氘核、宇宙射线和加速器的年代.doc

1932年2月17日，在α粒子源的帮助下发现了中子。此后，所有基本粒子的发现都只通过三种方式：或者在宇宙射线中，或者利用加速器，或者利用反应堆。 直线加速器 1932年6月15日。考克饶夫（Cockcroft Sir John Douglas，1897～1967）和瓦尔登（Warburg Ernest Thomas Sinton，1903～）报道了第一个由加速器中加速的粒子所激发的核过程： H11＋Li7→2He24 （17．8） 他们已能把质子加速到0．7MeV，不过，人们发现为了达到使锂发生反应的目的，0．12MeV就已足够。 这个数量级的电压差早就已经可以得到；卢瑟福回忆，他在1904年的圣路易斯博览会上看到过一个可以产生大约50万伏特电压的变压器。无论是什么工业方面的原因使人们追求如此高的电压，在一个高度真空的管子的两端加上这样的电压，在当时绝不可能仅仅出于工业的需要。只有用这种装置，人们才有希望加速粒子，而不至于因为被管中的气体散射而损失能量。因此，从一开始，有效的高能量就与那些高真空的设备相联系。进入20年代后期，有用的加速电压的极限大约是200000伏特，更高的电压则会导致干扰放电。” 朝向高能研究的动力似乎始于1926年的一个核物理学计划的进展，其指导者是华盛顿卡内基研究所地磁部的布赖特（Breit Gregory，1899～1981）博士。根据这一计划的主要实验物理学家图夫（Tuve Merle Αntony，1901～1982）的说法，“这次研究的主要目的是了解由质子和电子所组成〔1926年〕的原子核如何能那么稳定地维系在一起……我们期待发现某种非电性的短程力。利用高压 X射线管，布赖特和图夫得到约为 5MeV的峰值电压。1927年，在柏林的一个小组开始了利用大气中的电流作为高压源的一个计划（不无成功）。1928年，一个高能原子核计划（以 X射线管开始）在加州理工学院启动。1929年，当时在普林斯顿的NRC研究员范德格拉夫（Van de Graaff Robert Jemison，1901～1967）开始研究充电皮带式静电起电机，以后这种起电机也因此以他的名字命名。利用吸附式升举器的静电平衡，电动机驱动的丝绸皮带传递电荷以便在一对电极上产生相反的电势。1931年，范德格拉夫报道得到了1．5MeV的电势，他指出：“这种机械是简单、廉价和轻便的。一个普通的电灯插座就可以提供唯一需要的能源。” 与此同时，考克饶夫和瓦尔登回到卡文迪什后，开始了电压倍增器装置的研究，现在这种装置就称为“考克饶夫一瓦尔登”倍增器。在一次讨论中，考克饶夫从伽莫夫那儿获悉：几百keV的质子能够穿透核势垒（“反α衰变”），并以足够的速率激发核反应。”考克饶夫和瓦尔登因此受到启发，开始了倍增器的研究。他们的努力有卢瑟福的保佑，卢瑟福不久以前曾公开地表示他自己喜欢高能物理学。“我早就希望得到足够适于研究的原子和电子，而且它们的能量要远远超出来自放射性物体α粒子和β粒子的能量。”在考克饶夫的劝说下，卢瑟福为这项研究弄到一大笔拨款——1000英镑。”经过几年辛苦，他们最后创造了一种电容器和整流器的结合，用它能把200keV的电压倍增到有700keV电势的直流电流。考克饶夫描述了接下来的情况。“最后，我们得到一束高能质子，并从一个窗口把它引到空气里，以检测它在空气中的能量和射程。浪费了一段时间后，在查德威克和卢瑟福的激励下，我们把它引到一个锂靶上，再用一块硫化锌的屏，就立刻观察到明亮的闪光，它显然来自理发射的粒子。”这样，我们就得到了加速器物理学的第一个实验结果。 回旋加速器原理 这次事件过后不久，考克饶夫和瓦尔登各自收到了以下的电报：“为北美和南美大约1400份报纸服务的美国联合出版社将会深深地感激你们，如果你们允许我们就分裂原子的必威体育精装版实验作一次解说性采访。” 1932年9月15日，得到了第一个用美国加速器获得的物理学结果：来自伯克利的劳伦斯、利文斯顿（M．S．Livingston）和怀特（M．G．White）报告了一个（17．8）式反应的研究，其质子的能量范围是 100～700keV。 我与劳伦斯只见过一面，那是在第二次世界大战后不久，在奥本海默的普林斯顿家中。（他们两人当时关系仍不错。）我对他留有的清晰印象是，他是一位散发出自信和控制他人能力的人。我们当时还谈到正在建造的400MeV回旋加速器。我问他，他认为用现在的技术能达到多高的能量，他说完全可以超过1千MeV。那时候，这是一个令人生畏的数字。 就美国而论，劳伦斯是第一位新机器建设者。用高速粒子束做实验也许不是他主要的兴趣，但是他专心致志地为达到从未有