第一章核科学起源

第一章核科学起源第1页，课件共27页，创作于2023年2月放射化学设置约九章的内容第2页，课件共27页，创作于2023年2月

放射化学

第一章核科学起源杨金玲第3页，课件共27页，创作于2023年2月WilhelmConradRoentgen(1845-1923)

“偶然”的一次大发现——x射线1895年10月，德国的物理学家伦琴在实验室里装起了阴极射线管，开始研究阴极射线时，发现了x射线。第4页，课件共27页，创作于2023年2月AntoineHenriBecquerel(1852-1908)

研究x射线产生原因时，发现硫酸钾复盐具有的自发射线，进而发现了更为重要的放射性现象。第5页，课件共27页，创作于2023年2月Becquerel的发现Roentgen（伦琴）发现了令人费解的射线，这种射线在玻璃壁和其它一些材料中会产生荧光（当时称为磷光）；1880年Becquerel，受他祖父和父亲的影响，对磷光现象感兴趣，制备出硫酸铀酰钾（K2UO2(SO4)2.2H2O）；1896年，Becquerel提供了第一批实验结果：硫酸铀酰复盐晶体受强烈阳光照射后，放出一种穿透能力很强的辐射；（1）在强光、弱光、无光的条件下，铀盐都具有感光现象；（2）其它铀盐、亚铀盐、铀盐溶液、金属铀都能产生这种辐射，且与铀含量成正比；第6页，课件共27页，创作于2023年2月不可见的射线由三种成分组成：一种是高速运动的氦原子核，称为α射线，它电离作用大，贯穿本领小另一种是高速运动的粒子（电子）束，称为β射线，它的电离作用较小，贯穿本领大第三种是波长很短的电磁波，称为γ射线，它的电离作用小，贯穿本领最大由于它们的电离和贯穿本领，在工业、农业、医学和科学研究中发挥了重要作用第7页，课件共27页，创作于2023年2月MarieCurie(1867-1934)

发现Th也有类似的性质，进一步研究时发现某些矿物中的放射性比其中所含U，Th的放射性要强的多第8页，课件共27页，创作于2023年2月1898年，得到了少量放射性比U强150倍的黑色粉末，在经过一番提炼又得到了放射性比U强400倍的新元素，为了纪念自己的祖国波兰，命名为钋polonium；同年底1898,9在G.Bemont的协助下，theCuries,在铅的放射性沉淀中发现了放射性更强的元素镭radium；为了证明钋和镭这两种新元素，居里夫妇买了2000Kg提取铀后的沥青铀矿渣，在简陋的实验室里经过了两年多艰苦的劳动，终于在1902年提炼出了120mg在光谱中见不到钡的纯的氯化镭，并测定了它的原子量。第9页，课件共27页，创作于2023年2月

Curie夫妇的成就发现钍发出与铀具有相似的射线；天然铀矿石的放射性比纯铀、人工合成铀矿石的强；在天然铀矿石的分离过程，发现了钋和镭元素，并经光谱法证实；测定了镭的分子量226.5；建立了首个镭和钡分离的化学分离方法；测定了浓缩铀式样的热效应，发出100cal/g.h。第10页，课件共27页，创作于2023年2月射线性质的早期研究过程1899年，Rutherford利用静电计研究了射线的自身性质：结论：一种射线被千分之几的厘米的铝箔表面吸收（）；一种在铝箔厚度增加到100倍才被大量吸收（）；铝的吸收系数为15cm-1，射线的电离效应被减弱的量与初始值之间按照指数衰减公式：ed。

Curie夫人发现，射线的值不是常数，随着射线进入吸收体的深度增加而增加。Bragg提出并证实了粒子具有一定的射程；并发现一些放射性物质放出的射线具有不同的特征射程；其它科学家研究：通过磁场和静电场的偏转实验证实和射线是高速运动的离子流；证实粒子就是氦粒子；发现了射线，但是其性质和射线相似，只是能量不同，在随后一段时间内，没有区分射线射线。第11页，课件共27页，创作于2023年2月第12页，课件共27页，创作于2023年2月

Rutherford和Soddy的放射性衰变理论1899年发现在钍、镭和锕的化合物都可以释放出放射性的射气，这种射气是惰性的。在射气的研究中，得到两个重要的结论：（1）放射性物质的放射性活度不是永远不变的，是随时间而衰减的，其时间特性因物质而异；（2）放射性过程伴随有放射性原子的化学性质变化。1903年，Rutherford和Soddy才对放射性的本质有十分深入的了解：（1）放射性元素不断地自发地从一种化学元素转变为另一种元素；（2）上述转化过程中伴随着放射性辐射；（3）这种放射性过程是原子内部的亚原子变化。第13页，课件共27页，创作于2023年2月第14页，课件共27页，创作于2023年2月实现人工核反应和发现人工放射性1919年卢瑟福首次实现人工核反应，从而发现了质子1934年，JoliotCurie夫妇用214Po的α粒子轰击Al、Be时发现了正电子第15页，课件共27页，创作于2023年2月铀裂变现象的发现1938年，德国物理学家哈恩发现了核裂变现象链式裂变反应的实现意大利物理学家费米发明了热中子链式反应堆（1942年12月2日）原子弹的诞生1945年7月，美在墨西哥州进行了第一颗原子弹爆炸实验第16页，课件共27页，创作于2023年2月年代现代核科学发展的重要步骤～490-430B.CEmpedocles提出万物是由气、土、水和火四种元素组成。任何物质都是通过它们之间的转化而形成的。（四种元素主要的修正是气、固和液被认为是物质的形态，火被认为是能量）～460-370B.CDemocritos提出所有物质是由永恒的、移动的、坚硬的原子组成，原子的特性相同，而大小、形状和质量不同。1661Boyle著述宇宙万物是由不能在分割的有限数目的物质（元素）组成。1808Dalton提出所用的化合物（分子）是由原子按照固定的比例组成的。1896Becquerel发现铀射线（放射性射线），射线强度是采用射线轰击一个荧光屏时，测量射线的气体电离和荧光而得到。1896-1905Crookes,Becquerel,Rutherford,Soddy,Dorn,Boltwood等人发现放射性衰变是原子的转化，从而在放射性衰变系中产生不同放射性元素。1989P.Curie和M.Curie首次用放化法发现Po和Ra。1898-1902P.Curie,Debierne,Bequerel,Danilos等人发现辐射对化学物质的影响和对生物的危害。1900Villaed和Becquerel提出－射线具有电磁特性。最终在1914年被Rutherford和Andrade证实。1900Becquerel证实－射线为电子。第17页，课件共27页，创作于2023年2月1902P.Curie，M.Curie和Debierne首次分离出克量级的放射性元素（Ra）。1903Rutherford证实－射线为He原子。1905Einstein提出质量和能量转化公式。1907Stenbeck首次开展了Ra的治疗学，并治愈了皮肤癌。1911Rutherford，Geiger，Marsden通过－射线碰撞很薄的金属箔发生散射的测量推断出原子含有一个很小带正点的原子核。1912Hevesy和Paneth首次应用RaD作为放射性示踪元素，测定了PdCrO4的溶解度。1912Wilson开发了云母室，使来自核粒子的径迹可见了。1913Hess发现了宇宙射线。1913Fajans和Soddy依靠同位素存在的假设解释了放射性衰变系，并被J.J.Thomson通过Ne粒子在电磁场中的偏转实验证实，Aston通过气体扩散分离出Ne的同位素。1913N.Bohn解释了原子核被具有固定轨道的电子包围。第18页，课件共27页，创作于2023年2月1919Rutherford在实验室中首次进行了核转化，4He＋14N17O＋1H1919Aston建立了首台实用的质谱仪，并且通过质谱仪发现同位素的质量不是精确的整数。1921Hahn发现了同质异能素：234mPa(UX2)234Pa(UZ)1924DeBroglie提出运动的粒子具有波性质的假说。1924Lacassagne和Lattes在生物学研究中应用了放射性示踪剂元素（Po）。1925-1927Bohn原子模型的重要改进：Pauli不相容原理，Schrödinger波性机理，Heisenberg不确定关系。1928Geiger和Müller建立了用于测量单个核粒子测量的第一个GM管。1931VandeGraaff开发了电级高压发生器，可以加速原子粒子来提高能级。1931Pauli假设了一个新的粒子“neutrino”，在衰变中形成。1932Cockcroft和Walton开发了高压倍加器，利用它在实验室加速粒子进行了首次核转化反应（0.4MeV1H＋7Li24He）1932Lawrence和Livingston建立了首台回旋加速器。1932Urey发现了d，并通过液态水的蒸发得到富集的同位素。1932Chadwick发现了中子。1932Andersson通过在一个云母室中对宇宙射线的研究发现了正电子e＋或＋。1933Urey和Rittenberg证实了化学反应中的同位素效应。第19页，课件共27页，创作于2023年2月1934Joliot和I.Curie发现了人工放射性：4He+27Al30P＋n；30P30Si1935Dehevesy开发了中子活化分析方法。1935Yukawa预言介子的存在。1935Weizsäcker得到质量半经验公式。1937Neddermeyer和Andersson用摄影底片发现了宇宙射线中的－介子。1938Bethe和Weizsäcker通过核聚变：34He12C，提出了恒星中第一个能量产生的理论。1938Hahn和Strassman发现了用中子辐照铀后的裂变产物。1938-1939Meitner和frisch解释了Hahn和Strassman的发现，几乎同时被欧洲和美国几个实验室同时证实。1938-1939F.Joliot，vonHalban，Kowarski和F.Perrin在法国申请了核链式反应产生能量装置的专利，并开始建设一座核反应堆，由于战争，该项工作被迫中断。1940McMillan，Abelson，Seaborg，Kennedy和Wahl首次生产和鉴定了超铀元素，Np和Pu，并和Segré一起发现239Pu是可以裂变的。第20页，课件共27页，创作于2023年2月1940许多国家的科学家发现235U可以被慢中子诱发裂变，而232Th和238U仅仅被快中子裂变，在每次裂变过程中产生2-3中子，同时释放出大量的能量。由此核武器生产和核电站建设的可能性在许多国家被考虑。1942Fermi和他的合作者建设了第一座核反应堆（重要时间是12月2日）1944在美国OakRidge实验室首次合成了克量级的Pu，1945年在美国Hanford实验室生产了公斤级的Pu。1944McMillan和Veksler发现同步加速器原理，使建立能量高于1000MeV的加速器成为可能。1940-1945Oppenheimer和他的合作者开发了一个快速产生不受控制的链式反应，释放很大能量的装置。首次实验是1945年6月16日在美国新墨西哥州的Alamogprdo进行的，产生能量相当于20000T的TNT；紧接着在广岛（1945年8月6日）和长崎（1945年8月9日）投放了原子弹。1944-1947开发了光电放大器的闪烁探测器。1946Libby建立了14C年代断代法。1946第一座核反应堆在前苏联开始运行。1949前苏联进行了第一次原子弹实验。1950Mayer,Haxel,Jensen和Suess提出了原子核壳模型。1951美国Argonne国立实验室开发了第一座增殖反应堆，也是首次生产电力，并在Idaho建成。第21页，课件共27页，创作于2023年2月1952美国首次试验了不控制的规模大聚变能装置（氢弹）。1953-1955A.Bohr,Mottelson和Nilsson等提出了核子的整体模型（整体转动的单粒子效应）。1955Chamberlain,Segrè,Wiegand和Ypsilantis合成反中子。1955第一艘核能船（Nautilus核潜艇）1954-19561954年第一座核电站（5MWe）在俄罗斯Obninsk启动运行；1956年第一座民用核电站（45MWe）在英国CalderHall开始运行。1956ReinesandCowan证明了中微子的存在。1957CO2冷却的石墨堆在英国Windscale的点火。1957俄罗斯Kyshtym的核废物储存设施爆炸，造成大面积放射性污染。1959第一艘反应堆驱动的民用破冰船（Lenin）在俄罗斯下水。～1960Hofstadter等人发现质子和中子在内电荷中不平衡分布。～1960Lederman,Schwarz和Steinberger等人发现介子。1961放射性核素238Pu首次作为电源应用到卫星（Transit-4A）上。1961开发出半导体探测器。1963结束核武器空爆试验（见下）。1965A.Penzias和R.W.Wilson发现3K的宇宙微波辐射本底。第22页，课件共27页，创作于2023年2月～1970夸克理论的改进（Gell-Mann），Friedman,Kendall和Taylor在核的散射实验中证实了夸克粒子的存在。1972法国科学家在加蓬的Oklo发现天然核反应堆。1979美国Harrisburg附近的TreeMileIsland生产厂的PWR反应堆的堆芯被熔化，没有造成环境污染。1983Rubbia,VanderMeer和他们的合作者在CERN发现了W和Z的微作用的发报机。1986前苏联的乌克兰共和国的Pripyat的切尔诺贝利－4核电站发生爆炸和失火，造成大面积污染。1955成立了联合国科学委员会原子辐射效应机构（UNSCEAR）。1957成立了国际原子能机构（IAEA），总部设在维也纳。1963禁核条约禁止在大气、太空和水下进行核试验。1968美、英、苏等3国政府发起，全部核武器拥有国（NWC）、40个核武器缔约国以及其它非核武器国家共同签署《不扩散核武器条约》。

1971IAEA接受了核保障体系的责