原子原子核物理的发展

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1、原子、原子核物理的发展侯春风哈尔滨工业大学物理系主要内容一.原子模型的提出和发展二.原子核的放射性三.几个著名的核反应四.重核的裂变和轻核的聚变五.原子弹简史一.原子模型的提出和发展“原子”一词来自希腊文，含义是“不可分割的”。公元前四世纪，古希腊哲学家德谟克利特(Democritus)提出了这一概念，并把它当作物质的最小单元。17世纪，通过卡文迪许和拉瓦锡等许多化学家的工作，发现了水可分解为氧和氢两种元素；空气是由氧、氢和氮等元素混合而成的，燃烧只不过是元素和氧起激烈反应等等。随着几十种元素的发现，英国化学家道尔顿提出了新的原子学说。他认为物质是

2、由许多种类不同的元素所组成，元素又由非常微小的，不可再分的、不能毁灭又不能创生的原子所组成。1807年，英国科学家约翰·道尔顿(JohnDalton)提出原子论。他认为原子类似于刚性的小球，它们是物质世界的基本结构单元，是不可分割的。道尔顿用他的学说说明了化学中的物质不灭定律等。道尔顿的原子说是根据事实概括的结果，能够用来研究和发现新的现象，因此比古代原子说更进一步。19世纪后半期，分子运动论有了进一步发展，人们逐步建立起近代的原子分子学说。但是原子分子是否存在，一直没有用实验证实。1897年汤姆逊发现了电子，并证明了电子是各种元素的基本组成部分。1

3、903年卢瑟福和化学家索迪合作，通过实验发现了一种物质可以变成另一种物质，提出了原子自然衰变的理论。这些事实打破了道尔顿以来人们认为原子不可再分割的观念。1905年，爱因斯坦用分子运动论的观点从理论上解释布朗运动获得成功，他还提出了测定分子大小的新方法。1908年，法国物理学家佩林按爱因斯坦的方法，用实验测定了分子的大小，结果跟爱因斯坦预言的一致，终于在科学界确认了现代分子原子学说。十九世纪末二十世纪初，一些实验现象相继发现，如电子、X射线和放射性元素的发现表明原子是可以分割的，它具有比较复杂的结构。那么，原子是怎样组成的？原子的运动规律如何？189

4、8年，Thomson提出了“布丁模型”(也被称为“西瓜模型”)。1903年，德国物理学家林纳德(P.Lenard)在实验中发现“原子内部是十分空虚的”。P.Lenard(1862~1947),1905年诺贝尔物理奖得主。在P.Lenard的基础上，长冈半太郎(HantaroNagaoka)提出了原子的土星模型，认为原子内的正电荷集中于中心，电子绕中心运动，但他没有深入下去。长冈半太郎的土星模型长冈的土星模型HantaroNagaoka1909年，英国物理学家卢瑟福(E.Rutherford)在他的学生盖革(H.Geiger)和马斯登(E.Marsde

5、n)的协助下，发现粒子轰击原子时，大约每八千个粒子中有一个被反射回来。汤姆逊模型无法对该实验结果做出解释。卢瑟福根据实验结果于1911年提出了原子的“核式结构模型”(也被称为“卢瑟福行星模型”)E.Rutherford，1908年诺贝尔化学奖得主，外号：鳄鱼。原子核电子卢瑟福原子模型卢瑟福的“核式结构模型”可以解释粒子散射实验结果，因此比汤姆逊模型更符合实际情况。卢瑟福手迹卢瑟福的“行星模型”的虽然可以解释粒子散射实验结果，但该模型却无法解释原子的稳定性无法解释氢原子光谱的规律。为了解释上述问题，卢瑟福的一个学生——丹麦物理学家尼尔斯

6、·玻尔(NilesBohr)在卢瑟福的“行星模型”的基础之上于1913年提出了原子的量子理论，即“玻尔模型”。+玻尔的原子模型(Bohr’sAtom)尼尔斯·玻尔(NilesBohr)，丹麦人，二十世纪世界最伟大的物理学家之一，量子理论的主要奠基人。1922年诺贝尔物理奖得主。玻尔理论后经索末菲等人的改进。索末菲从实验事实出发，将电子绕核轨道从单一的圆轨道，推广到椭圆轨道。并且他还发现轨道在空间的取向也是量子化的，从而引入了主量子数、角量子数和磁量子数的概念。1920年索末菲又引入了第四个量子数。这第四个量子数直到1925年才被科学家弄清楚，原来是绕

7、核旋转的电子的自旋量子数。1925年泡利在研究四个量子数跟原子核外电子排布的关系时，发现了泡利不相容原理：在同一原子内，在一个原子中不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的四个量子数(n,l,ml,ms)。利用玻尔、索末菲理论加上泡利不相容原理可以成功地解释核外电子的排布。至此原子物理学完全建立了起来。二.原子核的放射性原子核物理学的发展是和19世纪末以来原子物理学的发展交织在一起的。自1896年贝克勒耳发现铀盐的放射性之后，一些科学家着手寻找其他新的放射性元素。其中最有成就的数居里夫妇了，通过他俩的艰苦努力，发现了镭和钋。另一些科学家着重研究放射

8、性物质放出的射线性质以及射线和物质本身的关系。研究工作也取得了累累硕果。卢瑟福弄清了放射性物质放出射线含有三