2022年原子物理学学史借鉴 .pdf

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1、原子物理学atomic physics 研究原子的结构、运动规律及相互作用的物理学分支学科。主要研究：原子的电子结构。原子的能级结构和光谱规律。原子之间或原子与其他物质的碰撞和相互作用。原子结构模型的建立1897 年 J.J.汤姆孙发现电子，论证电子普遍存在，并确认它是各种原子的共同组成部分之后，对于在中性的原子内，正电荷和电子质量以及电子是如何分布的，成为摆在物理学家面前的首要问题。1904年汤姆孙提出原子的正电荷和质量均匀分布于原子体内、电子镶嵌在体内的“ 葡萄干圆面包模型” 。1911 年 E.卢瑟福分析 粒子散射实验与汤姆孙原子模型的明显歧离，提出原子的有核模型，原子的正电荷和质量分布

2、在中心很小的核内。原子的有核模型得到a 粒子散 射更为深入的实验研究支持而被普遍接受。但是在原子的有核模型中，电子绕核运动有加速度，根据经典电动力学，将不断向外辐射能量，电子将最终塌缩于原子核，因而原子是不稳定的；而且电子绕核运动发出连续谱也与实际上原子的线状光谱不符。这些事实表明，研究宏观现象确立的经典电动力学不适用于原子中的微观过程，因此需要进一步探索原子内部运动规律，建立适合于微观过程的原子理论。原子物理学和量子力学1913 年 N.玻尔在卢瑟福的原子有核模型基础上，结合原子光谱的经验规律，应用M.普朗克、 A.爱因斯坦的量子概念，提出原子结构的新假设，建立玻尔氢原子理论，成功地解决了原

3、子的稳定性问题，并说明了原子光谱的规律性。玻尔理论是原子理论发展的重要里程碑。1924年 L. V.德布罗意提出微观粒子具有波粒二象性，不久被实验证实，1926 年 E.薛定谔、 W.K. 海森伯、 M. 玻恩、 P.A.M. 狄拉克等人建立微观粒子运动规律的量子力学。量子力学的建立为解决原子问题提供了锐利的武器，量子力学在阐明原子现象的种种问题中也逐步发展和完善，从而开创了近代物理的新时代。20 世纪 30 年代可称为原子物理的时代。原子物理学取得丰硕的成果，原子能级的结构和能级的精细结构、原子在外场中的能级结构、原子光谱规律、原子的电子壳层结构以及原子的深层能级结构和X 射线标识谱等问题相

4、继圆满解决，所获得的关于原子结构的种种知识成为了解分子的结构，固体的性质，以及说明许多宏观现象和规律的基础。原子物理学的新阶段20 世纪 50 年代末期，由于空间技术、空间物理和核试验的发展，不仅要求精确测定原子光谱的波长、研究原子的能级， 而且对于谱线强度、跃迁几率、碰撞截面等也要求提供准确的数据，因此要求对原子物理进行新的实验和理论探索。原子物理学的发展曾对激光的产生和激光技术的发展作出重大贡献。激光问世之后，应用激光技术研究原子物理学问题，实验精度有了很大提高，从而发现很多新现象和新问题。微波波谱学新的实验方法也成为研究原子能级结构的有力工具。因此原子物理学的研究又重新成为很活跃的领域。

5、原子碰撞研究已成为原子物理学的一个主要发展方向，研究课题非常广泛，涉及光子、电子、离子、中性原子等与原子和分子碰撞的物理过程，应用和发展了电子束、离子束、粒子加速器、同步辐射加速器、激光光源和各种能谱仪等测谱设备，以及电子、离子探测器、光电探测器和微弱信号检测方法，电子计算机的应用，加速了理论计算和实验数据的处理。原子光谱与激光技术的结合，达到了前所未有的高分辨率，利用激光高功率密度发展了非线性光学，饱和吸收、双光子吸收和多光子吸收等成为原子物理学中另一个十分活跃的研究方向。极端物理条件( 高温、低温、高压、强场)下和特殊条件 ( 高激发态、高离化态)下原子的结构和物性的研究也已成为原子物理研

6、究中的重要课题。60 年代开始发展起来的将低能离子长时间约束在一个很小的空间范围内运动的离子存储技术，使人们可以从实验上近似得到孤立的、静止不动的单个带电粒子。近年来利用激光技术将中性原子降温减速并约束于空间很小范围内的原子囚禁技术取得重要的成果。这种存储技术正被应用于多种原子物理测量工作，测量精度更进一步提高，已成为量子电动力学理论最精确的检验手段之一，并可望建立新的精度更高的光频标准。原子物理学是其他基础科学和技术科学如化学、生物学、空间物理、天体物理、物理力学等的基础，激光技术、核技术和空间技术的研究也都要求原子物理学提供重要数据，因此研究和发展原子物理学至今仍有十分重要的理论和实际意义

7、。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 12 页 - - - - - - - - - 小崔说史之廿二:原子物理学年谱公元前 384322 年古希腊哲学家亚里士多德提出“ 四元素说 ” 。公元前 500400 年古希腊人留基伯及其学生德谟克利特等古希腊哲学家首先提出“ 原子说 ” 。公元 1661年英国化学家波义耳首先提出了化学元素的概念。公元 1687年英国物理学家牛顿在其著作自然哲学的数学原理中奠定了经典力学基础，引入超距作用概念。公元 1774年法国化学家拉

8、瓦锡提出质量守恒原理。公元 1789年德国化学家克拉普罗特首先发现了自然界中最重的元素 铀。公元 1808年英国化学家道尔顿在他的著名著作化学哲学新系统中，提出了用来解释物质结构的“ 原子分子学说” 。公元 1811年意大利化学家阿伏加德罗提出了理想气体分子的假设，得出了著名的阿伏加德罗常数，并在1865 首次实验测定。公元 1820年瑞典化学家白则里提出了化学原子价概念，并在1828 年发表了原子量表。公元 1832年英国物理学家法拉第提出了电解定律。公元 1854年德国的吹玻璃工匠兼发明家盖斯勒用“ 盖斯勒管 ” 进行了低气压放电实验。公元 1858年德国物理学家普吕克尔在研究低气压放电管

9、时发现面对阴极出现绿色辉光。公元 1864年德国物理学家汗道夫发现阴极射线。公元 1869年俄国化学家门捷列夫和德国化学家迈耶按照原子量的顺序将元素排成了“ 元素周期表 ” ，又在1871年写成了化学原理一书。公元 1876年德国物理学家戈德斯坦断定低气压放电管中的绿色辉光是由阴极射线产生的。公元 1884年瑞典化学家阿仑尼乌斯首先提出了电离学说，认为离子就是带有电荷的原子。公元 1885年英国物理学家克鲁克斯用实验证明阴极射线是一种具有质量带有电花的粒子流，而不是没有质量的光束。公元 1891年爱尔兰物理学家斯托尼首先提出把电解时所假想的电单元叫做“ 电子 ” 。公元 1895年德国物理学家

10、伦琴在12 月 28 日宣布发现了x 射线 (又称伦琴射线)。为此他获得了1901 年度首届诺贝尔物理学奖。法国物理学家佩兰断定阴极射线确是带负电荷的微粒流，他曾因研究物质的间断结构和测量原子体积而获得了1926 年度诺贝尔物理学奖。荷兰物理学家洛伦茨首先提出了经典电子论，他还确定了电子在电磁场中所受的力，即洛伦茨力，并预言了正常的塞曼效应。公元 1896年名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 12 页 - - - - - - - - - 法国物理学家贝克勒尔在

11、3 月 1 日用铀盐样品进行实验时发现了天然放射性，他也是第一个使用乳胶照相探测射线的科学家，为此同居里夫妇一起获得1903 年度诺贝尔物理学奖。荷兰物理学家塞曼在研究外磁场作用下的光发射时发现塞曼效应，这也是磁场对原子辐射现象的影响，为此他获得了1902 年度诺贝尔物理学奖。公元 1897年英国物理学家汤姆逊在4 月 30 日从阴极射线的研究中证实了电子的存在。由于他在研究电在气体中的传导所作得的重大贡献而获得1906 年度诺贝尔物理学奖。 18971914 年，美国物理学家米利肯等先后多次精确测量电子的质量和电荷，1899 年又测定了电子的荷质比。米利肯因对电子电荷的测定和光电效应的研究获

12、得1923 年度诺贝尔物理学奖。公元 1898年后来加入法国籍的波兰物理学家和化学家居里夫人证明含有铀元素的化合物都具有放射性，并由此发现了“ 镭” 。法国物理学家皮埃尔• 居里等在自然杂志11 月 16 日这一期里第一次写下了“ 放射性 ” 这一术语。居里夫妇发现了钋和镭等放射性元素，由于他们发现了天然放射性和对铀的研究，在 1903 年同贝克勒尔一起获诺贝尔物理学奖。另外，居里夫人因发现镭和钋获得1911年度诺贝尔化学奖，成为世界上第一位连续两次荣获科学上最高奖赏的女科学家。汤姆逊提出了第一个原子结构模型即“ 正电云 ” 原子模型，俗称“ 西瓜模型 ” 。公元 1899年贝克勒

13、尔等人发现射线在磁场中发生了偏转现象。同年，新西兰出生的英国物理学家卢瑟福区分了前两种不同辐射，分别叫做“ 射线 ”和“ 射线 ” ，并指出射线和阴极射线一样也是带负电的电子流。俄国物理学家列别捷夫发现了光对固体的压力并进行了测量。英国物理学家汤姆逊从一些毫无放射性的普通金属受到紫外线照射时能放出电子的现象中发现了“ 光电效应 ” 。公元 1900年贝克勒尔从粒子流的研究中发现它的质量和电荷都与电子相同。卢瑟福等从射线的研究中又辨认了第三种射线为“ 射线 ” 。卢瑟福第一次测量了放射性的周期并引入了“ 放射性常数 ” 这一术语。德国物理学家普朗克在12 月 17 日柏林科学院物理学会的一次会议

14、上，提出热辐射公式中的量子假设。后因为阐明光量子理论而获得1918 年度诺贝尔物理学奖。公元 1901年佩兰提出了关于原子行星结构的第一个假设。公元 1902年英国物理学家卢瑟福和其合作者索第开始对铀的放射性进行系统研究，发现了放射性递减的数学规律，到1907 年从中找到了一连串放射性元素，建立了铀放射系，为此卢瑟福获得了1908 年度诺贝尔化学奖。法国化学家德马尔赛测定了镭的光谱线。开始了在X 或 射线辐照下液态绝缘体的导电性研究。居里夫妇发现了自然界放射性物质都有放射性现象，指出了放射能的强度，并从数吨沥青铀矿中提炼得0.1 克氯化镭。公元 1904年先后加入瑞士和美国籍的德国物理学家爱因

15、斯坦首先提出“ 光子 ” 概念，光子具有动量和质量，从而确立了光的波粒二象性。公元 1905 年著名科学家爱因斯坦提出了“ 狭义相对论 ” 以及质能关系式E=mc2 ； 同年他又提出了光电效应定律，并在 1907 年发表了热容量的量子论，1916 年创立广义相对论。由于他对数学物理的杰出贡献和阐明光电效应规律而获得1921 年度诺贝尔物理学奖。公元 1906年卢瑟福开始研究大质量亚原子粒子 穿过物质时的现象，弄清了 粒子的本质为以后发现原子核进行了准备。公元 1907年发现钾有放射性。开始对特征X 射线进行研究。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - -

16、- - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 12 页 - - - - - - - - - 公元 1908年德国物理学家布赫雷尔用实验证实了爱因斯坦的理论。德国物理学家盖革和卢瑟福用圆柱形计数器对 粒子进行测量。公元 1910年精确地测定阿伏加德罗常数。奥地利物理学家赫斯等证明“ 宇宙射线 ” 来源于地球外的外层空间，他也因此和发现正电子的美国物理学家安德森一起获得1936年度诺贝尔物理学奖。公元 1911 年卢瑟福把 粒子大角度散射实验结果公诸于世，第一次计算了原子行星结构，确定了原子中有“ 核 ” 存在，从而建立了“ 有核原子模型 ”或称 “ 行

17、星模型 ” 。苏格兰物理学家威尔逊发明云雾膨胀室，可用来跟踪和测量离子轨迹，他也因此和康普顿一起获得1927 年度诺贝尔物理学奖。索第提出同位素概念，后被汤姆逊进一步补充。索第因研究放射性物质和同位素获得1921 年度诺贝尔化学奖。英国物理学家巴克拉测得了各种原子所固有的“ 特征 x 射线 ” ，他也因此获得1917 年度诺贝尔物理学奖。公元 1912年汤姆逊建成了第一台能够分离同位素的仪器(后被称为 “ 质谱仪 ”)，并用来研究、分离氖的两种同位素氖-20 和氖 -22。德国科学家劳厄发现X 射线在晶体中产生衍射，他也因此获得1914 年度诺贝尔物理学奖。公元 1913年盖革制成了针状计数器

18、。丹麦著名理论物理学家玻尔提出原子结构的量子化轨道理论，并对氢原子进行计算。他也因此获得1922 年度诺贝尔物理学奖。英国物理学家莫塞莱利用特征x 射线在晶体上的反射特性，准确地测定了其波长。由此可将各种元素按照特征x 射线的波长顺序进行排列，得出它们之间的相互关系，使核电荷数和原子序数等同了起来。卢瑟福提出原子内部隐藏着巨大能量。公元 1914年卢瑟福把氢原子核叫做“ 质子 ” 。考塞耳奠定量子化学基础。公元 1916年原子内的电子沿着椭圆轨道运动。公元 1919年卢瑟福首次实现人工核反应，用粒子轰击氮核结果打出了质子。英国物理学家阿斯顿制成了第 台高效能质谱仪，并用来精确测定同位素质量。公

19、元 1920年测量分子运动速度。卢瑟福提出在原子核的狭小范围内，一个质子和一个电子由于相互吸引而紧密结合成一体，可看成是一个单独粒子。公元 1921年美国化学家哈金斯把质子-电子复合体看成是电中性的，并将它命名为“ 中子 ” 。公元 1923年美国物理学家康普顿从光量子和电子的碰撞实验中，发现从原子反射回来的X 射线的康普顿效应，并因此与威尔逊一起获得1927 年度诺贝尔物理学奖。这一效应也被中国物理学家吴有训所发现，故也称为康普顿-吴有训效应。公元 1924年奥地利物理学家泡利提出一种排斥原理，称为“ 泡利不相容原理” ，认为质子和电子都绕自身轴线旋转。这种自旋方向可以有两种相反的方向，即在

20、一个原子中不能有两个或更多的电子处在完全相同的状态。为此他在1945 年获得诺贝尔物理学奖。法国物理学家德布罗意首先提出波动力学，建立了物质波概念。他因发现电子的波动性而获得1929 年度诺贝尔物理学奖。公元 1925年德国物理学家海森伯创立量子力学(矩阵力学 )，这是一种强调可观察量的不连续性的新量子论。海森伯还在1927 年发现了测不准原理，首先创造基本粒子中的同位旋观念，他也因此获得了1932 年度诺贝尔物理学奖。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 12

21、 页 - - - - - - - - - 公元 1926年奥地利物理学家薛定谔创立量子力学(波动力学 )的基本方程，这是一种强调物质波动性的新量子论，即把电子看成所谓电子云。为此，他与狄拉克共同获得1933 年度诺贝尔物理学奖。公元 1928年俄国出生的美国物理学家盖莫夫提出用质子代替粒子作为轰击粒子。盖革等制造了正比计数器。美国和前苏联都成功地进行了电子衍射实验。制成盖革 -弥勒计数器。盖革用金属针作为集电极，而弥勒建议用一横穿整个圆筒的金属丝代替尖针，可使计数器工作时更稳定。公元 1929年英国物理学家狄拉克从电子性质的数学处理方法中提出了“ 反粒子 ” 概念，并得出相对论波动方程，亦称狄

22、拉克方程。为此他与薛定谔共同获得1933 年度诺贝尔物理学奖。英国物理学家考克饶夫和瓦尔顿制造成功第一台“ 粒子加速器 ” ，被叫做 “ 静电加速器 ” 。它实际上是一个高压倍压装置，通常被称为高压倍加器。为此他们获得了1951 年度诺贝尔物理学奖。公元 1930年美国天文学家拉塞尔指出有迹象表明太阳能是由氢的热核反应所形成。德国物理学家乌特曼等人也发现了这一现象。德国物理学家博特和贝克尔开始用 粒子去轰击轻金属铍的实验。泡利提出中微子假设，并在12 月 4 日给某同事的信中指明存在中微子。1934 年泡利与费密正式提出中微子理论，25 年后被证实。公元 1931年美国物理学家劳伦斯设计制成第

23、一台“ 回旋加速器 ” 。为此他获得了1939 年度诺贝尔物理学奖。美国物理学家范德格喇夫建成第一台静电加速器，并以他的名字命名。考克饶夫和瓦尔顿利用他们的加速器人工加速质子轰击锂-7，原子核使它发生了分裂，这是第一个由人造轰击粒子引起的核反应。公元 1932年美国化学家尤里发现氘(D) ，亦称重氢，并因此获得1934 年度诺贝尔化学奖。法国物理学家约里奥• 居里夫妇重复了博特和贝克尔用粒子轰击铍的实验，他们得到了相同的结果，但未能发现中子。英国物理学家查德威克从 粒子轰击铍的核反应过程中发现了“ 中子 ” ，他为此获得1935年度诺贝尔物理学奖。美国物理学家安德森在研究宇宙射线对

24、铅板的冲击中发现了电子的反粒子“ 正电子 ” 。他为此与澳大利亚物理学家赫斯共同获得1936 年度诺贝尔物理学奖。德国物理学家海森伯在发现中子后不久立即提出原子核的中子-质子模型。公元 1934年法国物理学家约里奥• 居里夫妇在用粒子轰击轻元素的核反应实验过程中，发现了第一个人工放射性核素，并证实了正电子的存在。他们因此获得了1935 年度诺贝尔化学奖。查德威克终于弄清了中子比质子更重。后来加入美国籍的意大利物理学家费密首先提出了b 衰变的理论。他首先实现了中子慢化，并发现慢中子与核产生核反应的优点。同年他首先用慢中子轰击铀，想获得超铀元素。卢瑟福与澳大利亚物理学家奥利芬特、奥地利

25、化学家哈尔特克一起，氘-氘反应中制得了氚(氢的第三个同位素)。美国物理学家贝内特提出“ 收缩效应 ” ，用以解释等离子体受磁场约束的现象。公元 1935年加拿大出生的美国物理学家登普斯特发现铀中有0.7的铀原子属于一种较轻的同位素铀-235。日本物理学家汤川秀树在核相互作用中提出了交换粒子的学说，建立了介子理论，并因此获得了1949 年诺贝尔物理学奖。费密发现了超铀元素的存在。美国物理学家奥本海默提出加速氘核作为产生核反应的轰击粒子的设想。公元 1936年美国物理学家安德森和内德迈耶从宇宙射线的研究中探测到一种中等质量数的粒子，称之为“ 子” 。公元 1937年名师资料总结 - - -精品资料

26、欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 12 页 - - - - - - - - - 在美国劳伦斯实验室中，与费密一同工作的意大利物理学家西格雷用中子轰击钼，结果发现了43 号元素锝。公元 1938年美国物理学家拉比发现磁共振原理，并因此获得1944 年度诺贝尔物理学奖。德国出生的美国物理学家贝特和德国天文学家魏扎克分别独立地得出在太阳上可能产生的H-H 和 C-N 循环的聚合反应，并证明靠氢的聚变来维持太阳能是不成问题的。德国物理化学家哈恩和施特拉斯曼在研究中子与铀核作用所形成的各种放射性元素

27、的分析中发现了铀核的裂变现象。哈恩为此获得了1944 年度诺贝尔化学奖。公元 1939年哈恩早先的长期合作者-奥地利物理学家梅特涅和她的侄子弗里施在丹麦哥本哈根写出了第一篇发现铀核裂变的论文，并在1 月发表。当时美国生物学家阿诺德建议把铀核分裂成两半的现象仿照活细胞的分裂现象称做“ 裂变 ” 。约里奥 • 居里等提出铀核裂变链式反应的可能性，并取得为获得原子能而建造原子堆的专利权。格兰特发现钍核裂变。法国物理学家佩兰的儿子F• 佩兰提出了 “ 临界质量 ” 的概念。 8 月 2 日，著名科学家爱因斯坦写信给美国总统罗斯福，建议政府早日对核武器的研究加以关注。美国物理学家

28、麦克米伦和艾贝尔森在用慢中子轰击铀的实验中鉴别出了93 号元素镎，并因此与另一位美国物理学家西博格一起获得1951 年度诺贝尔化学奖。公元 1940年在裂变发现后，美国总统罗斯福下令设置原子能机构，开始进行原子能实验。前苏联科学家哈利顿和捷利多维奇指出了维持铀核裂变链式反应的条件，同年前苏联科学院作了世界上第一次铀核裂变链式反应的试验。公元 1941 年 从镎的放射性衰变产物中辨认了具有微弱放射性的94 号元素钚，实际上美国物理学家西博格在1940 年就证实了钚的存在，并因此与麦克米伦一起获得1951 年度诺贝尔化学奖。前苏联物理学家弗辽罗夫和彼得夏克发现了铀核的“ 自发裂变 ” 现象。公元

29、1942年 12 月 2 日，费米等科学家在芝加哥大学球场看台下建成了世界上第一座核反应堆(CP-1 芝加哥 1 号堆 )，用天然铀作该裂变燃料，石墨作慢化剂。美国军方接管了原子能研究的各项工作，拟订了“ 曼哈顿工程 ” 计划，由奥本海默教授全面负责领导工作。西博格等人在实验室里制成铀-233。公元 1943年美国建造第一个核武器研制中心 洛斯阿拉莫斯实验室，开始研制原子弹。 19431944 年 美国建成第一座生产钚的工厂 汉福特制钚工厂。 19431945 年 美国建成第一座铀-235 分离工厂 橡树岭气体扩散工厂。公元 1944 年 费密算出在地球上实现热核反应的条件。氚和氘的聚变点火温

30、度为五千万度，氘和氘的点火温度则高达四亿度。而为了实现氢和氢聚变，温度更高，为十亿度以上。同样的氢核聚变反应在太阳上只要一千五百万度。公元 1945年发现原子序数95 号元素镅和96 号元素锔。建成 250 兆电子伏电子回旋加速器。 7 月 16 日凌晨 5 时半，在美国的新墨西哥州阿拉莫戈多沙漠附近成功地爆炸了第一颗内爆型钚239 原子弹。同年8 月 6日和 9 日，分别在日本广岛投下代号为“ 小男孩 ” 的原子弹和在长崎投下了代号为“ 胖子” 的原子弹，死伤和平居民几十万人。公元 1946年 1 月 26 日，在联合国由苏、美、英、法和加拿大五国代表组成有关原子能问题委员会。前苏联提出了关

31、于立刻完全禁止使用原子武器的建议。建成了放大倍数高达16 万倍的电子显微镜。中国物理学家钱三强和何泽慧应用核乳胶观测了铀核的三分裂现象。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 12 页 - - - - - - - - - 根据契林科夫效应制成计数器。美国国会通过原子能法(麦克马洪法 )，据此美国可独占战时美、英、加三国研制原子弹的秘密。 6 月，前苏联开始建立铀工业，并开始建造分离铀-235 的气体扩散工厂。公元 1947年英国物理学家鲍威尔从宇宙射线发现了“ 介

32、子 ” ，并为此获得1950 年度诺贝尔物理学奖。前苏联第一座石墨金属天然铀反应堆投入运行。美国物理学家利比证明自然界中存在放射性碳-14，并利用它进行年代测定。他也因此获得1960 年度诺贝尔化学奖。 8 月英国第一座低功率石墨实验性反应堆(GLEEP) 投入运行。前苏联在乌拉尔建造生产钚的反应堆。 11 月 6 日，前苏联外交部长莫洛托夫宣布“ 原子弹的秘密早就不存在了” 。公元 1948年 12 月 15 日，由约里奥 • 居里主持建成法国第一座天然铀重水慢化的核反应堆“ 左亚 ”ZOE ，继前苏联之后打破了美国的核垄断。人工生产介子获得成功。公元 1949年前苏联成功地进行

33、了第一次原子弹爆炸试验。公元 1950年 1 月 31 日，美国宣布已开始制造氢弹。英国第一个生产钚的反应堆投入运行。 3 月，世界保卫和平大会常设委员会在斯德哥尔摩开会，通过了禁止原子武器并建立严格国际监督的宣言。全世界展开了反对使用原子武器的运动。公元 1951 年英国物理学家韦尔为了最终实现聚变点火，首次作了利用收缩效应来约束等离子体的尝试。美国物理学家小施皮策提出利用扭成“8”字形的容器进行聚变反应有好处。后来制成的这种装置叫做“ 仿星器 ” 。 8 月，美国在爱达荷州的阿尔科建成了第一座增殖反应堆，并于同年12 月 20 日第一次发出了由核能产生的电力。 10 月 6 日，前苏联又进

34、行了一次原子弹爆炸试验。公元 1952年美国在布鲁克海文建成了第一个快中子反应堆。 10 月，英国首次进行原子弹(钚)爆炸试验。 11 月 1 日，美国在马绍尔群岛进行了第一次氢弹装置爆炸试验，所用的装料是液态氘和氚，整个装置重达65 吨。公元 1953年 8 月 8 日，前苏联政府首脑马林科夫宣布：美国在氢弹生产方面已不再是垄断者。 8 月 20 日，前苏联政府公报宣布在8 月 12 日爆炸了第一颗氢弹。同年9 月 18 日塔斯社又报导了关于几种新型原子弹的试验。英国采用气体扩散法的卡彭赫斯特铀-235 分离工厂正式投产。美国物理学家格拉塞发明了用以研究亚原子粒子的气泡室，为此获得1960

35、年度诺贝尔物理学奖。公元 1954年 3 月 1 日，美国在比基尼岛正式爆炸了第一颗氢弹。 6 月 27 日，世界上第一座原子能发电站在前苏联建成发电，电功率为5000 千瓦。利用裂变产物的放射能制成重量很轻的“ 核电池 ” ；也有不用裂变产物而用钚-238，这种核电池已被用来为人造卫星长期提供动力。 3、 4 月间美国在太平洋马绍尔群岛进行了数次威力巨大的氢弹试验，致使附近居民和日本渔民遭受重大灾难。 9 月，前苏联宣布试验了一种有助于解决防御原子进攻的新型原子武器。美国建造的第一艘核潜艇“ 鹦鹉螺号 ” 下水服役。公元 1955年法国开始研究气体扩散法和建造与产钚堆有关的分离工厂。 1 月

36、 19 日，世界和平理事会常务委员会发表告全世界人民书，号召反对原子战争，销毁存储的全部原子武器。并发动大规模的签名运名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 12 页 - - - - - - - - - 动，获得了世界各国各阶层人民的广泛支持和拥护。前苏联宣布帮助包括我国、波兰、捷克斯洛伐克、罗马尼亚和民主德国等国建立研究原子能的科学实验中心。接着于3、4 月间在莫斯科签订了在1955 1956 年间完成实验性反应堆和回旋加速器设计工作的协定。由于前苏联的建议，在

37、日内瓦举行了第一次和平利用原子能国际会议。与会科学家交流了经验和成果，前苏联公开了世界上第一座原子能发电站的结构。在美国伯克利的加利福尼亚大学建造了一台6GeV 高能质子同步稳相加速器，又叫做“ 贝伐特朗 ” ，意思是京电子伏级加速器。公元 1956年锝的发现者意大利物理学家西格雷(当时已移居美国)和美国物理学家钱伯林等人利用“ 贝伐特朗 ” 发现了 “ 反质子 ” ，为此共同获得1959年度诺贝尔物理学奖。意大利出生的美国物理学家皮奇奥尼及其合作者报导发现” 反中子 ” 。英国利用卡彭赫斯特铀-235 分离厂开始生产军用高浓铀年产高浓铀0.7 吨。英国第一座天然铀石墨气冷堆卡尔德豪尔核电站投

38、入运行。美国政府建成了希平港1 号压水堆核电站，发电容量为6万千瓦。前苏联把核动力应用到交通运输方面，第一艘原子能破冰船设计成功；第一架原子能飞机进入地面试验和飞行试验阶段；第一辆原子能机车的初步设计已经提出。美籍中国理论物理学家李政道和杨振宁发现放射性中粒子的宇称不守恒性，推翻了宇称守恒定律；而美籍中国物理学家吴健雄在实验上对此伟大发现进行了验证。由于李政道和杨振宁发现在弱相互作用下宇称不守恒和基本粒子理论的研究成果而共同获得1957年诺贝尔物理学奖。在美国萨凡纳河反应堆附近，由美国物理学家莱因斯和科恩观测到中微子。 5 月，英国成功地进行了首次氢弹试验。 12 月 5 日，前苏联建成了第一

39、艘“ 列宁 ” 号原子破冰船在列宁格勒下水，其排水量16000 吨，主发动机功率44000 马力。公元 1957年英国物理学家劳逊在研究轻核聚变反应的条件时，发现除了高温还需保持一定时间，并提出了著名的“ 劳逊判据 ” 。公元 1958年德国物理学家穆斯鲍尔首次完成了对核激发能级宽度的直接测量，发现了原子核中 射线的无反冲共振吸收，他也因此与美国物理学家霍夫施塔特共同获得1961 年度诺贝尔物理学奖。公元 1959年利用闪烁计数器的双闪烁证实了中微子的存在。公元 1960年 2 月 13 日，法国在非洲撒哈拉沙漠中爆炸了第一颗原子弹装置。美国在布鲁克海文建造了质子能量为33GeV 的交变磁场梯

40、度同步加速器。美国物理学家阿尔瓦雷斯发现了某种核子态 共振，他由于对基本粒子物理学的贡献获得1968 年度诺贝尔物理学奖。法国动工建造第一座年产1.5 吨铀 -235 的气体扩散工厂。公元 1961年欧洲原子核研究委员会建造了质子能量为28.5GeV 的交变磁场梯度的同步加速器。美国物理学家盖尔-曼等通过SU(3)对称性理论，对基本粒子进行分类。他也因此获得了1969 年度诺贝尔物理学奖。公元 1962年 3 月，美国第一艘核商船“ 萨凡纳 ” 号下水航行。云母片固态径迹探测器开始应用。布鲁克海文实验室首先研究 中微子。公元 1963年盖尔 •曼提出夸克假设。公元 1964年 10

41、 月 16 日，中国第一颖原子弹(铀-235)爆炸成功。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 12 页 - - - - - - - - - 公元 1965年美国物理学家莱德曼和他的合作者合成了由一个反质子和一个反中于所构成的复合体，这就是“ 反氘核 ” ，亦称反氢 -2 原子核。公元 1966年中国北京基本粒子理论组在北京物理讨论会上报告了层子模型。公元 1967年在美国加利福尼亚斯坦福特大学建成了长3 公里能量为20Gev 的电子直线加速器。 6 月 17 日

42、，中国第一颗氢弹爆炸成功。公元 1968年前苏联建成交变磁场梯度强聚焦质子同步加速器，能量为70GeV 公元 1969年前苏联使用 “ 托卡马克三号” 装置将密度相当于空气百万分之一的氢-2 在几千万度的温度下保持了百分之一秒，进行受控聚变反应试验。公元 1974年 11 月，美国物理学家里克特在斯坦福和美籍中国物理学家丁肇中在布鲁克海文各自独立地发现了J 粒子 (也称为 粒子 )。为此这两位物理学家共同获得1976 年度诺贝尔物理学奖。原子物理学和原子核物理学的形成远在公元前4 世纪， 希腊哲学家留基伯和他的学生德漠克利特已经提出原子 的概念。 他们认为万物都是由大量不可分割的微小质点所组成

43、，他们把这样的微小质点叫做原子 。原子除有大小、形状和位置的差异外，没有区别。原子遵照一定的规律在虚空 中不断运动。它们集合在一起时便形成物体，分离时物体便消失。在当时这仅是一种猜想而已，无法用实验证实。但是这个说法跟一切物体都能粉碎的事实是相吻合的。原子说在中世纪受到宗教和神学的压制，没有得到发展。到了17 世纪，随着化学的发展，这种观点又重新传播起来了。17 世纪，通过卡文迪许和拉瓦锡等许多化学家的工作，发现了水可分解为氧和氢两种元素；空气是由氧、 氢和氮等元素混合而成的，燃烧只不过是元素和氧起激烈反应等等。随着几十种元素的发现， 英国化学家道尔顿提出了新的原子学说。他认为物质是由许多种类

44、不同的元素所组成， 元素又由非常微小的，不可再分的、不能毁灭又不能创生的原子所组成。同种元素的原子大小、 性质等都相同， 异种元素的原子是不相同的。道尔顿用他的学说说明了化学中的物质不灭定律、定比定律和倍比定律等。道尔顿的原子说是根据事实概括的结果，能够用来研究和发现新的现象，因此比古代原子说更进一步。19 世纪后半期，分子运动论有了进一步发展，人们逐步建立起近代的原子分子学说。但是原子分子是否存在，一直没有用实验证实。1905 年，爱因斯坦用分子运动论的观点从理论上解释布朗运动获得成功，他还提出了测定分子大小的新方法。1908 年，法国物理学家佩林按爱因斯坦的方法，用实验测定了分子的大小，结

45、果跟爱因斯坦预言的一致，终于在科学界确认了现代分子原子学说。1897 年汤姆逊发现了电子，并证明了电子是各种元素的基本组成部分。1903 年卢瑟福和化学家索迪合作， 通过实验发现了一种物质可以变成另一种物质，提出了原子自然衰变的理论。这些事实打破了道尔顿以来人们认为原子不可再分割的观念。带负电的电子的发现，向人们提出了这样一个问题，原子内部有许多电子，但原子又是电中名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 12 页 - - - - - - - - - 性的，说明原子

46、内部还有带正电的物质。那么，这些物质在原子内部是怎样分布的呢？1903 年汤姆逊在爱尔兰大学讲课时，以元素进化说为基础，提出了他的原子结构模型：正电荷均匀地分布在原子球内，一些电子等间隔地排列在与球同心的圆周上。他还计算了在正电球库仑力以及电子相互间库仑力的作用下，使这种原子结构保持稳定状态的条件。在计算中汤姆逊发现， 为了不使电子都集中到球心，电子必需分布在几个同心圆环上，如果尽量减少圆环数， 对应正电球里各种数目电子的稳定分布就出现了周期性。汤姆逊的模型后来被证明是错误的，但他的这些研究为后人建立原子模型提供了不少启示。汤姆逊（ 18561940 年）英国物理学家，1856 年生于曼彻斯特

47、的一个专印大学课本的书商家庭。由于父亲的职业关系，汤姆逊从小就结识了一些曼彻斯特大学教授，受学者的影响，汤姆逊学习很认真，14 岁便进了曼彻斯特大学。1876 年 21 岁的汤姆逊便被保送到剑桥大学三一学院深造。此后，他一直在剑桥教书和研究。1884 年，瑞利从卡文迪许实验室退休时，推荐 27 岁的汤姆逊接任该实验室主任之职。此后，汤姆逊领导这个机构达34 年之久。汤姆逊对自己的学生要求非常严格。他要求学生在开始做研究之前， 必须学习好所需要的实验技术，实验仪器全要自己动手制造。他要求学生成为会思考、有独立工作能力的人，成为不仅是实验的观察者，更是实验的创造者。在汤姆逊严格培养下，后来有9 名

48、学竦昧伺当炊薄渲杏型贰取 ?lt;/SPAN 1906 年汤姆逊因发现电子而获得该年度的诺贝尔奖。1940 年 8 月 30 日他在剑桥逝世。为表彰他的杰出贡献，他的骨灰与牛顿、达尔文、开尔文等伟大科学家的骨灰放在一起。1911 年卢瑟福根据粒子散射实验的结果，否定了汤姆逊的原子模型，提出了核式原子结构模型。 认为原子的绝大部分质量和所有正电荷都集中在体积相当小的原子核内，电子在核外绕核旋转。卢瑟福模型在当时并不被物理学家们所普遍接受。按经典电磁理论，绕核旋转的电子，因作加速运动，要向外辐射电磁波，这将消耗电子的绕核运动的能量，使它最终落到原子核上。说明这样的原子结构极不稳定，而通常所见的原子

49、是极稳定的。再有电子绕核运转最后落到原子核的过程中辐射出的电磁波或光波应成连续光谱。而原子处于炽热状态时所发射的光，不是连续光谱而是线光谱。卢瑟福（ 18711937 年）是英国的原子核物理学家。1871 年出生在新西兰一个英国移民的后裔家庭， 幼时家境较贫困，逆境使他奋发，他的学习成绩一直名列前茅，靠助学金完成学业。艰苦的求学经历培养了卢瑟福有一种一旦认准了目标就百折不回、勇往直前的精神。后来他的学生在剑桥皇家学会蒙得实验室的大门右边的墙上，刻了一条鳄鱼， 来赞誉他们的老师，因为鳄鱼也是从不回头，勇往直前的。1895 年卢瑟福来到英国，师从汤姆逊教授。从此他开始了研究原子核物理的生涯。卢瑟福

50、在原子核物理学方面有许多建树。著名的粒子散射实验就是在他领导下完成的。1905 年，卢瑟福因在元素蜕变及其放射化学方面的研究而获得该年度的诺贝尔化学奖。在得奖演说中；他风趣地说：我一生中，曾经历过各种不同的变化，但最大的变化要算这一次了。我竟从物理学家一下子变成了化学家。 卢瑟福也是培养青年的良师。许多有名的科学家例如玻尔、莫塞莱、 查德威克和盖革等都是他的学生。1913 年，丹麦的物理学家玻尔为了克服核式模型和经典物理理论的矛盾，提出经典电磁理论只适合于宏观现象，但不适合于微观现象，原子内部的运动遵守另外的规律。他大胆地引进普朗克的量子理论，提出了两个假设。 玻尔认为在原子核的库仑场中存在一