1935年诺贝尔物理学奖.doc

1935年諾貝爾物理學獎 ――中子的發現 1935年諾貝爾物理學獎授予英國利物浦大學的查兌克(Sir James Chadwick，以表彰他發現了中子。 中子的發現具有深遠的影響。由此引起了一系列成果：第一是為核模型理論提供了重要依據，蘇聯物理學家伊萬寧科(D. Ivanenko)據此首先提出原子核是由質子和中子組成的理論；其次是激發了一系列新課題的研究，引起一連串的新發現；第三是找到了核能實際應用的途徑。用中子作為砲彈撞擊原子核，比α粒子有大得多的威力。因為它像一把鑰匙，打開了研究原子核的大門。 查兌克是拉塞福的學生，1891年10月20日生於英國的曼徹斯特(Manchester)市。1911年在曼徹斯特大學畢業後，留校在拉塞福實驗室研究放射性，1913年獲碩士學位，隨即得獎學金赴柏林向拉塞福的合作者蓋革（H. W. Geiger）學習，在那裏正遇上第一次世界大戰爆發，他被當作戰爭囚犯關押起來，但在監禁期間他仍設法成立起一個小的研究實驗室。1919年查兌克回到英國，隨拉塞福來到卡文迪西實驗室，協助拉塞福完成人工核轉變的實驗研究。1923年當上了卡文迪西實驗室助理主任，是拉塞福的主要助手和合作者。查兌克對科學作出過許多貢獻，早在1914年當他還是個學生的時候，就發現(射線能譜是連續的。1920年他通過鉑、銀和銅核研究(粒子的散射，直接測出了原子核的電荷，從而完全證實了拉塞福的原子理論和關於元素的核結構以及核電荷數與元素的原子序相等的結論。 查兌克發現中子不是偶然的事件。他是在拉塞福的中子假說指導下，經過多年的努力，反復試驗、多方探索才取得成功的。早在1920年，拉塞福就在著名的貝克爾演講(Bakerian Lecture)中闡述過他的思想。他說：“在某些情況下，也許有可能由一個電子更加緊密地與H核結合在一起，組成一種中性的雙子(doublet)。這樣的原子也許有很新穎的特性。除非特別靠近原子核，它的外場也許實際為零。結果就會使它有可能自由地穿透物質。它的存在也許很難用光譜儀進行偵測，也許不可能把它禁閉在密封的容器裏。換句話說，它應很容易進入原子結構內部，或者與核結合在一起，或者被核的強場所分解……。” 拉塞福發表如上的見解，是經過深思熟慮的。他在1919年根據氮蛻變為氫的實驗事實判定質子(即氫核)是氮核、也是各種元素的核的組成部分之後，就認識到元素的質量數A(原子量)與電荷數Z(原子序)之間存在矛盾，勢必要假設在原子核內有A個質子和(A－Z)個電子，而電子只有跟質子結合，才有可能在原子核中長期待下去。 為了檢驗拉塞福的假說，卡文迪西實驗室從1921年就開始了實驗工作。查兌克在拉塞福的指導下，更是目標明確，前後12年的摸索，經歷了許多曲折，終於成功。 拉塞福在貝克爾演講後不久，請格拉森(J. L. Glasson)在氫氣中放電時尋找中子的產生，不久，羅伯茲(J. K. Roberts)也做了類似的實驗。拉塞福並不指望用這種方法會獲得中子的證據，但實驗還是做了。在這些實驗中氫的質量和所用電壓都太小了。觀察正常狀態下的氫，儘管它表面上很穩定，但並不是一點都沒有理由的。他們想，既然質子和電子的緊密組合是可能的，它一定是自發地進行的。這樣組成的中子在宇宙輻射的作用下，也許會重新分裂。1923年查兌克得到拉塞福的贊同，嘗試在大質量的氫化材料中偵測γ輻射的發射，用游離室和點計數器作為偵測手段。幾年後，1928年蓋革和繆勒(Müller)設計出了現在普遍稱做蓋革計數器的儀器，可以大大增加偵測γ輻射的能力。蓋革送給查兌克兩個新計數器和製作計數器的指示書。拉塞福和查兌克立即用這種新儀器重複氫的實驗。他們想盡各種辦法，希望找到中子的蹤跡。他們還用同樣的方法檢驗某些稀有氣體，以及任一種能夠到手的稀有元素，試圖發現形成中子和發射中子的信號。 在初步如此嘗試之後，查兌克考慮到中子只有在強電場中形成或存在的可能性，還考慮到用快速質子打入原子，也許能找到某些證據，特別是原子序大的原子，那裏電子也許束縛得很緊。在給拉塞福的一封信中，他寫道：“我想，我們應對中子作一番真正的研究，我相信我有了一個可以付諸行動的計劃……”他想至少需要有200000伏來加速質子。沒有合適的變壓器可用，儘管拉塞福頗有興趣，卻沒有錢用於這樣龐大的計劃……這一想法查兌克堅持了一、二年，在其它工作的間隙中，他嘗試找到一種方法把特士拉(Tesla)線圈產生的電壓用於加速放電管中的離子。在他們用α粒子使輕元素轉變的工作中，並沒有忘記發射中子的可能性，特別是那些不發射質子的元素。他們尋找會不會有不受磁場偏轉的射線所引起微弱的閃爍。幾年之後，他們在1929年才發表唯一的一篇文章，