原子核物理学研究的新发现

卢瑟福，E.

卢瑟福，Ernest Rutherford (1871～1937) 伟大的物理学家。1871年8月 30日生于新西兰南岛纳尔逊南郊，18岁获得新西兰大学坎特伯雷学院奖学金，在该校获得学士和硕士学位。1894年他安装一台赫兹电磁振荡器,制成自己设计的电磁波接收器,在距离振荡器60英尺(约18米)远处能探测到振荡器发出的电磁波。这时正当英国剑桥大学决定向国内外开放招收研究生，卢瑟福进入三一学院。1895年获得剑桥大学第一批研究生奖学金，同年入卡文迪什实验室，成为J.J.汤姆孙的研究生。他继续研究电磁波的发射和接收，没过几个月就将其仪器改善到能在半英里(约 0.8公里)远处接收到无线电波信号。这项工作表现了他的实验才能，使他崭露头角。1898年加拿大蒙特利尔的麦吉尔大学聘任他为麦克唐纳教授。1907年他回英国担任曼彻斯特大学实验物理学教授。1919年应邀到剑桥接替退休的J.J.汤姆孙,担任卡文迪什实验室主任。1925年当选为英国皇家学会主席。1931年受封为纳尔逊男爵，1937年10月19日因病在剑桥逝世。

学术成就 卢瑟福对物理学的主要贡献是：

放射性 卢瑟福对于放射性的研究,开拓了原子核物理学和原子物理学的新领域。1896年他同J.J.汤姆孙一道研究X射线在空气中产生电离的现象,随后又研究紫外光射在锌上产生离子的现象。1898年A.H.贝可勒尔发现铀自动发射出穿透性很强的一种新的辐射，象X 射线那样能使空气电离。这种现象引起他的重视，于是他的研究工作就转移到这一新领域，试图解决铀放射性之谜。

不久，在发现放射性辐射经过玻璃、石蜡、铝等物质时不发生折射（传播方向不改变）之后，卢瑟福用分层的铝片放在铀源上进行实验，发现了铀放射性辐射的成分不一，含有两种可被铝片吸收的辐射；一种是容易被吸收、即穿透力弱的，他称之为□ 辐射，一种是比较难于被吸收、即穿透力较强的，他称之为β辐射。

原子核物理学的基本概念及实验方法

原子核物理学，作为物理学的一个分支，研究的对象是原子核结构、反应和辐射等。现代原子核物理学起源于放射性现象的研究，发展历程从放射性到核裂变、核聚变、中子、质子等粒子的发现和研究，再到核能的应用等。本文将介绍原子核物理学的基本概念和实验方法。

一、原子核物理学的基本概念

原子核是由质子和中子组成的，它是原子的稳定部分。原子核的结构和性质是原子核物理学研究的核心内容。原子核可描述为一个粒子系，其内部粒子与其他原子核、原子、电子等粒子交互作用，使其在宏观尺度下表现出各种性质和现象。原子核物理学基本概念如下：

1. 质量数：原子核的质量除原子电子外，主要由质子和中子的贡献构成。质量数A是原子核中质子数Z与中子数N的和，即A=Z+N；

2. 核荷数：原子核荷电量等于其内部质子数Z乘以基本电量e，即eZ，反之，由Z获得核荷信息；

3. 核结合能：原子核组成带正电荷，故质子间存在相互斥力，使核系统处于不稳定平衡状态，核内包含中子的“引力”能够维持核结构稳定性。所谓原子核结合能是指将核中的绝对质量总和与核离解成各自质量总和之差，乘以光速的平方即可得到结合能的数值。

二、原子核物理学的实验方法

原子核物理学的实验方法是对原子核物理学研究所必要的重要手段。实验室通常可将实验手段归为两类：一类是基于原子核间的相互作用，如核反应、核裂变等；二是基于测试加速器或天然辐射场的现象和反应。

1. 核反应

核反应是指核粒子之间相互作用后发生的一系列物理过程。在核反应中，参与反应的原子核可能发生聚变、裂变、放射性衰变、共振吸收等反应。通过核反应，人们研究了许多探索原子核结构和性质的实验，如利用核反应研究高能粒子、研究核子内部状态等。

2. 核裂变

核裂变是指原子核由外界作用下，分为两部分，使裂变合成核伴随着大量释放的能量和中性粒子。裂变可以通过核反应诱导来实现。核裂变在原子核物理学中的应用十分广泛，如核能发电和核武器。

物理学原子核物理中的强相互作用及解析方法

在物理学原子核物理研究领域中，强相互作用被认为是其中最重要的一种相互作用力。它是指在原子核尺度下，质子和中子之间通过交换胶子所产生的力。强相互作用的研究对于理解原子核结构和核反应过程具有重要意义。本文将探讨强相互作用的原理与特性，并介绍一些应用于解析强相互作用的方法。

1. 强相互作用的原理和特性

强相互作用是由胶子交换所引起的一种力，它使得原子核中的质子和中子相互吸引并保持在一起。强相互作用的强度远远大于电磁相互作用和弱相互作用，因此在原子核的形成和稳定性方面起着决定性的作用。

强相互作用具有以下几个显著特性：

(1) 非常短程：强相互作用的作用距离非常短，只限于原子核内部。一旦距离超出核尺度，强相互作用几乎可以忽略。

(2) 颜色电荷：强相互作用所涉及的基本粒子有一种称为“颜色电荷”的属性。颜色电荷共有三种：红、绿、蓝。质子和中子分别由一种颜色电荷和一种反颜色电荷组成，通过胶子的交换来维持相互作用。

(3) 渐近自由性：在相互作用距离非常短的情况下，强相互作用表现出渐近自由性。这意味着在高能量和短距离的极端条件下，强相互作用的强度减小，粒子之间的相互作用效应变得可以忽略。 2. 强相互作用的解析方法

为了解析强相互作用，科学家们提出了多种研究方法和理论模型。下面介绍几种常用的方法：

(1) 核模型：核模型是解析强相互作用的一种常用方法。核模型基于质子和中子的组合方式，通过波函数描述原子核的结构和性质。核模型的发展包括了壳模型、液滴模型、集体模型等多种形式，为研究者提供了分析原子核的重要工具。

(2) 轨道壳模型：轨道壳模型是一种对原子核结构进行定量描述的方法。它通过考虑壳层的填充和空缺，给出了原子核的能级结构和核素的性质。轨道壳模型已经成功地解释了多种原子核现象，例如核的魔数和核素的半衰期等。

(3) 夸克模型：夸克模型是解析强相互作用的基本理论之一。夸克是构成质子和中子的基本粒子，夸克模型通过考虑夸克之间的相互作用力来解释原子核的结构和性质。夸克模型的发展以量子色动力学（QCD）为主要理论基础，为深入研究原子核提供了重要的参考。

原子核物理

徐象如

我们知道，原子核物理是研究原子核的结构和变化规律，获得射线束并

将其用于探测、分析的技术，以及研究同核能、核技术应用有关的物理问题。简

称核物理。下面着重谈一下对它的介绍。

人类首次观测到核变化是在1896年，A.-H.贝可勒尔发现了天然放射

性，人类首次观测到核变化，通常将它作为核物理学的开端。此后的40多

年，主要从事放射性衰变规律和射线性质的研究，并用射线对原子核作初

步探讨；还创建了一系列探测方法和测量仪器，一些基本设备如各种计数

器、电离室等沿用至今。探测、记录射线并测定其性质，一直是核物理研

究和核技术应用的一个中心环节。

放射性衰变的研究证明了一种元素可以通过α衰变或β衰变而变成另

一种元素，推翻了元素不可改变的观点；还确立了衰变规律的统计性。统

计性是微观世界物质运动的一个根本性质，同经典力学和电磁学所研究的

宏观世界物质运动有原则上的区别。衰变中发射的能量很大的射线，特别

是α射线，为探索原子结构提供了前所未有的武器。1911年，E.卢瑟福等

用α射线轰击各种原子，从射线偏折的分析确立了原子的核式结构，并提

出原子结构的行星模型，为原子物理学奠定基础；还首次提出原子核这个

词，不久便初步弄清了原子的壳层结构和其电子的运动规律，建立和发展

了阐明微观世界物质运动规律的量子力学。

1919年，卢瑟福等人发现用α射线轰击氮核时释放出质子，首次实现人工

核反应。此后用射线引起核反应的方法逐渐成为研究原子核的主要手段。

初期取得的重大成果是1932年中子的发现和1934年人工放射性核素的制

备。原子核是由中子和质子组成的。中子的发现不仅为核结构的研究提供

必要的前提，还因为它不带电荷，不受核电荷的排斥，容易进入原子核而

引起中子核反应，成为研究原子核的重要手段。30年代中，人们还从对宇

宙线的观测发现正电子和“介子”(后称μ子)，这些发现是粒子物理学的先河。

20年代后期，开始探讨加速带电粒子的原理。30年代初，静电、直线和回