第四组《中子的发现》 2

1、物理学史之中子的发现小组成员：韩杨2012213930 孙越2012213927 张鹏 郑勇 中子的发现中子的发现v质子的发现和原子核的质子的发现和原子核的“质子质子电子电子”模型模型假说的提出假说的提出v19111911年，英国物理学家卢瑟福根据年，英国物理学家卢瑟福根据粒子散射实验粒子散射实验的结果提出了原子的核式结构模型，这个模型得到的结果提出了原子的核式结构模型，这个模型得到玻尔的支持和发展，很快得到物理学家们的公认。玻尔的支持和发展，很快得到物理学家们的公认。此后，一系列问题又摆在物理学家们的面前：原子此后，一系列问题又摆在物理学家们的面前：原子核是由什么构成的？原子核还有没有结构、

2、能不能核是由什么构成的？原子核还有没有结构、能不能再分？再分？v19181918年卢瑟福用年卢瑟福用粒子粒子轰击氮原子，发现了质轰击氮原子，发现了质子，这使得对于原子组子，这使得对于原子组成的研究暂时告一段落，成的研究暂时告一段落，但是随即人们就发现了但是随即人们就发现了其中的众多不合理之处。其中的众多不合理之处。v这个假说却遇到了一定的困难。这个假说却遇到了一定的困难。v困难之一：电子究竟以什么状态在原子核内。 v困难之二：根据海森堡1927年提出的测不准原理，把电子束缚在很小的核内，它的动量将有很大的不确定性，因而它在核内逗留的时间不能超过几分之一秒；v困难之三：它与量子力学中的多体统计与

3、自旋理论相矛盾。 一些科学家的探索发现一些科学家的探索发现v1.1.博特的铍辐射实验博特的铍辐射实验v1930年德国博特和贝克发现了穿透力很强的铍射线，当时只有伽马射线的穿透力可以与之相比。根据当时已经发现的各种辐射的研究，射线和射线都没有这么强的穿透力。唯一能穿透铅板且不带电的是射线，因此这两位物理学家错误地认为他们发现的是高能射线。根据这种射线在透过铅板后强度减弱的情况，他们推算出这种射线的能量约为10兆电子伏特左右。v2.约里奥约里奥居里夫妇的铍居里夫妇的铍辐射轰击石蜡实验辐射轰击石蜡实验v19311931年年1 1月月1818日约里奥日约里奥居里夫妇发现了铍射线居里夫妇发现了铍射线可以

4、从石蜡中打出质子，可以从石蜡中打出质子，但他们没有意识到这就但他们没有意识到这就是卢瑟福预言的中性粒是卢瑟福预言的中性粒子，使他们白白失去了子，使他们白白失去了一次发现中子的机会一次发现中子的机会 。v3.3.查德威克发现中查德威克发现中子子 v19321932年年2 2月月2727日查德日查德威克通过实验和计威克通过实验和计算认定这种铍射线算认定这种铍射线就是卢瑟福所说的就是卢瑟福所说的中子，质量约为质中子，质量约为质子的子的1.161.16倍。倍。19351935年查德威克凭借中年查德威克凭借中子的发现获得诺贝子的发现获得诺贝尔物理学奖。尔物理学奖。中子中子v中子(Neutron)是组成原

5、子核的核子之一 。原子核由中子和质子组成。中子的特性中子的特性v、19321932年年英国英国物理学家查德威克在做了用物理学家查德威克在做了用粒子粒子轰击轰击铍的实验中发现了中子。铍的实验中发现了中子。v、单独存在的中子是不稳定的，平均寿命约为、单独存在的中子是不稳定的，平均寿命约为1616分，分，它将衰变成质子、电子和反中微子它将衰变成质子、电子和反中微子。v、原子核由中子和质子组成，、原子核由中子和质子组成，原子核原子核内的中子是稳定内的中子是稳定的。的。v、由于中子不带电，所以容易打进原子核内，引起各、由于中子不带电，所以容易打进原子核内，引起各种核反应。种核反应。v、中子的、中子的自旋

6、量子数自旋量子数为为1/21/2。v、中子包含两个具有、中子包含两个具有 -1/3 -1/3 电荷的电荷的下夸克下夸克和一个具有和一个具有 +2/3 +2/3 电荷的电荷的上夸克上夸克，其总电荷为零。，其总电荷为零。中子源中子源v自由中子是不稳定的，它可以衰变为质子放出电子和反电中微子，平均寿命只有15分钟，无法长期储存，需要由适当的产生方法源源供应。主要方法有以下3种： v放射性同位素中子源。 v 加速器中子源。v反应堆中子源。 中子发现的意义中子最终解决了原子核模型基本问题中子最终解决了原子核模型基本问题v 随着对中随着对中子了解的子了解的不断深入，不断深入，原子核的原子核的质子质子- -

7、中子中子最终确立最终确立并得到承并得到承认。认。中子与两大相互作用v 中子在原子核中的稳定存在的原因就是因为中子和质中子在原子核中的稳定存在的原因就是因为中子和质子的强相互作用。人们由此认识到了强相互作用，从而子的强相互作用。人们由此认识到了强相互作用，从而进一步提出了强子的概念和夸克的概念。进一步提出了强子的概念和夸克的概念。v自由中子的衰变属于自由中子的衰变属于衰变，衰变，衰变正是人类最早发现衰变正是人类最早发现的弱相互作用。在对的弱相互作用。在对衰变的研究中泡利最早提出了中衰变的研究中泡利最早提出了中微子的概念并最终被证实。微子的概念并最终被证实。v利利用中子核反应和用中子核反应和衰变，

8、人类第一次制造出了衰变，人类第一次制造出了超铀元素。超铀元素。中子的应用中子的应用v中子照相：发轫自中子照相：发轫自60年代中期，用于辨认样品内部年代中期，用于辨认样品内部情况以及含氢物质的分布。情况以及含氢物质的分布。v中子测井：分为一般中子测井、中子寿命测井和能中子测井：分为一般中子测井、中子寿命测井和能谱测井，基本原理都是基于中子活化分析。谱测井，基本原理都是基于中子活化分析。v水分计：不用取样并且可以进行连续测量，分为插水分计：不用取样并且可以进行连续测量，分为插入型、表面形和穿透型。入型、表面形和穿透型。中子弹中子弹v中子弹的本质是子弹的本质是一枚小型氢弹一枚小型氢弹（氘氚聚变反（氘

9、氚聚变反应）。拥有强大应）。拥有强大的威力。的威力。v中子活化分析中子活化分析v用于确定物质元素成份的定性和定量的分析方法。它具用于确定物质元素成份的定性和定量的分析方法。它具有很高的灵敏度和准确性。有很高的灵敏度和准确性。 中子活化分析可中子活化分析可以用于工业产以用于工业产品检验、化学品检验、化学物质分析、食物质分析、食品检验、空气品检验、空气质量监测、医质量监测、医药成分分析、药成分分析、刑侦、考古等刑侦、考古等各个领域。各个领域。v中子治癌中子治癌v中子射线具有很高的中子射线具有很高的LETLET（线性能量转移）以及（线性能量转移）以及较小的氧增强比例（较小的氧增强比例（OEROER）

10、，对细胞周期依赖性），对细胞周期依赖性小，没有损伤修复或很少。与传统的小，没有损伤修复或很少。与传统的射线和射线和X X射线以及电子束相比具有独特的生物学效应，对射线以及电子束相比具有独特的生物学效应，对癌细胞的杀伤力很高。癌细胞的杀伤力很高。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种，的一种，中子弹中子弹是目前是目前世界上唯一已实现生产和部署的一种第三代核武世界上唯一已实现生产和部署的一种第三代核武器。器。 v中子探测中子探测v对中子的数目和能量的测对中子的数目和能量的测量。中子的探测是通过中量。中子的探测是通过中子同原子核的相互作用，子同原子核的相互作用，对反应的产物进行探测。对反应的产物进行探测。v基本的方法有：基本的方法有：反冲反冲质质子子法法 v核反应法。核反应法。 v活化法。活化法。 从中得到的启示v“中子”这个概念最初是卢瑟福为解决理