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寻觅万物的根源:进入原子核

admin 2019-09-06 132人围观 ,发现0个评论

之前咱们聊完了历经四代物理学家,总算搞清楚了原子模型。但这在研讨进程中,电子和原子核的发现也打破了“原子不行再分”的知道。所以,科学家就开端考虑,电子和原子核是不是能够再分?当然,咱们现在知道,电子是基本粒子,是没方法持续往下分的。而原子核实际上是可再分的,那科学家又是怎么研讨这个问题的呢?

今日,咱们就来聊一聊:科学家关于原子核的探究。

发现质子

关于原子核的研讨,其实还和上一期的老朋友卢瑟福有关。

上一期,咱们有聊到卢瑟福研讨原子时,用粒子(氦核)炮击金箔,然后记载粒子之后的改变。

经过这个方法,卢瑟福发现原子核。那关于原子核是不是能够再分,卢瑟福想到寻觅万物的根源:进入原子核的仍是用粒子炮击的方法。其实也好了解,他无非便是想看看能不能撞开原子核,这样不就知道原子核是不是可再分了。

这次卢瑟福挑选的是炮击氮原子核,效果他发现有一些极端小的物质被炸了出来。经过剖析,他发现这些极端小的物质便是氢原子核。

A:放射性物质 C:容器 T:阀门 F:铝箔 S:荧光屏 M:显微镜

所以,卢瑟福进行了一番估测,大约的进程是这样的:

氢原子核是原子核的基本单位,也便是说,氢原子应该是最简略的原子核。而不同品种原子的原子核应该是有一堆氢核构成的。这也和道尔寻觅万物的根源:进入原子核顿的“原子论”中,把氢原子的原子量设定为1的思维不约而同。

卢瑟福把氢核命名为质子。氢核带的是一个单位正电荷,电子是带一个单位负电荷。所以,氢原子呈现电中性。

从卢瑟福得出的定论来看,其他原子的质量就应该是质子数的整数倍。那这个定论究竟对不对,这仍是需求拉出来溜溜才知道。所以,卢瑟福开端研讨这个理论适不适用于氦原子核,效果呢?

他发现,氦原子核的质量接近于质子的四倍,假如依照卢瑟福的理论,那氦原子核就应该带有4个单位正电荷,可问题是,氦原子核外只要2个电子,那岂不是氦原子要带有2个单位正电荷了么?可现实上,氦原子是电中性的,这就彼此对立了。

经过这一番推演,为了处理这个对立,卢瑟福预言:原子核内应该还存在一种基本成分,它是电中性的。

发现中子

假如咱修改器们翻开前史就会发现,卢瑟福其时地点的卡文迪许试验室被称为诺贝尔奖幼儿园。在这儿,前前后后诞生了10多位诺奖得主,这些人大多是卢瑟福的学生和帮手。而这些人关于微观国际的奉献非常巨大,这傍边就有上一期咱们提到的大名鼎鼎的波尔。

除了波尔之外,还有一位低沉豪华的存在,他在二战担任原子弹项目。他便是查德威克,也是卢瑟福的弟子之一。

不过,查德威克是可巧成为了卢瑟福的弟子。话说16岁的查德威克到曼彻斯特大学注册,他的抱负专业是数学。效果排队的时分排到物理专业的部队去了。当他发现自己排错部队的时分,他有点不好意思和严重,不敢说自己是排错了队,终究只好硬着头皮进了物理系,还成了卢瑟福的学生。

而终究查德威克证明了卢瑟福的预言,不过在他做出效果之前,那段时刻许多科学家都在企图找到卢瑟福预言的基本成分。这其间就有居里夫人的女儿和女婿,伊雷娜约里奥-居里手弗雷德里克约里奥-居里。他们得知德国物理学家瓦尔特博特赫伯特贝克尔用粒子与铍发作磕碰后会发作古怪的辐射。

所以,他们自己也亲身去做了这个试验,证明了这个现实,并且还对外宣告,

这种辐射能够把质子从含有氢元素的物质中赶出去。

得出这样的定论,使得伊雷娜约里奥-居里和手弗雷德里克约里奥-居里错过了发现中子的时机。

查德威克得知此事之后,他就以为这很有或许和卢瑟福预言的基本成分有关。所以,他规划了一个试验,相同也仍是用粒子炮击铍,然后让射线寻觅万物的根源:进入原子核再去炮击白腊。这种射线会把白腊的质子炮击出来。

这时分,查德威克假定铍被炮击后,辐射出来的便是中子。然后他经过丈量被打出质子的速度,计算出来中子的质量,这个质量只比质子差不多,略微大了一点点,并且不带电。

而接下来,咱们能够经寻觅万物的根源:进入原子核过中子和质子的差异,也便是带电或许不带电来证明查德威克的发现。这儿就要提到一种奇特的创造:威尔逊云室

威尔逊云室能够用来勘探游离的粒子的轨道,是英国物理学家查尔斯威耳逊创造的。

具体的原理是这样的,云室是一个密封的环境,里边充满了过饱和的水蒸气或许酒精。当一束粒子穿过期,云室内的混合物会彼此效果,快速冷凝,就会呈现一个轨道。这其实和飞机飞翔会在高空留下轨道的道理相似。

所以,当一束带有质子和中子的辐射穿过云室的时分,也会留下来轨道。而咱们在高中物理中其实学过,运动的带电粒子在磁场中会发作偏转,而不带的粒子还会沿着直线运动

因而,想要知道一束粒子傍边是不是含有中子,咱们只需给云室加上磁场就能够。下图中,直线轨道便是中子留下来的,而曲线的便是带电粒子留下来的轨道。

经过这样的方法也就能确认中子的存在。后来,科学家测到了中子质量是1.6749*10^-27kg,而质子的质量是1.6726*10^-27kg,发现没有?真的和查德威克计算的相同,中子质量只比质子大了一点点。

因而,查德威克成为了中子的发现者,并且在1935年获得了诺贝尔物理学奖。

核能年代

正是卢瑟福和查德威克的发现,人类翻开了原子核国际。科学家开端能够在核子的层面上进行操作,也为后来的核聚变、核裂变以及核能的运用打下了坚实的根底。

可是,他们的发现也一起带来两个问题,

  1. 质子和中子还能持续再分寻觅万物的根源:进入原子核么?
  2. 原子核中质子和中子为什么会被捆绑在一起,是什么效果导致的?

关于这两个问题导致了物理学的进一步开展,由此还诞生了粒子物理规范模型。咱们将会在后面几期具体叙述。

关于,质子和中子的发现,咱们就提到这儿。

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