第九章 多彩的物理新世界
第一节 原子核物理学的兴起
一、原子核物理学
研究核的性质、结构和变化规律、以及核能、核技术应用等有关物理问题的学科，简称核物理，属于当代物理学的前沿。
从1896年贝克勒耳发现天然放射性，1911年卢瑟福探测出原子的核式结构以来，才100多年历史，却硕果累累。
二、查德威克发现中子
1.查德威克 (1891－1974)
英国人，从小成绩一般，但学习方法很独特 ，对不懂的题一定要弄懂为止，而且要选最优的方法去解。1908年进入曼彻斯特大学学习物理，在卢瑟福的指导下，开始研究放射性。1913年到柏林找盖革教授，但被德国人怀疑是间谍，被扣留。1918年，一战结束，回到剑桥，1931年发现中子。1935年获诺贝尔奖，是首批研究原子弹的专家。
2.中子的发现
原子核的构成，是人们探求的问题之一。
1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子。
但发现了新的问题。即原子的质量与原子核的质量相距较大。卢瑟福想到会不会在核内存在一种中性粒子？
1930年，人们用α粒子轰击铍靶，放出一种很强的射线，居里夫人的女儿、女婿也用这种射线去射石蜡，观测到了反冲质子的逸出，但误认为是γ射线，而查德维克对核内存在中性粒子却有思想准备。
伊伦娜·居里和约里奥·居里
1932年，查德威克获得了α粒子轨迹的云室照片，从中发现了中子。他在论文中说：“若我们假设这种放射性物质是由质量为1，电荷为零的粒子，即中子构成，那么一切难题就可迎刃而解。”
3.意义
1）建立了原子核的正确模型。
2）引起了一些新的研究课题。
3）由于中子不带电，因此就使人们在核物理的研究中，拥有了一颗威力无比的炮弹，人们利用它打开了核能仓库，昂首迈入原子能时代!
查德维克的成功，是他能够将理论预言与实验现象密切结合，抓住机遇的结果。
三、核能及其应用
1.核能：即当原子核的结合能变化时所释放的能量。其一为重核裂变，即一个中核分裂为两个中等质量的核；其二为轻核聚变，即由氢原子核聚合成较重的原子核。而化学能只是核外电子发生变化，化学能比核能小很多。
2.费米 (1901年-1954年) :意大利人。21岁获比萨大学博士学位。1938年获诺贝尔奖，由于得罪了意大利法西斯，夫人又是犹太人，全家跑到美国。参加了曼哈顿计划。
3.第一座链式原子核反应堆:能进行受控核裂变反应的装置叫原子核反应堆。1942年12月2日，在美国芝加哥大学运动场西看台处，费米等试验运转成功。为了保密，他们用暗语向美国国家保卫研究委员会主席通话说:“意大利航海家登上了新大陆。”从此原子能时代开始了。
4.毁灭性的发明——原子弹
二战时，希特勒在加紧制造原子弹。爱因斯坦和波尔致信罗斯福，建议抓紧研制原子弹，1941年12月6日，罗斯福批准了研制原子弹的“曼哈顿工程”。
原子弹利用的是没有催化剂且不加以控制的原子核裂变链式反应。美国动用了大量人力、物力，集结了世界大量的科学人才。
1945年7月16日，在阿拉莫多哥沙漠，爆炸了第一颗原子弹。爆炸产生了上千万度的高温，几百万个大气压，放置原子弹的钢塔顿时化成了气体。
杜鲁门政府决定用原子弹征服死不投降的日本。
1945年8月6日第一枚原子弹投在广岛，8月9日又在长崎投了第二枚，广岛死78,150人，长崎死23,700人。
杜鲁门政府的行为，受到了世界人民的强烈谴责。
前苏联于1949年2月22日，爆炸了第一颗核弹。
英国于1952年10月3日、法国于1960年2月13日、中国于1964年10月16日，分别爆炸了第一颗原子弹。继原子弹后，又制造了威慑能力更大的氢弹。我国政府提出了不首先使用核武器倡议，并在1996年宣布停止核试验。全世界现已拥有核弹头5万多个，相当于广岛原子弹的100万倍。
4.核能的应用
1）原子能发电站
1945年6月27日，前苏联在莫斯科附近首先建成，现已有40多个国家拥有400多座核电站。核电站虽然一次性投资较大，但以后核电的成本低，比火电成本低30%左右，核电站还具有运行安全，环境污染小等优点，所以已经在美、法、日、德、俄等国广泛采用。
2）用于农业
螺旋虫曾在美国南部和墨西哥肆虐，能在家畜中产卵，害死家畜。繁殖极快。美国以毒攻毒，将螺旋虫用核辐射处理，使之无生育能力，但能交配，18个月内，每星期播放5千万只这样的虫子，整个地区螺旋虫被消灭了。
四、核物理的发展
一方面表现为向凝聚态物理、天体物理和核技术应用发展，另一方面为核物理自身的发展，对核的研究，已从低激发态到研究高激发态和高自旋态，核物理学的发展和应用仍旧有着广阔的前景。
