放射性核元素的基础知识

第1章：放射性核(He)元素概况

你想到的最危险的放射性核元素？你看过的放射性核元素电影？你想到的身边的放射性核元素危害？回顾高中学过的核物理！放射性核元素在生活中的应用？第一页，共七十九页。一、天然放射现(Xian)象

1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光，元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象．物质发射射线的性质称为放射性．具有放射性的元素称为放射性元素．1903年，居里夫妇和贝克勒尔由于对放射性的研究而共同获得诺贝尔物理学奖[1]，1911年居里夫人又因发现钋和镭而获得诺贝尔化学奖[2],成为历史上第一个两获诺贝尔奖的人。玛丽·居里的成就包括开创了放射性理论，发明分离放射性同位素技术，以及于12月21日发现两种新元素钋和镭。在她的指导下，人们第一次将放射性同位素用于治疗癌症。居里夫人是成功女性的先驱，她的典范激励了很多人。她的丈夫皮埃尔·居里在1906年4月19日这个雨天在街上被马车撞倒后当场逝世,居里夫人则由于长期接触放射性物质，于1934年7月3日因恶性白血病逝世。[3]第二页，共七十九页。居里(Li)夫人玛丽·居里1867年11月7日生于波兰华沙的一个正直、爱国的教师家庭。她自小就勤奋好学，16岁时以金奖毕业于中学。因为当时俄国沙皇统治下的华沙不允许女子入大学，加上家庭经济困难，玛丽只好只身来到华沙西北的乡村做家庭教师。1889年她回到了华沙，继续做家庭教师，有一次她的一个朋友领她来到实业和农业博物馆的实验室，在这里她发现了一个新天地，实验室使她着了迷。以后只要有时间，她就来实验室，沉醉在各种物理和化学的实验中。她对实验的特殊爱好和基本的实验技巧，就是在这里培养起来的。1892年，在她父亲和姐姐的帮助下，她渴望到巴黎求学的愿望实现了。来到巴黎大学理学院，她决心学到真本领，因而学习非常勤奋用功。每天她乘坐1个小时马车早早地来到教室，选一个离讲台最近的座位，便清楚地听到教授所讲授的全部知识。为了节省时间和集中精力，也为了省下乘马车的费用，入学4个月后，她从她姐姐家搬出，迁入学校附近一住房的顶阁。这阁楼里没有火，没有灯，没有水，只在屋顶上开了一个小天窗，依靠它，屋里才有一点光明。一个月仅有40卢布的她，对这种居住条件已很满足。她一心扑在学习上，虽然清贫艰苦的生活日益削弱她的体质，然而丰富的知识使她心灵日趋充实。1893年，她终于以第一名的成绩毕业于物理系。第二年又以第二名的成绩毕业于该校的数学系,并且获得了巴黎大学数学和物理的学士学位。第三页，共七十九页。第四页，共七十九页。居里(Li)夫人1894年初，玛丽接受了法兰西共和国国家实业促进委员会提出的关于各种钢铁的磁性科研项目。在完成这个科研项目的过程中，她结识了理化学校教师皮埃尔·居里，他是一位很有成就的青年科学家。用科学为人类造福的共同意愿使他们结合了。玛丽结婚后，人们都尊敬地称呼她居里夫人。1896年，居里夫人以第一名的成绩，完成了大学毕业生的任职考试。第二年，她又完成了关于各种钢铁的磁性研究。但是，她不满足已取得的成绩，决心考博士，并确定了自己的研究方向。站到了一条新的起跑线上。1896年法国物理学家贝克勒尔发现一种铀盐能自动地放射出一种性质不明的射线。这一发现引起居里夫妇的极大兴趣，这是一个极好的研究领域。在一间原来用作贮藏室的闭塞潮湿的房子里、玛丽利用极其简单的装置，开始向这个新领域进军。仅仅几个星期，她便取得可喜的成果。她证明铀盐的这种惊人的放射强度与化合物中所含的铀量成正比，而不受化合物状况或外界环境（光线、温度）的影响。她还认为，这种不可知的放射性是一种元素的特征。难道只有铀元素才有这种特性？遵循这一思路，她决定检查所有已知的化学物质。通过繁重而又艰巨的普查，她发现了另一种元素钍的化合物也能自动地发出与铀射线相似的射线，由此她深信具有放射现象决不只是铀的特性，而是一种自然现象。对此她提议把这种现象叫作放射性，把铀、钍等具有这种特性的物质叫作放射性物质。第五页，共七十九页。因为玛丽的研究工作太重要了，所以皮埃尔决定暂时停止他在晶体方面的研究，协助妻子共同寻找这一未知元素。皮埃尔的参加，对于玛丽来说无疑是一个极大的鼓励和支持。从此，在那间潮湿的实验室里，有着两个脑袋。四只手在忙碌。这种通力合作，持续了8年，直到一次意外的车祸夺去了皮埃尔的生命。这种未知元素存在于铀沥青矿中，但是他们根本没有想到这种新元素在矿石中的含量(Liang)只不过百万分之一。他们废寝忘食，夜以继日，接着化学分析的程序，分析矿石所含有的各种元素及其放射性，几经淘汰，逐渐得知那种制造反常的放射性的未知元素隐藏在矿石的两个化学部分里。经过不懈的努力，1898年7月，他们从其中一个部分寻找到一种新元素，它的化学性质与铅相似，放射性比铀强400倍。皮埃尔请玛丽给这一新元素命名，她安静地想了一会，回答说：“我们可否叫它为钋（pō）”。玛丽以此纪念她念念不忘的祖国，那个在当时的世界地图上已被俄、德、奥瓜分掉的国家——波兰，为了表示对祖国的热爱，玛丽在论文交给理科博士学院的同时，把论文原稿寄回祖国，所以她的论文差不多在巴黎和华沙同时发表。她的成就为祖国人民争得了骄傲和光荣。第六页，共七十九页。发现钋元素之后，居里夫妇以孜孜不倦的精神，继续对放射性比纯铀强900倍的含钡部分进行分析。经过浓缩，分部结晶，终于在同年(Nian)12月得到少量的不很纯净的白色粉末。这种白色粉末在黑暗中闪烁着蓝光，据此居里夫妇把它命名为镭，它的拉丁语原意是“放射”。钋和镭的发现，给科学界带来极大的不安。一些物理学家保持谨慎的态度，要等研究得到进一步成果，才愿表示意见。一些化学家则明确地表示，测不出原子量，就无法表示镭的存在。把镭指给我们看，我们才相信它的存在。要从铀矿中提炼出纯镭或钋，并把它们的原子量测出来，这对于当时既无完好和足够的实验设备，又无购买矿石资金和足够的实验费用的居里夫妇，显然比从铀矿中发现钋，镭要难得多。为了克服这一困难，他们四处奔波，争取有关部门,钋和镭的发现，给科学界带来极大的不安。一些物理学家保持谨慎的态度，要等研究得到进一步成果，才愿表示意见。一些化学家则明确地表示，测不出原子量，就无法表示镭的存在。把镭指给我们看，我们才相信它的存在。要从铀矿中提炼出纯镭或钋，并把它们的原子量测出来，这对于当时既无完好和足够的实验设备，又无购买矿石资金和足够的实验费用的居里夫妇，显然比从铀矿中发现钋，镭要难得多。为了克服这一困难，他们四处奔波，争取有关部门的帮助和支援。在他们的努力下，奥地利惠赠1吨铀矿残渣。他们又在理化学校借到一个连搁死尸都不合用的破漏棚屋，开始了更为艰辛的工作。这个棚屋，夏天燥热得象一间烤炉，冬天却冻得可以结冰，不通风的环境还迫使他们把许多炼制操作放在院子里露天下进行。没有一个工人愿意在这种条件下工作，居里夫妇却在这一环境中奋斗了4年。第七页，共七十九页。4年中，不论寒冬还是酷暑，繁重的劳动，毒烟的熏烤，他们从不叫苦。对科学事业的执着追求使艰辛的工作变成了生活的真正乐趣，百折不挠的毅力使他们终于在1902年，即发现镭后的第45个月，从7吨沥青铀矿的炼渣中提炼出0．12克的纯净的氯化镭，并测得镭的原子量为225。镭元素是存在的，那些持怀疑态度的科学家不得不在事实面前低下头。这么一点点镭盐，这一简单的数字，凝聚了居里夫妇多少辛勤劳动的心血！夜间，当他们来到棚屋，不开灯而欣赏那闪烁着荧光的氯化镭时，他们完全沉醉在幸福而又神奇的幻境(Jing)中。每当居里夫人回忆起这段生活，都认为这是“过着他们夫妇一生中最有意义的年代”。而他们也都痛并快乐着！但让居里夫人感到意想不到的事发生了。丈夫皮埃尔出了车祸，这对居里夫人无疑是一个沉重的打击。第八页，共七十九页。丈夫去世后，玛丽·居里的生命一度陷入了冰河状态。直到保罗·朗之万——另一颗伟大而聪颖的头脑，介入了她的生活。朗之万也是一个相当卓越的科学家，比她小五岁，完全可能成为她新的助手、爱人、伴侣和战友，这个女人一生中的第2次青春因此降临，即使它如此短暂，也足以让她焕发出前所未有的能量。朗之万本身的婚姻也存在极大的问题(Ti)，他娶了一个陶瓷工人的女儿，她暴躁粗鲁野蛮，争吵中用花瓶打破自己这个法国最有见地的科学家丈夫的头，她也蔑视他的研究工作——因为那带不来——现钱。朗之万是热爱玛丽·居里的——当然，他的离婚失败了。同时他还愚蠢地让自己的妻子拿到了玛丽·居里写给他的情书，这些情书最终被公布给了报社。玛丽·居里在45岁的这年，陷入了身败名裂的低谷。所谓天性浪漫、自由奔放的法国人，象豺狼一样朝他们的大恩人扑来。（玛丽·居里制作和亲自操作使用的X光机在一战的战场上拯救了受伤的上百万的法国士兵，她本人和她的女儿最终因为过度经受X光及其他放射性照射，而死于血液病）他们袭击她的住宅，用石头砸坏她的窗户，声称要杀死她，要她滚出法国。而曾经热烈拥护过她，并且在科学上与她同路的一些法国科学家，也联名写信，要她离开法国。她最忠实的战友保罗·艾培——也背叛了她，同意要她离开法国。原因无它，因为她在和情人通信中，居然表现出了自己具有强烈的性需求，并且试图满足它们——而这个世界的规则是，女人根本不应当有这种需求，即使产生了，也应当是设法压抑和磨灭它，而不是理直气壮地声称希望通过爱情满足它。于是她被钉在这样一个名词上：波兰荡妇。保罗·艾培的女儿，玛丽·居里最忠实的学生与支持者之一，却因此与自己的父亲发生了巨大冲突，她站在自己的父亲面前一字一句地说道：“如果你敢于赶她走，我将永远不会再见你，我的父亲。”她一生里没有顶撞过父亲，惟独在这一件事上表现出了怒不可遏。她清晰地说了以下留给父亲也足以留给未来的话语：“如果玛丽·居里是个男人，这一切都不会发生。”众所周知，另一个同时代的伟大科学家，爱因斯坦，不仅仅离婚，再婚，还有一个私生女。他把她直接送了人。而同样是这场婚外激情的主角的保罗·朗之万，并没有受到冲击。他的凶恶的妻子在成功地煽动了舆论毁灭了玛丽·居里之后，同意他另外再公开拥有一个女秘书做情人，并且以此挽回了婚姻，甚至再过多年后，她还同意丈夫又和一个年轻的女学生搞在一起。为了养活这个女学生情人，朗之万甚至还请求玛丽·居里在研究所为这学生安排了一个职位。玛丽·居里在这场舆论风暴中，走向了她生命的陨落。有几乎三年的时间里，她的精神是在一种崩溃状态里，她被她周围的强大的、恶毒的、残忍的敌意打垮了，不得不住进一所由修女开办的医院，以求得身体与心理的双重治疗。最终她恢复过来。强悍的意志和工作让她再度站了起来。在这之后她持续工作了22年，继续为法国和世界做出了巨大的贡献。第九页，共七十九页。放射性（radioactive）：原子核自发地放射出、、等各种射线的现象，称放射性。射线：氦原子核粒子流，贯穿能力很弱。射线：高速电子流，贯穿能力较强。射线：波长很短的电磁波，贯穿能力更强。X射线（英语：X-ray），又被称为艾克斯射线、伦琴射线或X射线，是(Shi)一种波长范围在0.01纳米到10纳米之间（对应频率范围30PHz到30EHz）的电磁辐射形式。X射线也是(Shi)游离辐射等这一类对人体有危害的射线。X射线波长范围在较短处与伽马射线较长处重叠。人工。第十页，共七十九页。1895年11月8日德国科学家伦琴开始进行阴极射线的研究。1895年12月28日他完成了初步的实验报告“一种新的射线”。他把这项成果发布在维尔茨堡'sPhysical-MedicalSociety杂志上。为了表明这是一种新的射线，伦琴采用表示未知数的X来命名。很多科学家主张命名为伦琴射线，伦琴自己坚决反对。1901年伦琴获得诺贝尔物理学奖。1895年爱迪生研究了材料在X光照射下发出荧光的能力(Li)，发现钨酸钙最为明显。1896年3月爱迪生发明了荧光观察管，后来被用于医用X光的检验。然而1903年爱迪生终止了自己对X光的研究，因为他公司的一名玻璃工人喜欢将X光管放在手上检验，得上了癌症，尽管进行了截肢手术仍然没能挽回生命。1906年物理学家贝克勒耳发现X射线能够被气体散射，并且每一种元素有其特征X谱线。他因此获得了1917年诺贝尔物理学奖。第十一页，共七十九页。钡铀云(Yun)母翠砷铜铀矿斜水钼铀矿铀钙石矿

放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于等于83的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．放大了1000倍的铀矿石第十二页，共七十九页。二、射(She)线到底是什么?三种射线如果不用磁场判断，还可以用什么方法判断三种射线的带电性质？第十三页，共七十九页。二、射(She)线到底是什么?三种射线第十四页，共七十九页。α射(She)线

根据射线的偏转方向和磁场方向的关系可以确定，偏转较小的一束由带正电荷的粒子组成，我们把它叫做α射线，α射线由带正电的α粒子组成.科学家们研究发现每个α粒子带的正电荷是电子电荷的2倍，α粒子质量大约等于氦原子的质量.进一步研究表明α粒子就是氦原子核.

由于α粒子的质量较大、体积大、电荷数多、速度相对小些，所以α射线的穿透本领最小，我们用一张厚纸就能把它挡住，在空气中只能前进几厘米.第十五页，共七十九页。威尔逊云雾(Wu)室英国物理学家威尔逊(CharlesThomsonReesWilson,1869-1959)经过研究，他于1894年发明了一个叫“云雾室”(CloudChamber,WilsonChamber)的装置，它里面充满了干净空气和酒精（或乙醚）的饱和汽。如果闯进去一个肉眼看不见的带电微粒，它就成了“云雾”凝结的核心，形成雾点，这些雾点便显示出微粒运动的“足迹”。因此，科学家可以通过“云雾室”，来观察肉眼看不见的基本粒子（电子质子等）的运动和变化情况。同时，还发现了不少新的基本粒子。威尔逊云雾室，为研究微观世界作出了卓越贡献。1927年，他因此荣获了诺贝尔物理学奖金。第十六页，共七十九页。β射(She)线与α射线偏转方向相反的那束射线带负电荷，我们把它叫做β射线.研究发现β射线由带负电的粒子（β粒子）组成.进一步研究表明β粒子就是电子.

β射线的穿透本领较强，很容易穿透黑纸，还能穿透几厘米厚的铝板.

第十七页，共七十九页。γ射(She)线

中间不发生偏转的那束射线叫做γ射线，研究表明，γ射线的实质是一种波长极短的电磁波，它不带电，是中性的.

γ射线的穿透本领极强，一般薄金属板都挡不住它，它能穿透几十厘米厚的水泥墙和几厘米厚的铅板.

第十八页，共七十九页。阅读课文填写表(Biao)格：氦原子核高速电子流高能量电磁波1/10光速接近光速光速弱较强很强较强较弱更小第十九页，共七十九页。

1.实验发现，如果一种元素具有放射性，那么无论以何种形式存在都具有放射性。放射性的强度也不受温度、压强等外界因素的影响。

2.由于元素的化学性质有原子核外电子决定，所以射线与这些电子无关，即射线来自原子核。

3.放射性现象意义：射线来自原子核说明原子核内部是有结构的。射线的能量高说明原子核蕴含着(Zhuo)巨大能量。第二十页，共七十九页。三、原子核的(De)组成原子核内究竟还有什么结构？原子核又是由什么粒子组成的呢？

第二十一页，共七十九页。三、原子(Zi)核的组成----质子的发现1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，得到了质子。经过研究证明，质子带正电荷，其电量和一个电子的电量相同，它的质量等于一个电子质量的1836倍.进一步研究表明，质子的性质和氢原子核的性质完全相同，所以质子就是氢原子核.

同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打出了质子。------质子是原子核的组成部分。第二十二页，共七十九页。原子(Zi)核是否只是由质子(Zi)组成呢？核的质量质子质量核的电量质子电量？核的质量质子质量核的电量质子电量>

卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认．第二十三页，共七十九页。三(San)、原子核的组成----中子的发现1932年英国物理学家查德威克又发现了中子，通过研究证明中子的质量和质子的质量基本相同，但是不带电.是中性粒子.在对各种原子核进行的实验中，发现质子和中子是组成原子核的两种基本粒子.

第二十四页，共七十九页。原子核(He)是由中子和质子组成第二十五页，共七十九页。原子核的表(Biao)示:X表示

元素符号Z表示

质子数A表示

质量数第二十六页，共七十九页。

如质子数相同，中子数不同，（质量数当然不同），则互为————同位(Wei)素。4．同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，互称同位素。同种元素的同位素具有相同的化学性质。第二十七页，共七十九页。原子核的(De)组成中子

质子统称核子

UHeH114223592XAZ（核）电荷数质量数原子核的组成10－15m

元素符号

第二十八页，共七十九页。质(Zhi)子中子核子质子数核电荷数原子序数质量数核子数中子+质子同位素12核外电子数质子数相同而中子数不同第二十九页，共七十九页。原(Yuan)子核的组成氢原子核(H)最简单，它就是一个质子，核外有一个电子绕着它转；氦原子核(He)是由2个质子和2个中子组成的，核外有2个电子绕着它转；锂原子核(Li)是由3个质子和4个中子组成的，核外有3个电子分两层绕着它转；铍原子核(Be)由4个质子和5个中子组成，核外有4个电子分两层绕着它转；……第三十页，共七十九页。放射(She)性元素的衰变原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核，把这种变化称为原子核的衰变第三十一页，共七十九页。1、两(Liang)种衰变：α衰变、β衰变

α衰变：

β衰变：

第三十二页，共七十九页。原子核发生衰变时(Shi)，衰变前后的电荷数和质量数都守恒．α衰变：

β衰变：

说明：1.中间用单箭头，不用等号；2.是质量数守恒，不是质量守恒;3.方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。3．规律：第三十三页，共七十九页。实(Shi)质：β衰变α衰变α衰变或β衰变后产生的新核往往处于高能级，不稳定，要向低能级跃迁．放出γ光子．γ射线是伴随着α射线和β射线产生的．没有γ衰变放射性物质发生衰变时，有的发生α衰，有的发生β衰变，同时伴随γ射线．这时三种射线都有．第三十四页，共七十九页。核反(Fan)应用天然放射性的高速粒子或人工加速的粒子去轰击原子核，以产生新的原子核的过程反应方程第三十五页，共七十九页。写出(Chu)镭(Ra)226、钋(Po)210、氡(Rn)222的一次α衰变方程写出铜66、磷32、铋(Bi)210的一次β衰变方程23892U衰变为22286Rn共发生了

次α衰变和

次β衰变42第三十六页，共七十九页。α衰变、β衰变表示了原子核是可以变化(Hua)的．每一种元素的衰变快慢一样吗?衰变快慢有什么规律?如何描述这一变化(Hua)规律?第三十七页，共七十九页。1.意义(Yi)：

表示放射性元素衰变快慢的物理量半衰期(T)

2.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间不同的放射性元素其半衰期不同．第三十八页，共七十九页。3、衰变规律：m0:放射性元素的(De)原有质量；m：经过n个半衰期的(De)时间后剩余的(De)放射性元素的(De)质量，则有第三十九页，共七十九页。4、决定(Ding)半衰期的因素：由原子核内部的因素决定，只与元素的种类有关，跟元素所处的物理或化学状态无关。放射性元素的半衰期是对大量原子进行观察的统计规律，是个概率的问题，对于个别原子是无意义的。不能确定哪个将要发生衰变。考古学家确定古木年代的方法是用放射性同位素作为“时钟”，来测量漫长的时间，这叫做放射性同位素鉴年法．第四十页，共七十九页。静止在匀强磁场中的放射(She)性元素发生衰变后1、放出的粒子与反冲核的动量大小相等，

方向相反2、α粒子与反冲粒子的运动轨迹是外切圆,α粒子半径大。

β粒子与反冲粒子的运动轨迹是内切圆,β粒子半径大。总结：第四十一页，共七十九页。核素(Su)的应用可能最著名的一次索尔维会议是1927年10月召开的第五次索尔维会议。此次会议主题为“电子和光子”，世界上最主要的物理学家聚在一起讨论重新阐明的量子理论。会议上最出众的角色是爱因斯坦和尼尔斯·玻尔。前者以“上帝不会掷骰子”的观点反对海森堡的不确定性原理，而玻尔反驳道，“爱因斯坦，不要告诉上帝怎么做”——这一争论被称为玻尔-爱因斯坦论战。参加这次会议的二十九人中有十七人获得或后来获得诺贝尔奖。第四十二页，共七十九页。核物理的(De)伟大天才们哥本哈根学派该届索尔维会议上有三大阵营。以玻尔为中心的便是哥本哈根学派，年轻、激情是他们的标签，因而被称为反叛的一群。其中有尼尔斯·玻尔、马克斯·玻恩、海森伯、沃尔夫冈·泡利等。尼尔斯·玻尔（NielsBohr，1885－1962，中排右一），在量子力学的发展上提出了具有突破性的“对应理论”，成为量子力学的奠基人之一，哥本哈根学派的掌门人。马克斯·玻恩（MaxBorn，1882－1970，中排右二）是德国理论物理学家，量子力学的奠基人之一。从1923年开始，他致力于发展量子理论。由于他从具体的碰撞问题的分析出发，提出了波函数的统计诠释波函数的二次方代表粒子出现的概率，于1954年获得了诺贝尔物理学奖。第四十三页，共七十九页。核(He)物理的伟大天才们同为德国人的海森伯（WernerKarlHeisenberg，1901－1976，后排右三）是量子力学第一种有效形式（矩阵力学）的创建者，他更是为后人留下了一个神秘诡谲的“海森伯之谜”(后称为“不确定关系”）。1929年，他同W.E.泡利一道曾为量子场论的建立打下基础，首先提出基本粒子中同位旋的概念。1932年获诺贝尔物理学奖。“二战”期间，纳粹德国召集众多科学家研制原子弹，海森伯是其中核心人物，但最后德国并没有造出原子弹，有一说法正是海森堡没有尽全力，但海森伯本人一直拒绝披露其中的真相。美籍奥地利科学家沃尔夫冈·泡利（WolfgangPauli，1900－1958，后排右四）是迎着20世纪的曙光来到世界的，父亲、教父坚深的物理学背景使其从小在物理学的润“物”细无声中成长。泡利是上世纪主要的理论物理学家之一。不相容原理、核子自旋的假设、中微子的假设，以及粒子自旋和统计之间关系的阐述，都是他对物理学的发展作出的卓越的贡献。第四十四页，共七十九页。核物理的伟大(Da)天才们哥本哈根反对派尽管哥本哈根学派所提出的量子力学有无穷的魅力，但爱因斯坦、薛定谔、德布罗意等人还是对此提出了质疑，这些质疑同样促进了量子力学的发展。阿尔伯特·爱因斯坦（AlbertEinstein，1879－1955，前排正中）的名字与相对论是截然不可分的，不过这位20世纪最有智慧的头脑还提出过光量子，他和马克斯·普朗克、尼尔斯·玻尔一样为量子力学最初的发展做出了巨大贡献。在这张照片中，他居于最突出的位置，可见他当时的地位。埃尔温·薛定谔（ErwinSchrodinger，1887－1961，后排右六）是奥地利理论物理学家。20世纪20年代，因为量子力学的发展，薛定谔的名字与爱因斯坦、玻尔、玻恩、海森堡等捆在了一起，而那只半死半活的“薛定谔的猫”更是科学史上著名的怪异形象之一。1933年，薛定谔因建立描述电子和其他亚原子粒子的运动的波动方程，获得诺贝尔物理奖。在爱因斯坦和玻尔的论战中，他是支持爱因斯坦最有力的科学家。路易斯·德布罗意（Louls－VictordeBroglie，1892－1987，中排右三）是法国著名理论物理学家，物质波理论的创立者。1924年11月，德布罗意在博士论文中阐述了著名的物质波理论，并指出电子的波动性。这一理论为建立波动力学奠定了坚实基础。由于这一划时代的研究成果，使他获得1929年的诺贝尔物理学奖，同时也使他成为第一个以学位论文获得诺贝尔奖金的学者。第四十五页，共七十九页。薛定谔的(De)猫定谔的猫(Schrödinger'sCat)是关于量子理论的一个理想实验。尽管量子论的诞生已经过了一个世纪，其辉煌鼎盛与繁荣也过了半个世纪。但是量子理论曾经引起的困惑至今仍困惑着人们。正如玻尔的名言：“谁要是第一次听到量子理论时没有感到困惑，那他一定没听懂。”薛定谔的猫是诸多量子困惑中有代表性的一个。一只猫被封在一个密室里，密室里有食物有毒药。毒药瓶上有一个锤子，锤子由一个电子开关控制，电子开关由放射性原子控制。如果原子核衰变，则放出阿尔法粒子，触动电子开关，锤子落下，砸碎毒药瓶，释放出里面的氰化物气体，猫必死无疑。原子核的衰变是随机事件，物理学家所能精确知道的只是半衰期——衰变一半所需要的时间。如果一种放射性元素的半衰期是一天，则过一天，该元素就少了一半，再过一天，就少了剩下的一半。但是，物理学家却无法知道，它在什么时候衰变，上午，还是下午。当然，物理学家知道它在上午或下午衰变的几率——也就是猫在上午或者下午死亡的几率。如果我们不揭开密室的盖子，根据我们在日常生活中的经验，可以认定，猫或者死，或者活。这是它的两种本征态。但是，如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫，则只能说，它处于一种活与不活的叠加态。我们只有在揭开盖子的一瞬间，才能确切地知道猫是死是活。此时，猫的波函数由叠加态立即收缩到某一个本征态。量子理论认为：如果没有揭开盖子，进行观察，我们永远也不知道猫是死是活，它将永远到处于半死不活的叠加态。第四十六页，共七十九页。核(He)物理的伟大天才们实验派照片中，除以爱因斯坦和玻尔为轴心人物的两大阵营外，还有另一派，那是只关心实验结果的实验派，包括布喇格和康普敦。康普敦（A.H.Compton，1892—1962，中排右四），他于1922—1923年间研究了X射线经金属或石墨等物质散射后的光谱。在索尔维的峰会上，他倾心于他的实验成果，报告了康普顿实验以及其和经典电磁理论的不一致，而劳伦斯·布拉格则做了关于X射线的实验报告。出现在照片中的威廉·亨利·布拉格（W.H.Bragg，1862－1942，中排左三）便是其父亲，现代固体物理学的奠基人之一。由于在使用X射线衍射研究晶体原子和分子结构方面所作出的开创性贡献，他与儿子分享了1915年诺贝尔物理学奖。第四十七页，共七十九页。伟大天(Tian)才阿尔伯特·爱因斯坦（AlbertEinstein，1879年3月14日－1955年4月18日），世界十大杰出物理学家之一，现代物理学的开创者、集大成者和奠基人。作为20世纪犹太裔理论物理学家，爱因斯坦创立了相对论——现代物理学的两大支柱之一（另一个是量子力学），其质能方程E=mc2著称于世，并因为“对理论物理的贡献，特别是发现了光电效应”的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖。1955年4月18日，爱因斯坦因病逝世。爱因斯坦一生成就卓越，其名字已成为“天才”的代名词。第四十八页，共七十九页。世界最(Zui)著名的方程第四十九页，共七十九页。历(Li)史回顾原子弹“小玩意儿”钚装药重6.1千克，TNT当量2.2万吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑。在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的动物全部死亡。“原子弹之父”奥本海默在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首古诗：“漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉。我是死神，我是世界的毁灭者。”第五十页，共七十九页。历史回顾重要事(Shi)件1896：H.Becquerel发现了铀(U)放射现象;1897：P.&M.Curie发现钋(Po)和镭(Ra);1899：卢瑟福发现a,b射线；1900：维拉德发现g射线;1903：卢瑟福证实a射线为He2+，b射线为电子；1911：卢瑟福提出原子的核式模型；1919：卢瑟福首次实现人工核反应，发现了质子。第五十一页，共七十九页。历史回顾重(Zhong)要事件1932：J.Chadwick发现了中子;1934：F.&I.Joliot-Curie发现人工放射性；1939：O.Hahn等人发现重核裂变；1939：N.Bohr等提出液滴模型;1942：E.Fermi发明热中子链式反应堆；1945：原子弹试爆成功，并在广岛上空爆炸；1952：氢弹试爆成功。第五十二页，共七十九页。Becquerel发现放射现象物理学奖1903Marie.Curie发现镭等元素物理学奖1911Marie.Curie化学奖1908Rutherford发现铀能发射α和β粒子，化学奖1921FrederickSoddy放射性物质和天然同位素研究，化学奖，“同位素”一词也是他1913年与苏格兰物理学家MargaretTodd在一次午餐谈话中提出.1921AlbertEinstein发现光电(Dian)效应的定律获物理奖1922Aston发现大量同位素及其质谱获化学奖1923Millikan在元素的光电效应电荷研究方面获物理学奖1927Compton发现了以他本人名字命名的“Compton效应”获物理学奖1935Joliot和他的妻子IrèneJoliot-Curie人工方法合成新的放射性元素获化学奖核医学与诺贝尔奖第五十三页，共七十九页。1935Chadwick发现了中子获物理学奖1936Anderson发现了正电子获物理学奖1938Fermi用中子辐照和慢中子核反应生产出新的放射性核素获物理学奖1930ErnestOrlandoLawrence生产出回旋加速器1939年获得物理学奖1923Hevesy首先用同位素进行生命科学示踪研究，提出了“示踪技术”的概念，1943年获诺贝尔化学奖。1944Hahn在原子核裂变研究方面获化学奖1960Libby发明了放射性14C测龄技术获化学奖1959Berson和Yalow建立了放射免疫分析法1977年Yalow获诺贝尔医学奖1984Jerne等(Deng)在免疫系统的控制以及单克隆抗体的研究中获医学奖核医学与诺贝尔奖第五十四页，共七十九页。三，核物(Wu)理应用1）核技术在农业中的应用

2）核技术在工业中的应用

3）核技术应用于食品与农产品的辐照4）核技术在能源领域的应用5）核技术在医学领域的应用6）核技术在环境治理中的应用7）核技术在考古领域的应用

8）核技术在天体物理的作用第五十五页，共七十九页。1核(He)物理技术在农业中的应用⑴核辐射育种已经获得了1000多种新的农作物，在全世界播种面积达几千万公顷，产生了巨大的经济效益和社会效应。辐射源采用γ射线、中子、离子束、激光和等离子体辐射源。⑵利用核辐射处理使害虫的遗传物质发生变化，降低该种害虫本身的潜在生殖能力。⑶同位素示踪技术在土壤肥料研究中的应用。第五十六页，共七十九页。

核技术的工业应用始于20世纪50年代兴起的辐射加工。辐射加工利用Co源产生的γ射线或电子加速器产生的电子束照射物(Wu)料,可引起高分子材料的聚合,交联和降解,并可引起生物(Wu)体的辐射损伤和遗传变异。在工业上主要有两方面的应用：⑴离子束加工技术⑵无损检测技术

2核物理技术在工业中的应用

第五十七页，共七十九页。

食品辐照是人类利用核技术开发出来的又一种新型食品加工保藏手段．它的原理是食品经电离辐射照射，可杀灭食品中的虫害，消除食品中病原微生物及其他腐败细菌，或抑止某(Mou)些食品中的生物活性和生理过程，从而达到食品保藏或保鲜的目的。

3核物理技术在食品与农产品的辐照中的应用

第五十八页，共七十九页。4核物理(Li)技术在能源领域的应用世界能源主要来自石油占39％、煤炭占24％、天然气占22％、水电占6．9％、核电占6．3％。石油和煤炭虽然目前仍占主导但它们的市场份额在数十年前就已经开始下降，而核电的比例一直稳定而呈增加趋势。第五十九页，共七十九页。5核物理技术在医学领(Ling)域的应用

核技术在医学中主要有三个方面的应用：一个是医学成像,另一个是肿瘤的放射治疗，再一个体外检测诊断。核医学成像技术包括单光子发射断层成像和正电子断层成像。核医学成像技术是目前唯一能在体外获得活体中发生的生物化生物化学反应

第六十页，共七十九页。5核物理技术在医(Yi)学领域的应用核磁共振成像－2003年医学诺贝尔奖正电子湮灭成像X-射线成像发射治疗肿瘤重离子治癌硼中子治疗植入放射性治疗第六十一页，共七十九页。6核物理技术在环(Huan)境治理中的应用

首先在环境监测方面，可以充分应用现有核分析技术所具有的高灵敏度、高准确度、恶劣条件的适应性，对环境进行实时、远距离监测，对环境污染物化学程度及其效应进行分析和评估，对新型污染物进行鉴别和溯源分析，应该说核分析技术已成为环境监测分析的质量保证体系中的重要组成部分。在环境治理方面，利用辐射处理污染、废水和其他生物废弃物的方法与传统的填埋、投海、焚烧等处理方法相比有显著的优点。它不会造成环境的二次污染，处理费用低。第六十二页，共七十九页。7核物理技术在考(Kao)古领域的应用

放射性核素测年，基于衰变规律的C14测年方法是过去数万年时间范围内最精确的测年方法，它使地质学和考古学从基于地层序列的相对纪年研究进入了绝对纪年的时代。

第六十三页，共七十九页。8核技(Ji)术在天体物理的作用宇宙中的核合成过程恒星诞生、发展、死亡与核反应的关系Th、U等重核如何形成反应截面测量第六十四页，共七十九页。核科学技(Ji)术的组成和应用范围第六十五页，共七十九页。核物理医学(Xue)应用的影响-诊断伦琴威廉·康拉德·伦琴（德语：WilhelmConradRöntgen，1845年（乙巳年）3月27日－1923年（癸亥年）2月10日），德国物理学家，1895年（乙未年）1月5日，他发现伦琴射线（X射线，俗称X光）。他因发现X光，于1901年获诺贝尔物理学奖，是世界上第一位获这特殊荣耀的人。这种光有非常强的穿透力，为了表明这是一种新的射线，伦琴采用表示未知数的X将其命名为X。第六十六页，共七十九页。1895年圣诞节前夕，他给他妻子的手拍了一张X光片。随后发表了关于他拍摄妻子手骨照片的论文并演示了拍摄过程。那个时候，诺贝尔奖刚刚设立。评奖委员会在(Zai)1901年将第一个物理学奖颁发给伦琴时，特别指出，这位德国学者的发现，具有“实际应用结果”。当时的伦琴，已经非常有名，获得了不少的奖誉，所以，把刚刚问世的诺贝尔奖发给他，不仅给他本人带来荣誉，而且也一定有利于提高这一新奖的声誉。然而，诺贝尔奖章程中唯一要求的获奖发言，伦琴却从来没有做过。这位著名的科学家，不爱在(Zai)公共场合出头露面，一生中经常躲避这样的发言。第六十七页，共七十九页。我的发现属于所有人与会者焦急地等待伦琴做关于他发现神秘的X光射线的报告，俨然在等一件爆炸性的重要新闻。5点钟左右，在学校的一间教室里，符茨堡大学城的医生、学者、工程师、企业主、记者、摄影师和艺术家应邀而来，过道上、窗台上都挤满了大学生。预定的时间一到，伦琴就开始演讲。他向与会者介绍，他如何成功地发现了神秘的射线，并表示愿意当众演试这一过程。“……现在我请凯利凯尔教授到工作台前来！”著名的解剖学家站起身来，好不容易才挤到了前面。“请把您的右手放到感光板上。”伦琴镇定自若地说道。医生的手遮住了暗匣，暗匣里有一块感光板。瓦格涅尔工程师将四周的光遮住，于是伦琴开始重复他两周以前在普留斯米奴斯身上做过的试验。当瓦格涅尔将显影后的感光板拿来之后，伦琴立刻毫不迟疑地将它拿给大家看。经过几分钟的沉寂，与会的人们才从惊奇之中清醒过来，兴奋地又是赞(Zan)叹、又是鼓掌。这时，凯利凯尔教授转过身来，面对欢呼的人群。“先生们！在这张照片上，你们看到了我这只手的骨骼图象。本人有生以来，像这种奇迹还从未见过。请允许我向你们建议：今后就将X射线定名为伦琴射线，以此来表示对科学家威廉·康拉德·伦琴教授伟大劳动的由衷谢意！”伦琴想说些表示反对这样做的话，然而他的话被吞没在欢呼的声浪之中了。没有一个人愿离席而去。伦琴不得不回答与会者所提出的各种问题。“我知道，先生们！”他笑着回答道，“我知道，我会因此而发财致富，但是，我并不准备拍卖这一发现。”“这我可就不懂了，”一位企业家困惑不解地直摇头，“为什么您不想以此来赚钱呢？我出50万！”“哪怕是1千万！”伦琴淡然一笑答道：“我的发现属于所有的人。但愿我的这一发现能被全世界科学家所利用。这样，它就会更好地服务于全人类……”。第六十八页，共七十九页。1962年弗朗西斯.克里克、詹姆斯·沃森和默(Mo)里斯·威尔金斯共同获得诺贝尔生理和医学奖。

1947年，由于有生物学研究的经验，克里克进入了剑桥大学的卡文迪什实验室工作。克里克的研究方向是蛋白质的x射线衍射。1951年克里克与沃森相遇，虽然克里克比沃森大12岁，却有一见如故的感觉。在沃森离开卡文迪什实验室之前，他们共同完成了一个伟大的成就，那就是揭开了DNA结构之谜。他们俩人利用获得的x射线衍射实验的结果建构了DNA的精确模型，并于1953年4月在《自然》科学杂志上将他们的成果公之于众。其中还有一件有趣的事，他们是通过掷硬币的方式来决定署名的次序的。1962年弗朗西斯?克里克、詹姆斯·沃森和默里斯·威尔金斯共同获得诺贝尔生理和医学奖。第六十九页，共七十九页。亨斯菲尔德1979年诺(Nuo)贝尔医学奖1951年，他进入EMI公司后，初期主要从事雷达和制导武器工作，后来负责一个小型设计实验室并开始对计算机产生兴趣，亨斯菲尔德参加了早期计算机系统中使用的磁鼓和磁带卡座的设计工作。1958年，他领导的一个研制小组建造了英国第一台完全由晶体管构成的计算机，完成这项工作后，他到EMI的中心研究实验室工作，主要研究项目是自动模式识别技术。与X射线影像打交道是1967年的事情，就在这一年，他脑子里勾画出了计算机断层图像的概念，1968年为了实现这种技术，设计了一整套系统并申请专利，4年后专利被批准，这就是CT的诞生。1972年，采用这种CT技术获得病人的检查图像震惊了医学界。1973年，亨斯菲尔德接受采访时称，他之所以能够对常规X射线获取图像的技术有突破，是因为他当时认识到通过多个不同角度对物体用X射线扫描后，可以将信息100%的获取。在诺贝尔颁奖仪式上，在对所有未来的诺贝尔奖争取者的寄语中，他下面这段朴素的讲话既是对自己的总结又是对后来者的忠告：如果你考试没有通过，不用太担心，只要你感到你的确理解了所学的课程；将自己常用的推理方法充分使用后，通过对身边发生的事物基本要素的掌握，你就会对你所能达到的理解能力和所掌握的知识感到吃惊。第七十页，共七十九页。保罗·劳特布尔\彼(Bi)得·曼斯菲尔德２００３年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家保罗·劳特布尔和英国科学家彼得·曼斯菲尔德，以表彰他们在核磁共振成