量，分為插水分計：不用取樣并且可以進(jìn)行連續(xù)測量，分為插入型、表面形和穿透型。入型、表面形和穿透型。中子彈中子彈v中子彈的本質(zhì)是子彈的本質(zhì)是一枚小型氫彈一枚小型氫彈（氘氚聚變反（氘

9、氚聚變反應(yīng)）。擁有強(qiáng)大應(yīng)）。擁有強(qiáng)大的威力。的威力。v中子活化分析中子活化分析v用于確定物質(zhì)元素成份的定性和定量的分析方法。它具用于確定物質(zhì)元素成份的定性和定量的分析方法。它具有很高的靈敏度和準(zhǔn)確性。有很高的靈敏度和準(zhǔn)確性。 中子活化分析可中子活化分析可以用于工業(yè)產(chǎn)以用于工業(yè)產(chǎn)品檢驗(yàn)、化學(xué)品檢驗(yàn)、化學(xué)物質(zhì)分析、食物質(zhì)分析、食品檢驗(yàn)、空氣品檢驗(yàn)、空氣質(zhì)量監(jiān)測、醫(yī)質(zhì)量監(jiān)測、醫(yī)藥成分分析、藥成分分析、刑偵、考古等刑偵、考古等各個領(lǐng)域。各個領(lǐng)域。v中子治癌中子治癌v中子射線具有很高的中子射線具有很高的LETLET（線性能量轉(zhuǎn)移）以及（線性能量轉(zhuǎn)移）以及較小的氧增強(qiáng)比例（較小的氧增強(qiáng)比例（OEROER）

10、，對細(xì)胞周期依賴性），對細(xì)胞周期依賴性小，沒有損傷修復(fù)或很少。與傳統(tǒng)的小，沒有損傷修復(fù)或很少。與傳統(tǒng)的射線和射線和X X射線以及電子束相比具有獨(dú)特的生物學(xué)效應(yīng)，對射線以及電子束相比具有獨(dú)特的生物學(xué)效應(yīng)，對癌細(xì)胞的殺傷力很高。癌細(xì)胞的殺傷力很高。v中子武器中子武器v中子武器中子武器是第三代是第三代核武器核武器的一種，的一種，中子彈中子彈是目前是目前世界上唯一已實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和部署的一種第三代核武世界上唯一已實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和部署的一種第三代核武器。器。 v中子探測中子探測v對中子的數(shù)目和能量的測對中子的數(shù)目和能量的測量。中子的探測是通過中量。中子的探測是通過中子同原子核的相互作用，子同原子核的相互作用，對反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行探測。對反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行探測。v基本的方法有：基本的方法有：反沖反沖質(zhì)質(zhì)子子法法 v核反應(yīng)法。核反應(yīng)法。 v活化法?；罨ā?從中得到的啟示v“中子”這個概念最初是盧瑟福為解決理