核能的发展应用史

核能的发展应用史

系别：核工程与新能源技术系

年级：大一

专业：核工程与核技术

班级：4班

学号：

学生姓名：

完成日期：2014年12月27日

引言

二十世纪注定是一个，足以影响整个人类进程的伟大世纪。随着新世纪的到来，科学家们迎来了物理学的又一个春天。1900年英国著名物理学家开尔文在新春贺词中这样描述道：“19世纪已将物理学的大厦全部建立，今后的物理学家的任务就是修饰、完美这座大厦。”但在贺词的最后他又说道：“大厦上空还漂浮着两朵‘乌云’。”一朵“乌云”是“以太学说”，而另一朵“乌云”则是“紫外线危机”。正是这两朵“乌云”引出了两个伟大的物理学领域，一个是相对论，另一个是量子力学。这两个领域来得正是时候，因为人类在此之前已经进入“电”的时代。“电”在给人类带来便捷生活的同时，又给人类出了两个更为艰巨的任务——解决能源不足问题与保护生态环境不再进一步遭到破坏。这使得人类不得不另辟蹊径，去寻找解决能源不足问题的方法与保护生态环境不再受到破坏的可行方案。幸运的是，这两个领域也紧跟着新世纪的脚步慢慢向我们走来。它们的到来，使得我们找到了一举解决这两个问题的方法——向微观索取能源。虽然，前人已经在微观领域取得了丰硕的成果，但就目前来看，我们的任务依然艰巨，幸运的是我们可以从前人的“足迹”中汲取经验与教训。

关键词：原子射线核武器核电站核医学核污染

自从1824年法国学者Jean-Baptist Joseph Fourier提出“温室效应”以后，一些有远见的学者就开始担心生态环境将会遭到更巨大的破坏。并且与此同时，另外一些科学家就已经开始寻找解决之道。但可惜的是，他们都没有取得有效的实质性成果。直到20世纪三四十年代，科学家们终于找到了解决这一问题的方法——开发核能，并且取得了丰硕的成果。现在，我们就来“领略”一下核能的发展应用史吧。

一原子与射线

1.1原子

“原子”一词最早是由古希腊哲学家留基伯(德谟克利特)在解释世界本源时提出的，与英国著名化学家道尔顿所提出的“原子论”的本质是不同的。现在我们知道原子是由原子核和电子组成的，而原子核又是由质子与中子组成的，我们还知道原子的结构是行星模型。但是，科学家们为了搞清楚原子的组成与结构，却花了几十年的时间。

1.1.1电子

1858年德国物理学家普吕克尔首次观察到阴极射线，1876年另一位德国物理学家戈德斯坦正式将他所看到的同普吕克尔所观察到的同种射线命名为阴极射线。随后，科学家们就开始讨论阴极射线的本质是什么。一种观点是阴极射线是一种电磁波，另一种观点是阴极射线是一种带电微粒。电磁波的发现者赫兹认为“阴极射线是电磁波”并做了大量的实验得出了“阴极射线是电磁波”的错误结论。而英国物理学家汤姆孙则在赫兹实验的基础上又做了大量的实验终于得出了正确的结论——阴极射线是带电微粒。1897年，他将该微粒命名为

电子。但在此之前还有两位科学家因没有“突破思维定势”而失去了“命名权”。一位是舒斯特（1890得到相对精确地电子比荷），另一位是考夫曼（1897年得到比汤姆孙更为精确的电子比荷）。

1.1.2质子

1918年英国物理学家卢瑟福在卡文迪许实验室时发现了质子。而在此之前戈尔德斯坦也发现了阴极射线是由正离子组成的，但他却没有去分析这些正离子的成分。在1920卢瑟福预言了中子的存在。

1.1.3中子

1932年中子被正式发现。但中子的发现之路是异常“精彩“的。1932卢瑟福的学生查克威德终于发现了他老师12年前所预言的中子。他是幸运的，幸运的是他有一位好老师。在查克威德发现中子之前，还有其他科学家同他一样也在寻找中子，并且他取得了们或多或少的成果。1930年德国物理学家博特和贝克尔，在他们的实验中就发现存在一种拥有巨大穿透力的射线，他们认为是伽马射线，所以他们就没有再进行深度的研究了。随后（1931年）中国学者王淦昌就对他们的实验结果产生了质疑，并且准备进行试验探索，但由于是留学的原因和他导师的原因，使他没有能够进行深度研究。（他似乎发表了相关的论文，查克威德所用的方法与王淦昌所设想的探索方法几乎完全一致）之后1931年底到1932初，法国物理学家约里奥——居里夫妇也重复了博特和贝克尔的实验，并且得到了相同的结果。但不幸的是他们因为思维定式的原因，也错过了发现中子的机会。而此时查克威德也在寻找中子，也是因为他老师的那句中子可能存在而使他正式发现了中子。查克威德是幸运的，但我们不能忘记在发现中子的道路上还有其他科学家做出的不可磨灭的贡献。

1．2原子模型

现在我们都知道原子模型最为正确的是丹麦物理学家玻尔的“行星模型”，但是在此模型前还有其他原子模型。这些原子模型是“行星模型”的先驱。在汤姆孙发现电子后科学家们提出了许多原子模型，其中以1898年汤姆孙本人所提出的“西瓜模型”或“枣糕模型”影响最大。但是缺陷也是非常大的。1903年勒纳德在实验中发现原子不是一个实心的球体。1909年进行了一次精确地实验，实验结果表明：占原子绝大部分的带正电的部分物质集中在很小的范围内。也就是说原子内部是“空荡荡”的，据此他提出了核式结构模型。但同样存在局限性。1913年丹麦物理学家玻尔提出了“行星模型”，并且取得了巨大的成功，但同样存在局限性，为此1935年奥地利物理学家薛定谔提出了电子云概念，进一步完善了“行星模型”，现在我们所熟知的原子模型便是“电子云行星模型”。至此原子模型终于得到解决了。

1.3放射性与射线

1.3.1放射性

我们熟知的射线莫过于X射线，其次便是伽马射线，阿尔法线，贝塔射线，

正是这些射线拉开了人类利用核能的序幕。1895年德国物理学家伦琴发现了伦琴射线即X射线，正是因为伦琴射线的发现才使得人类发现了天然放射现象。1896年初，法国物理学家贝克勒尔在不经意间发现了，被阳光照射的包裹铀盐的照相机底片上有黑色轮廓，这是他产生了兴趣。经过2个多月研究后，他终于在1896年3月2日公布了这一现象并指出铀盐本身可以发射一种神秘射线。1987年法国物理学家居里夫人提出了“放射性”一词，在此基础上居里夫妇提出了一个大胆的设想：其他元素或许也有放射性。随后，斯密特和居里夫妇独立地观察到钍化合物发射类似的射线，而一些含有铀钍混合物的矿石也具有放射性，并且放射性很强。所以他们便设想：可能还有其他未知元素。在此设想下他们进行了艰苦卓绝的寻找新元素的工作。终于在1898年7月他们发现了钋，同年12月他们又发现了镭。1923年，物理学家G. de Hevesy (赫维西) 提出“tracer”概念。1933年底，约里奥——居里夫妇在研究阿尔法射线轰击铝的时候，发现了人工放射性。1935年，科学家首次用放射性同位素进行生理学研究，之后取得了一系列成果。

1.3.2射线的应用

在自然界中存在三种天然射线即伽马射线，阿尔法线，贝塔射线除此之外还有其他多种射线。其中以X射线最为著名（与五次诺贝尔奖有关）。最先，科学家们是用射线来研究原子的组成的，随后科学家们又将射线应用于其他领域，而在其中以核医学领域与卫生监测领域最为著名。1895年，伦琴发现伦琴射线，在此之后随即发现伦琴射线具有穿透作用。1951年，美国加州大学的科学家发明了第一台扫描仪（逐点打点式）。1958年 Hal Anger 用整块的NaI(Tl)大晶体和光电倍增管阵列制造出高空间分辨率的闪烁照相机。并把这种相机称为Anger相机（克服了逐点打点）。N．Housfield与科马克奠定了现代医学扫描仪的基础。 1921年,美国出现了利用X 射线杀死肉类中螺旋线虫的专利。美国最早于上世纪四十年代开始进行辐射(照)保藏食品的研究，当时主要是用于军事上。1943年发表了对汉堡包进行辐照杀菌的论文后，美国由此解决了海军食品保存问题。尔后研究遍及美国90多所大学及科研单位。五十年代初前苏联、欧洲和日本也相继进行了广泛的研究。我国食品辐射(照)的研究则最早于1958年开始，70年代中在四川、河南、天津、北京、上海、东北地区、湖南、广东等地相继开展了食品辐照的研究。（扫描仪种类：X射线平面成像，γ照相机(γ-CT)，计算机（X射线）断层扫描(CT)，发射型CT（ECT——Emission CT)a.正电子发射CT(PET——Positron Emission CT)，b.单光子发射CT(SPECT——Single Photon Emission CT)，核磁共振成像(MRI)，康普顿散射CT(CST)，穆斯堡尔效应CT(MET)。）核素扫描原理：核素扫描机是一种核医学影像诊断仪器，其基本工作原理是把放射性核素标记化合物以口服或注射的形式引入人体，被不同的脏器所吸收、聚集或排泄，这些放射性核素可以放射出γ射线，用核素扫描机在体外对脏器逐点扫描探测并记录放射性药物在人体内的分布情况，由于脏器对药物的选择性吸收以及同一脏器中正常组织和病变组织的吸收差异，可将放射性核素在体内的分布情况以平面图的形式表达出来以显示脏器的位置、形态和大小。除此之外射线还用于监测与检查。