氘核、宇宙射线和加速器的年代

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1、1932年2月17日，在α粒子源的帮助下发现了中子。此后，所有基本粒子的发现都只通过三种方式：或者在宇宙射线中，或者利用加速器，或者利用反应堆。直线加速器1932年6月15日。考克饶夫（CockcroftSirJohnDouglas，1897～1967）和瓦尔登（WarburgErnestThomasSinton，1903～）报道了第一个由加速器中加速的粒子所激发的核过程：H11＋Li7→2He24（17．8）他们已能把质子加速到0．7MeV，不过，人们发现为了达到使锂发生反应的目的，0．12MeV就已足够。这个数量级的电压差早就已经可以得到；卢瑟福回忆

2、，他在1904年的圣路易斯博览会上看到过一个可以产生大约50万伏特电压的变压器。无论是什么工业方面的原因使人们追求如此高的电压，在一个高度真空的管子的两端加上这样的电压，在当时绝不可能仅仅出于工业的需要。只有用这种装置，人们才有希望加速粒子，而不至于因为被管中的气体散射而损失能量。因此，从一开始，有效的高能量就与那些高真空的设备相联系。进入20年代后期，有用的加速电压的极限大约是200000伏特，更高的电压则会导致干扰放电。”朝向高能研究的动力似乎始于1926年的一个核物理学计划的进展，其指导者是华盛顿卡内基研究所地磁部的布赖特（BreitGregory

3、，1899～1981）博士。根据这一计划的主要实验物理学家图夫（TuveMerleΑntony，1901～1982）的说法，“这次研究的主要目的是了解由质子和电子所组成〔1926年〕的原子核如何能那么稳定地维系在一起……我们期待发现某种非电性的短程力。利用高压X射线管，布赖特和图夫得到约为5MeV的峰值电压。1927年，在柏林的一个小组开始了利用大气中的电流作为高压源的一个计划（不无成功）。1928年，一个高能原子核计划（以X射线管开始）在加州理工学院启动。1929年，当时在普林斯顿的NRC研究员范德格拉夫（VandeGraaffRobertJemiso

4、n，1901～1967）开始研究充电皮带式静电起电机，以后这种起电机也因此以他的名字命名。利用吸附式升举器的静电平衡，电动机驱动的丝绸皮带传递电荷以便在一对电极上产生相反的电势。1931年，范德格拉夫报道得到了1．5MeV的电势，他指出：“这种机械是简单、廉价和轻便的。一个普通的电灯插座就可以提供唯一需要的能源。”与此同时，考克饶夫和瓦尔登回到卡文迪什后，开始了电压倍增器装置的研究，现在这种装置就称为“考克饶夫一瓦尔登”倍增器。在一次讨论中，考克饶夫从伽莫夫那儿获悉：几百keV的质子能够穿透核势垒（“反α衰变”），并以足够的速率激发核反应。”考克饶夫和瓦

5、尔登因此受到启发，开始了倍增器的研究。他们的努力有卢瑟福的保佑，卢瑟福不久以前曾公开地表示他自己喜欢高能物理学。“我早就希望得到足够适于研究的原子和电子，而且它们的能量要远远超出来自放射性物体α粒子和β粒子的能量。”在考克饶夫的劝说下，卢瑟福为这项研究弄到一大笔拨款——1000英镑。”经过几年辛苦，他们最后创造了一种电容器和整流器的结合，用它能把200keV的电压倍增到有700keV电势的直流电流。考克饶夫描述了接下来的情况。“最后，我们得到一束高能质子，并从一个窗口把它引到空气里，以检测它在空气中的能量和射程。浪费了一段时间后，在查德威克和卢瑟福的激励

6、下，我们把它引到一个锂靶上，再用一块硫化锌的屏，就立刻观察到明亮的闪光，它显然来自理发射的粒子。”这样，我们就得到了加速器物理学的第一个实验结果。回旋加速器原理这次事件过后不久，考克饶夫和瓦尔登各自收到了以下的电报：“为北美和南美大约1400份报纸服务的美国联合出版社将会深深地感激你们，如果你们允许我们就分裂原子的最新实验作一次解说性采访。”1932年9月15日，得到了第一个用美国加速器获得的物理学结果：来自伯克利的劳伦斯、利文斯顿（M．S．Livingston）和怀特（M．G．White）报告了一个（17．8）式反应的研究，其质子的能量范围是100～7

7、00keV。我与劳伦斯只见过一面，那是在第二次世界大战后不久，在奥本海默的普林斯顿家中。（他们两人当时关系仍不错。）我对他留有的清晰印象是，他是一位散发出自信和控制他人能力的人。我们当时还谈到正在建造的400MeV回旋加速器。我问他，他认为用现在的技术能达到多高的能量，他说完全可以超过1千MeV。那时候，这是一个令人生畏的数字。就美国而论，劳伦斯是第一位新机器建设者。用高速粒子束做实验也许不是他主要的兴趣，但是他专心致志地为达到从未有过的高能量而献身，这是十分杰出的。同样，在培养下一代机器建设者方面，他的贡献也是非凡的。这些建设者有：阿尔瓦雷斯、布鲁贝克

8、（W．M．Brobeck）、格林（K．Green）、利文古德（J．J．Livin