1951年诺贝尔物理学奖.PPT

1951年诺贝尔物理学奖 光信息71 洪懿获奖项目及科学家 利用人工所加速的粒子开展原子核蜕变的研究 科克罗夫特 英国 瓦耳顿 爱尔兰 科学家介绍 科克罗夫特（Cockcroft ，1897-1967 ），英国物理学家 母校 曼彻斯特大学 曼彻斯特理工学院大学 剑桥大学 科学家介绍 科克罗夫特1914年进入曼彻斯特大学学习数学，一年后第一次世界大战爆发，只好弃学投戎，在军队里从事信号员工作。1918年科克罗夫特返回曼彻斯特，转到技术学院，改学电气工程，因为在军事服务时他对此产生了兴趣，1922年获硕士学位，又进到剑桥大学在1924年取得了数学学士学位。 科学家介绍 瓦尔顿（Walton ，1903-1995），爱尔兰物理学家 母校 剑桥大学 科学家介绍 瓦尔顿1903年10月6日出生于爱尔兰都柏林的一个牧师家庭里，1922年入都柏林大学攻读物理学和数学，1929年获得英国剑桥大学卡文迪什实验室的奖学金，在卢瑟福教授的指导下从事研究工作，1931年获得哲学博士学位。 项目介绍 他们在30年代初设计和制作了第一台高压倍加器，并且成功地用之于产生人工核蜕变。他们先是让锂蜕变为氦，后来又让硼蜕变为氦。特别值得一提的是，他们的成功不仅是由于技术上的进步，更重要的是由于有理论的正确指导。这个理论就是伽莫夫（G.Gamov）的势垒穿透理论。 项目介绍 当时已经知道，从放射性元素发出的α粒子，其能量要比计算所得的核势垒高度低得多。很长时间人们对此甚感怀疑，直到1928年，在哥本哈根工作的伽莫夫、伽尼（Gurney）和康顿（Condon），证明可以用波动性来作出解释。他们的想法是，如果逃逸出来的α粒子具有波动性，它们就应该有可能不需要那么高的能量就可以穿透势垒。 项目介绍 1928年伽莫夫访问卡文迪什实验室，科克罗夫特跟他讨论了与此相反的问题——用高电压加速的质子要有多大的能量才能穿透轻原子核。这次谈话使科克罗夫特树立了信心，于是他把谈话的结果写成备忘录送交卢瑟福审查。 项目介绍 备忘录中指出，能量仅为300kV的质子将以相当高的几率穿透硼核，对锂则更为有利。这份备忘录促使卢瑟福支持科克罗夫特最初的方案。不久瓦尔顿也参加进来，他以前一直在研制直线加速器和电子回旋加速器。 项目介绍 科克罗夫特和瓦尔顿用他们的第一台装置从极隧射线管产生质子束，使之加速到280kV。1930年用它轰击锂靶和其它的靶，希望能观测到γ射线。他们用金箔验电器进行观测。可是实验下来，他们没有找到γ射线。 项目介绍 后来才知道，他们的质子能量太低，远未达到第一共振能量，这是因为只有达到第一共振能量，才会产生γ射线辐射。这时他们的实验室正好等待搬迁，搬迁后有可能提高质子的能量。1932年他们做到使500kV的质子束穿过实验用的真空管的基座中的薄云母窗，并测量了射程与能量的函数关系。 项目介绍 此后不久，他们又恢复了锂的实验，这次不是观测γ射线，而是寻找锂蜕变所发出的α粒子。他们用一云母窗让α粒子逃逸，对着云母窗放一硫化锌闪烁屏。电压仅仅加到125kV，他们就看到α粒子在闪烁屏上引起的亮点。第一次初步的吸收实验判定α粒子的射程是8.4cm。 项目介绍 然后他们又用符合实验予以证实。他们用两块硫化锌屏和两个按键，以检验α粒子是否是成对发射的。他们的分辨时间大约为1秒左右。虽然这一分辨时间过长，但还是作出了明确的结论。更为精细的实验证明α粒子的能量是8.6 MeV，显然这一事实表明锂已蜕变为两个α粒子，释放出的总能量为17.2MeV。 项目介绍 科克罗夫特和瓦尔顿还研究过蜕变数随能量的变化，从结果看来，蜕变数随质子能量增大，其变化趋势符合伽莫夫核势垒理论对穿透几率的预计。 科克罗夫特和瓦尔顿又研究硼的蜕变，发现了不同的吸收曲线，α粒子以连续的能谱发射，最大射程达4.4cm。 项目介绍 可以用硼分裂为α粒子来解释。他们还发现大多数元素都可发射α粒子，锂可蜕变为两个α粒子，硼可蜕变为三个α粒子。 卡文迪什实验室的奥利芬特（M.L.Oliphant）在卢瑟福的支持下建造了一座低压加速器，他与卢瑟福用之研究氘的蜕变，发现氘核又会引起氘的蜕变，使氘蜕变为氚和质子。 项目介绍 科克罗夫特和瓦尔顿也研究了这一过程，得到同样的结论。 项目介绍 科克罗夫特和瓦尔顿在人工加速带电粒子的领域作出突破性的贡献绝非偶然。众所周知，卡文迪什实验室是核物理研究的发源地。放射性、α，β，γ射线、宇宙射线相继得到发现和研究，为核物理学的发展奠定了实验基础。这些发现和研究很多是和卡文迪什实验室分不开的。 项目介绍 1919年正是卢瑟福用α粒子轰击氮实现了轻原子核的蜕变。但是这一切无一例外都是利用自然界现有的条件获得的。用