原子物理學(xué)的發(fā)展史課件

原子核物理學(xué)的發(fā)展史從X射線(xiàn)到量子力學(xué)08物本（2）班廖建文，陳榕，鄭恒，王世鳴原子核物理學(xué)的發(fā)展史從X射線(xiàn)到量子力學(xué)08物本（2）班1一、倫琴和X射線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)19世紀(jì)末，陰極射線(xiàn)的研究曾是物理學(xué)的熱門(mén)課題。許多物理學(xué)家都致力于這個(gè)方面。在德國(guó)的維爾茨堡大學(xué)，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家倫琴(WilhelmReontgen,1845-1923）也對(duì)這個(gè)問(wèn)題感興趣。倫琴是一個(gè)熱愛(ài)生活的人。他與妻子感情極好；他們沒(méi)有孩子，收養(yǎng)了侄女。他們的生活很幸福，社會(huì)對(duì)他們也十分恩寵。一、倫琴和X射線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)19世紀(jì)末，陰極射線(xiàn)的研究曾是物理學(xué)的2X射線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)1895年11月8日上午，倫琴到實(shí)驗(yàn)室工作，一個(gè)偶然現(xiàn)象引起了他的注意。當(dāng)時(shí)，房間一片漆黑，放電管用黑紙包得很?chē)?yán)實(shí)。他突然發(fā)現(xiàn)在一米開(kāi)外的小桌上，一塊亞鉑氰化鋇做成的熒光屏發(fā)出閃光。他很奇怪，就移遠(yuǎn)熒光屏繼續(xù)試驗(yàn)。只見(jiàn)熒光屏的閃光仍隨放電過(guò)程的節(jié)拍繼續(xù)出現(xiàn)。他取來(lái)各種不同的物品，包括書(shū)本、木板、鋁片等等，放在放電管和熒光屏之間，發(fā)現(xiàn)不同的物品效果很不一樣，有的擋不住，有的起阻擋作用。顯然從放電管發(fā)出了一種穿透力很強(qiáng)的射線(xiàn)，穿過(guò)黑紙到達(dá)了熒光屏。為了確證這一新射線(xiàn)的存在，并且盡可能了解它的特性，倫琴用了6個(gè)星期深入地研究這一現(xiàn)象。1895年底他以通信方式將這一發(fā)現(xiàn)公之于眾。X射線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)1895年11月8日上午，倫琴到實(shí)驗(yàn)室工作，一個(gè)3“機(jī)遇只偏愛(ài)有準(zhǔn)備的頭腦?！盭射線(xiàn)在人們研究陰極射線(xiàn)的過(guò)程中被發(fā)現(xiàn)是有其必然性的。因?yàn)檎歉咚匐娮哟虻桨凶由希庞锌赡芗ぐl(fā)出這種高頻輻射。所以，即使不是倫琴，也一定還會(huì)有別人作出這一發(fā)現(xiàn)。倫琴有機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象，當(dāng)然有一些機(jī)遇性。然而，倫琴之所以能抓住這一機(jī)遇，又和他一貫的嚴(yán)謹(jǐn)作用、客觀(guān)的科學(xué)態(tài)度分不開(kāi)。所以，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于倫琴來(lái)說(shuō)，又有其必然性。在科學(xué)發(fā)展的歷程中，機(jī)遇是客觀(guān)存在的，機(jī)遇作為一種偶然性，有其必然性的一面。如何把握機(jī)遇，是問(wèn)題的關(guān)鍵。X射線(xiàn)、放射性的發(fā)現(xiàn)，生動(dòng)地說(shuō)明了這一點(diǎn)。偶然與必然“機(jī)遇只偏愛(ài)有準(zhǔn)備的頭腦。”X射線(xiàn)在人們研究陰極射線(xiàn)的過(guò)程中4錯(cuò)過(guò)了機(jī)會(huì)1894年，J.J.湯姆生(J.J.Thomsom)在測(cè)陰極射線(xiàn)的速度時(shí)，也作了觀(guān)察到X射線(xiàn)的記錄。他當(dāng)時(shí)沒(méi)有功夫?qū)ｉT(mén)研究這一現(xiàn)象，只在論文中提了一筆，說(shuō)看到了放電管幾英尺遠(yuǎn)處的玻璃管上也發(fā)出熒光。1887年，早于倫琴發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)8年，克魯克斯(W.Grookes)曾發(fā)現(xiàn)保存在放電管附近盒子中的照相底片變黑了，克魯克斯把變黑的底片退還廠(chǎng)家，錯(cuò)誤地認(rèn)為底片質(zhì)量有問(wèn)題。勒納(P.Lenard)是研究陰極射線(xiàn)的權(quán)威學(xué)者之一。他在研究不同物質(zhì)對(duì)陰極射線(xiàn)的吸收時(shí)，肯定也遇到了X射線(xiàn)。他后來(lái)在榮獲1905年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的演說(shuō)詞中說(shuō)：“我曾做過(guò)好幾次觀(guān)測(cè)，當(dāng)時(shí)解釋不了，準(zhǔn)備留待以后研究。不幸沒(méi)有及時(shí)開(kāi)始?！辈贿^(guò)，即使勒納及時(shí)研究，也難于作出正確結(jié)論，因?yàn)閭惽傩糥射線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)以后，他還堅(jiān)持認(rèn)為X射線(xiàn)不過(guò)是速度無(wú)限大的一種陰極射線(xiàn)，把兩者混淆在一起。而倫琴則明確加以區(qū)分，認(rèn)為X射線(xiàn)是本質(zhì)上與陰極射線(xiàn)不同的一種新射線(xiàn)。把發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)的榮譽(yù)歸于倫琴，并授予首屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，當(dāng)之無(wú)愧。錯(cuò)過(guò)了機(jī)會(huì)1894年，J.J.湯姆生(J.J.Thomsom5二、貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性亨利·貝克勒爾(Henri

Becquerel，1852~1908)1896年3月，43歲的貝克勒爾在彭加勒的啟發(fā)下，發(fā)現(xiàn)了軸鹽的放射性，這種軸鹽輻射稱(chēng)為貝克勒爾射線(xiàn)，以區(qū)別于倫琴射線(xiàn)。貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性雖然沒(méi)有倫琴發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)那樣轟動(dòng)一時(shí)，意義卻更為深遠(yuǎn)，因?yàn)樨惪死諣柕膶?shí)驗(yàn)導(dǎo)致了居里夫婦鐳的發(fā)現(xiàn)。人類(lèi)第一次對(duì)核現(xiàn)象的接觸，為后來(lái)的發(fā)展開(kāi)辟了道路。1896年1月，法國(guó)著名數(shù)學(xué)物理學(xué)家彭加勒(J.H.Poincare)看到倫琴X射線(xiàn)的論文后提出了一個(gè)重要的想法：射線(xiàn)是從陰極射線(xiàn)擊在管壁上而產(chǎn)生的熒光亮點(diǎn)發(fā)射出來(lái)的，即指出這種現(xiàn)象可能與熒光有關(guān)。即使這一想法并不正確，但它卻對(duì)貝克勒爾的實(shí)驗(yàn)起了最初激勵(lì)的作用。二、貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性亨利·貝克勒爾(HenriBecqu6榮獲諾貝爾獎(jiǎng)1903年，貝克勒爾“由于他發(fā)現(xiàn)了自發(fā)放射性這一特殊的貢獻(xiàn)”而榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)(和居里夫婦共同分享)。1907年他被選為科學(xué)院副院長(zhǎng)，1908年為院長(zhǎng)。此后不久，因心臟病猝然去世。榮獲諾貝爾獎(jiǎng)1903年，貝克勒爾“由于他發(fā)現(xiàn)了自發(fā)放射性這一7三、居里夫人和鐳的發(fā)現(xiàn)貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性的論文吸引了瑪麗·居里。1897年，她與丈夫皮埃爾·居里討論說(shuō)：“研究這種現(xiàn)象對(duì)我好像特別有吸引力……我決定承擔(dān)這項(xiàng)研究工作……為了超越貝克勒爾已經(jīng)得到的研究成果，必須采用精確的定量方法?！庇谑牵永锓蛉诉x取放射性作為自己的博士論文題目。通過(guò)用新的方法重復(fù)貝克勒爾的鈾鹽輻射實(shí)驗(yàn)，使放射學(xué)的研究走了上嚴(yán)密定量的道路。瑪麗·居里三、居里夫人和鐳的發(fā)現(xiàn)貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性的論文吸引了瑪麗·居8堅(jiān)毅、勤奮堅(jiān)毅、勤奮9鋼鐵是這樣煉成的!1898年7月，瑪麗·居里（MarieCurie,1867-1934）夫婦發(fā)現(xiàn)釙（polonium)，12月發(fā)現(xiàn)鐳。兩次獲得諾貝爾獎(jiǎng)！居里夫人是一位不知疲倦的科學(xué)家，她曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，“一個(gè)人一定不要注意自己已經(jīng)做了些什么，而應(yīng)該只注意還有什么沒(méi)有做！”鋼鐵是這樣煉成的!1898年7月，瑪麗·居里（MarieC10放射性化學(xué)的主要?jiǎng)?chuàng)始人1898年4月瑪麗的第一篇關(guān)于鈾射線(xiàn)的論文包括三個(gè)主要的新觀(guān)點(diǎn)：(1)她不僅重新證實(shí)了貝克勒爾關(guān)于鈾的發(fā)現(xiàn)，而且發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的放射性物質(zhì)：釷。“釷氧化物的放射性甚至比金屬鈾更強(qiáng)”。(2)“所有鈾的化合物都具有放射性，一般來(lái)說(shuō)，放射性越強(qiáng)，化合物的含鈾量越多”。(注：這條實(shí)驗(yàn)結(jié)論不如盧瑟福和索迪于1902年所提到的理論精確：“放射性物質(zhì)含有不穩(wěn)定的原子，這些原子在單位時(shí)間內(nèi)有確定的部分發(fā)生衰變?！钡牵瑑H僅9個(gè)月后她就獲得了正確的結(jié)論：1898年12月提交的論文中，瑪麗·居里“已經(jīng)證明了放射性是單個(gè)原子的特性”。(3)她引了一個(gè)極重要的新的物理概念：放射性是一種發(fā)現(xiàn)新物質(zhì)的方法。放射性化學(xué)的主要?jiǎng)?chuàng)始人1898年4月瑪麗的第一篇關(guān)于鈾射線(xiàn)的111898年：輝煌的一年他們用普通的化學(xué)方法共同對(duì)瀝青鈾礦進(jìn)行處理。1898年7月，發(fā)現(xiàn)了放射性物質(zhì)“釙”（po），命名為“釙”是為了紀(jì)念瑪麗·居里的祖國(guó)波蘭。1898年12月26日，經(jīng)過(guò)在無(wú)法遮風(fēng)避雨的工棚中長(zhǎng)年累月的艱辛工作，利后鋇進(jìn)行沉淀的方法，他們從100公斤瀝青中提煉出了另外一種放射性物質(zhì)：鐳。8噸鈾礦=1克鐳1898年：輝煌的一年他們用普通的化學(xué)方法共同對(duì)瀝青鈾礦進(jìn)行12榮獲諾貝爾獎(jiǎng)1900年皮埃爾被任命為索爾本的助理教授，而瑪麗則在一所女子高中任教。1903年，瑪麗完成博士學(xué)位論文。以“極優(yōu)”的評(píng)語(yǔ)獲得博士學(xué)位。在她獲得學(xué)位的那一天(7月25日)的晚上，她第一次遇見(jiàn)了盧瑟福。1903年11月，居里夫婦得知他們將和貝克勒爾一起共同獲得當(dāng)年的諾貝爾獎(jiǎng)，授獎(jiǎng)的原因是“他們?cè)谪惪死諣柦淌诎l(fā)現(xiàn)的放射性現(xiàn)象的共同研究工作中，做出了特殊的貢獻(xiàn)”。榮獲諾貝爾獎(jiǎng)1900年皮埃爾被任命為索爾本的助理教授，而瑪麗13榮獲諾貝爾獎(jiǎng)1903年12月11日，《紐約時(shí)代》雜志發(fā)表了評(píng)價(jià)居里夫婦的評(píng)論：“據(jù)信鐳的發(fā)現(xiàn)者不像人們所想像的那樣從工作中獲得了許多物質(zhì)利益，因此他們的遍布世界的崇拜者在得知他們獲得了諾貝爾獎(jiǎng)以后都非常高興?！本永锓驄D沒(méi)有親自去參加授獎(jiǎng)儀式，一方面是他們身體不好，同時(shí)也因?yàn)楣ぷ魈?。?dāng)1905年6月他們?nèi)ニ沟赂鐮柲r(shí)，只是皮埃爾發(fā)表了個(gè)獲獎(jiǎng)演說(shuō)，而她的妻子則坐著旁聽(tīng)。1904年，索爾本學(xué)校為居里設(shè)立了一個(gè)特殊的教席。榮獲諾貝爾獎(jiǎng)1903年12月11日，《紐約時(shí)代》雜志發(fā)表了評(píng)14再獲諾貝爾獎(jiǎng)1911年12月11日，她在諾貝爾演講中回憶說(shuō)許多發(fā)現(xiàn)都是“皮埃爾和我共同合作的結(jié)果，……盡管將純鐳從它的鹽中分離來(lái)……這項(xiàng)具體的化學(xué)工作由我完成，但是它和我們共同的工作有著緊密的聯(lián)系……因此我感到……我們的共同工作是使我獲得這么高榮譽(yù)的原因。這也是對(duì)皮埃爾·居里最崇高的紀(jì)念。”再獲諾貝爾獎(jiǎng)1911年12月11日，她在諾貝爾演講中回憶說(shuō)許15四、盧瑟福和α射線(xiàn)的研究在放射性和鐳發(fā)現(xiàn)以后，對(duì)于核物理學(xué)來(lái)說(shuō)，最重要的工作莫過(guò)于α射線(xiàn)的研究了。正是由于對(duì)α射線(xiàn)的研究，人們掌握了放射性的衰變規(guī)律；通過(guò)α射線(xiàn)的大角度散射，1911年發(fā)現(xiàn)了原子核；用α粒子打擊輕原子，實(shí)現(xiàn)了人工核轉(zhuǎn)變。這些新的發(fā)現(xiàn)都和盧瑟福的執(zhí)著追求分不開(kāi)。四、盧瑟福和α射線(xiàn)的研究在放射性和鐳發(fā)現(xiàn)以后，對(duì)于核物理學(xué)來(lái)16盧瑟福(ErnestRutherford,1871~1937)盧瑟福1871年生于一農(nóng)村工匠家。從小就對(duì)物理學(xué)和實(shí)驗(yàn)儀器制作有特殊愛(ài)好。1894年做研究生期間，發(fā)明了可用于檢測(cè)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的磁檢波器；1895年，選送到英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室，成了J.J.湯姆生的研究生，在這里開(kāi)始了放射性的研究，1898年發(fā)現(xiàn)了α射線(xiàn)和β射線(xiàn)。1900~1903年，他與化學(xué)家索迪(F.Soddy)合作，發(fā)現(xiàn)了放射性衰變規(guī)律，并與索迪一起創(chuàng)立放射性元素自然轉(zhuǎn)變理論。1908年盧瑟福榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。盧瑟福盧瑟福1871年生于一農(nóng)村工匠家。從小就對(duì)物理學(xué)和實(shí)驗(yàn)17盧瑟福怎樣發(fā)現(xiàn)α射線(xiàn)的？貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的軸輻射包含有三種成分，在磁場(chǎng)中它們分成三束，它們分別是帶正電的α射線(xiàn)，帶負(fù)電的β射線(xiàn)，和不帶電的γ射線(xiàn)，一種波長(zhǎng)極短的電磁波。然而，盧瑟福并不是靠加磁場(chǎng)區(qū)分出這些成分的，當(dāng)時(shí)他沒(méi)有足夠的磁鐵。他用的是吸收方法。1898年，盧瑟福以觀(guān)測(cè)細(xì)致、對(duì)待實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)客觀(guān)謹(jǐn)慎的科學(xué)作風(fēng)，經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證，判定穿透力較差，進(jìn)入物質(zhì)層很快就被吸收的成分是α射線(xiàn)。穿透力較強(qiáng)的成分是β射線(xiàn)。盧瑟福怎樣發(fā)現(xiàn)α射線(xiàn)的？貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的軸輻射包含有三種成分，18盧瑟福怎樣發(fā)現(xiàn)α射線(xiàn)的？不久，有人從磁偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)證明，穿透力強(qiáng)的β射線(xiàn)正是高速電子流?？墒铅辽渚€(xiàn)到底是什么，一直是個(gè)謎。很多人認(rèn)為，也許α射線(xiàn)是與X射線(xiàn)類(lèi)似的某種輻射。有人甚至認(rèn)為α射線(xiàn)沒(méi)有什么好研究的。盧瑟福則不一樣，他的看法是，這種射線(xiàn)的性質(zhì)越是奇特，越值得研究。α射線(xiàn)很容易被物質(zhì)吸收，說(shuō)明它跟物質(zhì)的作用強(qiáng)，只有徹底摸透α射線(xiàn)的本質(zhì)，才能建立完整的放射性理論。他知難而進(jìn)，毅然選擇了α射線(xiàn)作為自己的研究課題，甚至為此付出了畢生的精力。盧瑟福怎樣發(fā)現(xiàn)α射線(xiàn)的？不久，有人從磁偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)證明，穿透力強(qiáng)19α射線(xiàn)是是帶正電的粒子流盧瑟福精心設(shè)計(jì)了電磁偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究α射線(xiàn)?？墒浅醪綄?shí)驗(yàn)結(jié)果令人失望，α射線(xiàn)受磁場(chǎng)作用與不受磁場(chǎng)作用看不出有什么不同。有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的盧瑟福改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)裝置，使儀器的靈敏度大大提高，終于確定α射線(xiàn)會(huì)受磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，從偏轉(zhuǎn)方向判斷α射線(xiàn)是正電。接著，盧瑟福進(jìn)一步對(duì)儀器作了一番改進(jìn)，測(cè)出α射線(xiàn)的荷質(zhì)比與氫離子同數(shù)量級(jí)，速度大約為光速的十分之一。這樣就判明了α射線(xiàn)是原子類(lèi)型的帶正電的粒子流。α射線(xiàn)是是帶正電的粒子流盧瑟福精心設(shè)計(jì)了電磁偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究α20α射線(xiàn)是高速運(yùn)動(dòng)著的氦離子(He++)流至于是哪種類(lèi)型的原子，則一時(shí)難以確定，根據(jù)種種現(xiàn)象和事實(shí)，有人猜測(cè)是比氫重的氦。1909年盧瑟福以巧妙的方法從光譜作出了判決性證明，“證明α粒子在失去電荷之后就是氦原子?！苯?jīng)過(guò)這樣一些實(shí)驗(yàn)，盧瑟福終于搞清楚了α射線(xiàn)的本質(zhì)，證明α射線(xiàn)就是高速運(yùn)動(dòng)著的氦離子(He++)流。α射線(xiàn)是高速運(yùn)動(dòng)著的氦離子(He++)流至于是哪種類(lèi)型的原子21盧瑟福提出有核原子模型原子核是從α粒子大角度散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的。觀(guān)測(cè)α粒子散射靠的是涂有一層硫化鋅的閃爍屏，α粒子打到它上面會(huì)發(fā)出微弱的閃光。實(shí)驗(yàn)者用肉眼通過(guò)顯微鏡對(duì)準(zhǔn)閃爍屏，一個(gè)一個(gè)地計(jì)數(shù)，再移動(dòng)顯微鏡的位置，分別讀取不同位置的閃爍數(shù)，由此可以確定α粒子散射的統(tǒng)計(jì)分布。有核原子模型的偉大發(fā)現(xiàn)是盧瑟福從大量的觀(guān)察記錄中，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究后做出的。盧瑟福提出有核原子模型原子核是從α粒子大角度散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的。22盧瑟福提出有核原子模型1908年，盧瑟福的助手蓋革(H.Geiger)在用閃爍法觀(guān)察α散射時(shí)，出現(xiàn)了反常閃光。盧瑟福建議他用α粒子直接撞擊金屬表面，結(jié)果得到了α射線(xiàn)大角度散射，這一結(jié)果無(wú)法用J.J.湯姆生的實(shí)心帶電球原子模型和散射理論解釋?zhuān)R瑟福冥思苦想了幾個(gè)星期，終于在1910年底，經(jīng)地?cái)?shù)學(xué)推算，證明只有假設(shè)原子中有一個(gè)直徑很小的核，正電荷集中在核心內(nèi)，才能解釋為什么會(huì)出現(xiàn)α粒子大角度散射。這就是原子核發(fā)現(xiàn)的經(jīng)過(guò)。盧瑟福提出有核原子模型1908年，盧瑟福的助手蓋革(H.Ge23盧瑟福不是聰明，而是偉大。盧瑟福在但任卡文迪什實(shí)驗(yàn)室主任期間，每年總有二三十位研究人員在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室工作，接受他的指導(dǎo)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)室成了原子物理學(xué)和核物理學(xué)的研究中心。查德威克就是在他的帶領(lǐng)下發(fā)現(xiàn)中子的。查德威克寫(xiě)下了在卡文迪什的日子：“盧瑟福不是聰明，而是偉大。他對(duì)待他的學(xué)生，即使是最年少的，也如同地位同等的工作伙伴一樣。”盧瑟福不是聰明，而是偉大。盧瑟福在但任卡文迪什實(shí)驗(yàn)室主任期間24新時(shí)代降臨1938年發(fā)現(xiàn)核裂變。1939年第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)。物理學(xué)和人類(lèi)的新時(shí)代降臨了。新時(shí)代降臨1938年發(fā)現(xiàn)核裂變。25謝謝欣賞謝謝欣賞26原子核物理學(xué)的發(fā)展史從X射線(xiàn)到量子力學(xué)08物本（2）班廖建文，陳榕，鄭恒，王世鳴原子核物理學(xué)的發(fā)展史從X射線(xiàn)到量子力學(xué)08物本（2）班27一、倫琴和X射線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)19世紀(jì)末，陰極射線(xiàn)的研究曾是物理學(xué)的熱門(mén)課題。許多物理學(xué)家都致力于這個(gè)方面。在德國(guó)的維爾茨堡大學(xué)，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家倫琴(WilhelmReontgen,1845-1923）也對(duì)這個(gè)問(wèn)題感興趣。倫琴是一個(gè)熱愛(ài)生活的人。他與妻子感情極好；他們沒(méi)有孩子，收養(yǎng)了侄女。他們的生活很幸福，社會(huì)對(duì)他們也十分恩寵。一、倫琴和X射線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)19世紀(jì)末，陰極射線(xiàn)的研究曾是物理學(xué)的28X射線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)1895年11月8日上午，倫琴到實(shí)驗(yàn)室工作，一個(gè)偶然現(xiàn)象引起了他的注意。當(dāng)時(shí)，房間一片漆黑，放電管用黑紙包得很?chē)?yán)實(shí)。他突然發(fā)現(xiàn)在一米開(kāi)外的小桌上，一塊亞鉑氰化鋇做成的熒光屏發(fā)出閃光。他很奇怪，就移遠(yuǎn)熒光屏繼續(xù)試驗(yàn)。只見(jiàn)熒光屏的閃光仍隨放電過(guò)程的節(jié)拍繼續(xù)出現(xiàn)。他取來(lái)各種不同的物品，包括書(shū)本、木板、鋁片等等，放在放電管和熒光屏之間，發(fā)現(xiàn)不同的物品效果很不一樣，有的擋不住，有的起阻擋作用。顯然從放電管發(fā)出了一種穿透力很強(qiáng)的射線(xiàn)，穿過(guò)黑紙到達(dá)了熒光屏。為了確證這一新射線(xiàn)的存在，并且盡可能了解它的特性，倫琴用了6個(gè)星期深入地研究這一現(xiàn)象。1895年底他以通信方式將這一發(fā)現(xiàn)公之于眾。X射線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)1895年11月8日上午，倫琴到實(shí)驗(yàn)室工作，一個(gè)29“機(jī)遇只偏愛(ài)有準(zhǔn)備的頭腦?！盭射線(xiàn)在人們研究陰極射線(xiàn)的過(guò)程中被發(fā)現(xiàn)是有其必然性的。因?yàn)檎歉咚匐娮哟虻桨凶由?，才有可能激發(fā)出這種高頻輻射。所以，即使不是倫琴，也一定還會(huì)有別人作出這一發(fā)現(xiàn)。倫琴有機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象，當(dāng)然有一些機(jī)遇性。然而，倫琴之所以能抓住這一機(jī)遇，又和他一貫的嚴(yán)謹(jǐn)作用、客觀(guān)的科學(xué)態(tài)度分不開(kāi)。所以，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于倫琴來(lái)說(shuō)，又有其必然性。在科學(xué)發(fā)展的歷程中，機(jī)遇是客觀(guān)存在的，機(jī)遇作為一種偶然性，有其必然性的一面。如何把握機(jī)遇，是問(wèn)題的關(guān)鍵。X射線(xiàn)、放射性的發(fā)現(xiàn)，生動(dòng)地說(shuō)明了這一點(diǎn)。偶然與必然“機(jī)遇只偏愛(ài)有準(zhǔn)備的頭腦。”X射線(xiàn)在人們研究陰極射線(xiàn)的過(guò)程中30錯(cuò)過(guò)了機(jī)會(huì)1894年，J.J.湯姆生(J.J.Thomsom)在測(cè)陰極射線(xiàn)的速度時(shí)，也作了觀(guān)察到X射線(xiàn)的記錄。他當(dāng)時(shí)沒(méi)有功夫?qū)ｉT(mén)研究這一現(xiàn)象，只在論文中提了一筆，說(shuō)看到了放電管幾英尺遠(yuǎn)處的玻璃管上也發(fā)出熒光。1887年，早于倫琴發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)8年，克魯克斯(W.Grookes)曾發(fā)現(xiàn)保存在放電管附近盒子中的照相底片變黑了，克魯克斯把變黑的底片退還廠(chǎng)家，錯(cuò)誤地認(rèn)為底片質(zhì)量有問(wèn)題。勒納(P.Lenard)是研究陰極射線(xiàn)的權(quán)威學(xué)者之一。他在研究不同物質(zhì)對(duì)陰極射線(xiàn)的吸收時(shí)，肯定也遇到了X射線(xiàn)。他后來(lái)在榮獲1905年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的演說(shuō)詞中說(shuō)：“我曾做過(guò)好幾次觀(guān)測(cè)，當(dāng)時(shí)解釋不了，準(zhǔn)備留待以后研究。不幸沒(méi)有及時(shí)開(kāi)始。”不過(guò)，即使勒納及時(shí)研究，也難于作出正確結(jié)論，因?yàn)閭惽傩糥射線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)以后，他還堅(jiān)持認(rèn)為X射線(xiàn)不過(guò)是速度無(wú)限大的一種陰極射線(xiàn)，把兩者混淆在一起。而倫琴則明確加以區(qū)分，認(rèn)為X射線(xiàn)是本質(zhì)上與陰極射線(xiàn)不同的一種新射線(xiàn)。把發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)的榮譽(yù)歸于倫琴，并授予首屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，當(dāng)之無(wú)愧。錯(cuò)過(guò)了機(jī)會(huì)1894年，J.J.湯姆生(J.J.Thomsom31二、貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性亨利·貝克勒爾(Henri

Becquerel，1852~1908)1896年3月，43歲的貝克勒爾在彭加勒的啟發(fā)下，發(fā)現(xiàn)了軸鹽的放射性，這種軸鹽輻射稱(chēng)為貝克勒爾射線(xiàn)，以區(qū)別于倫琴射線(xiàn)。貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性雖然沒(méi)有倫琴發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)那樣轟動(dòng)一時(shí)，意義卻更為深遠(yuǎn)，因?yàn)樨惪死諣柕膶?shí)驗(yàn)導(dǎo)致了居里夫婦鐳的發(fā)現(xiàn)。人類(lèi)第一次對(duì)核現(xiàn)象的接觸，為后來(lái)的發(fā)展開(kāi)辟了道路。1896年1月，法國(guó)著名數(shù)學(xué)物理學(xué)家彭加勒(J.H.Poincare)看到倫琴X射線(xiàn)的論文后提出了一個(gè)重要的想法：射線(xiàn)是從陰極射線(xiàn)擊在管壁上而產(chǎn)生的熒光亮點(diǎn)發(fā)射出來(lái)的，即指出這種現(xiàn)象可能與熒光有關(guān)。即使這一想法并不正確，但它卻對(duì)貝克勒爾的實(shí)驗(yàn)起了最初激勵(lì)的作用。二、貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性亨利·貝克勒爾(HenriBecqu32榮獲諾貝爾獎(jiǎng)1903年，貝克勒爾“由于他發(fā)現(xiàn)了自發(fā)放射性這一特殊的貢獻(xiàn)”而榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)(和居里夫婦共同分享)。1907年他被選為科學(xué)院副院長(zhǎng)，1908年為院長(zhǎng)。此后不久，因心臟病猝然去世。榮獲諾貝爾獎(jiǎng)1903年，貝克勒爾“由于他發(fā)現(xiàn)了自發(fā)放射性這一33三、居里夫人和鐳的發(fā)現(xiàn)貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性的論文吸引了瑪麗·居里。1897年，她與丈夫皮埃爾·居里討論說(shuō)：“研究這種現(xiàn)象對(duì)我好像特別有吸引力……我決定承擔(dān)這項(xiàng)研究工作……為了超越貝克勒爾已經(jīng)得到的研究成果，必須采用精確的定量方法。”于是，居里夫人選取放射性作為自己的博士論文題目。通過(guò)用新的方法重復(fù)貝克勒爾的鈾鹽輻射實(shí)驗(yàn)，使放射學(xué)的研究走了上嚴(yán)密定量的道路。瑪麗·居里三、居里夫人和鐳的發(fā)現(xiàn)貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性的論文吸引了瑪麗·居34堅(jiān)毅、勤奮堅(jiān)毅、勤奮35鋼鐵是這樣煉成的!1898年7月，瑪麗·居里（MarieCurie,1867-1934）夫婦發(fā)現(xiàn)釙（polonium)，12月發(fā)現(xiàn)鐳。兩次獲得諾貝爾獎(jiǎng)！居里夫人是一位不知疲倦的科學(xué)家，她曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，“一個(gè)人一定不要注意自己已經(jīng)做了些什么，而應(yīng)該只注意還有什么沒(méi)有做！”鋼鐵是這樣煉成的!1898年7月，瑪麗·居里（MarieC36放射性化學(xué)的主要?jiǎng)?chuàng)始人1898年4月瑪麗的第一篇關(guān)于鈾射線(xiàn)的論文包括三個(gè)主要的新觀(guān)點(diǎn)：(1)她不僅重新證實(shí)了貝克勒爾關(guān)于鈾的發(fā)現(xiàn)，而且發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的放射性物質(zhì)：釷?！扳Q氧化物的放射性甚至比金屬鈾更強(qiáng)”。(2)“所有鈾的化合物都具有放射性，一般來(lái)說(shuō)，放射性越強(qiáng)，化合物的含鈾量越多”。(注：這條實(shí)驗(yàn)結(jié)論不如盧瑟福和索迪于1902年所提到的理論精確：“放射性物質(zhì)含有不穩(wěn)定的原子，這些原子在單位時(shí)間內(nèi)有確定的部分發(fā)生衰變。”但是，僅僅9個(gè)月后她就獲得了正確的結(jié)論：1898年12月提交的論文中，瑪麗·居里“已經(jīng)證明了放射性是單個(gè)原子的特性”。(3)她引了一個(gè)極重要的新的物理概念：放射性是一種發(fā)現(xiàn)新物質(zhì)的方法。放射性化學(xué)的主要?jiǎng)?chuàng)始人1898年4月瑪麗的第一篇關(guān)于鈾射線(xiàn)的371898年：輝煌的一年他們用普通的化學(xué)方法共同對(duì)瀝青鈾礦進(jìn)行處理。1898年7月，發(fā)現(xiàn)了放射性物質(zhì)“釙”（po），命名為“釙”是為了紀(jì)念瑪麗·居里的祖國(guó)波蘭。1898年12月26日，經(jīng)過(guò)在無(wú)法遮風(fēng)避雨的工棚中長(zhǎng)年累月的艱辛工作，利后鋇進(jìn)行沉淀的方法，他們從100公斤瀝青中提煉出了另外一種放射性物質(zhì)：鐳。8噸鈾礦=1克鐳1898年：輝煌的一年他們用普通的化學(xué)方法共同對(duì)瀝青鈾礦進(jìn)行38榮獲諾貝爾獎(jiǎng)1900年皮埃爾被任命為索爾本的助理教授，而瑪麗則在一所女子高中任教。1903年，瑪麗完成博士學(xué)位論文。以“極優(yōu)”的評(píng)語(yǔ)獲得博士學(xué)位。在她獲得學(xué)位的那一天(7月25日)的晚上，她第一次遇見(jiàn)了盧瑟福。1903年11月，居里夫婦得知他們將和貝克勒爾一起共同獲得當(dāng)年的諾貝爾獎(jiǎng)，授獎(jiǎng)的原因是“他們?cè)谪惪死諣柦淌诎l(fā)現(xiàn)的放射性現(xiàn)象的共同研究工作中，做出了特殊的貢獻(xiàn)”。榮獲諾貝爾獎(jiǎng)1900年皮埃爾被任命為索爾本的助理教授，而瑪麗39榮獲諾貝爾獎(jiǎng)1903年12月11日，《紐約時(shí)代》雜志發(fā)表了評(píng)價(jià)居里夫婦的評(píng)論：“據(jù)信鐳的發(fā)現(xiàn)者不像人們所想像的那樣從工作中獲得了許多物質(zhì)利益，因此他們的遍布世界的崇拜者在得知他們獲得了諾貝爾獎(jiǎng)以后都非常高興?！本永锓驄D沒(méi)有親自去參加授獎(jiǎng)儀式，一方面是他們身體不好，同時(shí)也因?yàn)楣ぷ魈?。?dāng)1905年6月他們?nèi)ニ沟赂鐮柲r(shí)，只是皮埃爾發(fā)表了個(gè)獲獎(jiǎng)演說(shuō)，而她的妻子則坐著旁聽(tīng)。1904年，索爾本學(xué)校為居里設(shè)立了一個(gè)特殊的教席。榮獲諾貝爾獎(jiǎng)1903年12月11日，《紐約時(shí)代》雜志發(fā)表了評(píng)40再獲諾貝爾獎(jiǎng)1911年12月11日，她在諾貝爾演講中回憶說(shuō)許多發(fā)現(xiàn)都是“皮埃爾和我共同合作的結(jié)果，……盡管將純鐳從它的鹽中分離來(lái)……這項(xiàng)具體的化學(xué)工作由我完成，但是它和我們共同的工作有著緊密的聯(lián)系……因此我感到……我們的共同工作是使我獲得這么高榮譽(yù)的原因。這也是對(duì)皮埃爾·居里最崇高的紀(jì)念?！痹佾@諾貝爾獎(jiǎng)1911年12月11日，她在諾貝爾演講中回憶說(shuō)許41四、盧瑟福和α射線(xiàn)的研究在放射性和鐳發(fā)現(xiàn)以后，對(duì)于核物理學(xué)來(lái)說(shuō)，最重要的工作莫過(guò)于α射線(xiàn)的研究了。正是由于對(duì)α射線(xiàn)的研究，人們掌握了放射性的衰變規(guī)律；通過(guò)α射線(xiàn)的大角度散射，1911年發(fā)現(xiàn)了原子核；用α粒子打擊輕原子，實(shí)現(xiàn)了人工核轉(zhuǎn)變。這些新的發(fā)現(xiàn)都和盧瑟福的執(zhí)著追求分不開(kāi)。四、盧瑟福和α射線(xiàn)的研究在放射性和鐳發(fā)現(xiàn)以后，對(duì)于核物理學(xué)來(lái)42盧瑟福(ErnestRutherford,1871~1937)盧瑟福1871年生于一農(nóng)村工匠家。從小就對(duì)物理學(xué)和實(shí)驗(yàn)儀器制作有特殊愛(ài)好。1894年做研究生期間，發(fā)明了可用于檢測(cè)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的磁檢波器；1895年，選送到英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室，成了J.J.湯姆生的研究生，在這里開(kāi)始了放射性的研究，1898年發(fā)現(xiàn)了α射線(xiàn)和β射線(xiàn)。1900~1903年，他與化學(xué)家索迪(F.Soddy)合作，發(fā)現(xiàn)了放射性衰變規(guī)律，并與索迪一起創(chuàng)立放射性元素自然轉(zhuǎn)變理論。1908年盧瑟福榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。盧瑟福盧瑟福1871年生于一農(nóng)村工匠家。從小就對(duì)物理學(xué)和實(shí)驗(yàn)43盧瑟福怎樣發(fā)現(xiàn)α射線(xiàn)的？貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的軸輻射包含有三種成分，在磁場(chǎng)中它們分成三束，它們分別是帶正電的α射線(xiàn)，帶負(fù)電的β射線(xiàn)，和不帶電的γ射線(xiàn)，一種波長(zhǎng)極短的電磁波。然而，盧瑟福并不是靠加磁場(chǎng)區(qū)分出這些成分的，當(dāng)時(shí)他沒(méi)有足夠的磁鐵。他用的是吸收方法。1898年，盧瑟福以觀(guān)測(cè)細(xì)致、對(duì)待實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)客觀(guān)謹(jǐn)慎的科學(xué)作風(fēng)，經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證，判定穿透力較差，進(jìn)入物質(zhì)層很快就被吸收的成分是α射線(xiàn)。穿透力較強(qiáng)的成分是β射線(xiàn)。盧瑟福怎樣發(fā)現(xiàn)α射線(xiàn)的？貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的軸輻射包含有三種成分，44盧瑟福怎樣發(fā)現(xiàn)α射線(xiàn)的？不久，有人從磁偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)證明，穿透力強(qiáng)的β射線(xiàn)正是高速電子流?？墒铅辽渚€(xiàn)到底是什么，一直是個(gè)謎。很多人認(rèn)為，也許α射線(xiàn)是與X射線(xiàn)類(lèi)似的某種輻射。有人甚至認(rèn)為α射線(xiàn)沒(méi)有什么好研究的。盧瑟福則不一樣，他的看法是，這種射線(xiàn)的性質(zhì)越是奇特，越值得研究。α射線(xiàn)很容易被物質(zhì)吸收，說(shuō)明它跟物質(zhì)的作用強(qiáng)，只有徹底摸透α射線(xiàn)的本質(zhì)，才能建立完整的放射性理論。他知難而進(jìn)，毅然選擇了α射線(xiàn)作為自己的研究課題，甚至為此付出了畢生的精力。盧瑟福怎樣發(fā)現(xiàn)α射線(xiàn)的？不久，有人從磁偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)證明，穿透力強(qiáng)45α射線(xiàn)是是帶正電的粒子流盧瑟福精心設(shè)計(jì)了電磁偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究α射線(xiàn)?？墒浅醪綄?shí)驗(yàn)結(jié)