查德威克發現中子
盡管盧瑟福預言了中子的存在,但是,直到12年以后的1932年,英國物理學家查德威克才在卡文迪許實驗室里發現了中子。這時盧瑟福已接替卡文迪許實驗室退休的湯姆生的職務。
查德威克1891年出生在英國柴郡,曼徹斯特維多利亞大學畢業。中學時代并未顯示出過人天賦。他沉默寡言,成績平平,但堅持自己的信條:會作則必須做對,一絲不茍;不會做又沒弄懂,決不下筆。因此他有時不能按期完成物理作業。而正是他這種不慕虛榮、實事求是、“駑馬十駕,功在不舍”的精神,使他在科學研究事業中受益一生。
進入大學的查德威克,迅即由于基礎知識的扎實而在物理研究方面嶄露超群才華。他被著名科學家盧瑟福看中,畢業后留在曼徹斯特大學物理實驗室,在盧瑟福指導下從事放射性研究。兩年后,由于他的“α射線穿過金屬箔時發生偏離”的成功實現,獲英國國家獎學金。
中子的發現要追溯到德國和法國物理學家們的研究工作。
1930年,德國物理學家博特和貝克爾利用釙發射的α粒子去轟擊鈹、硼和其它輕元素時,他們用尖端式蓋革計數管(一種對γ即伽瑪射線靈敏的探測器)探測到了有一種穿透力異常大的射線發生。法國物理學家約里奧·居里夫婦,利用一個強得多的釙源進一步研究了受到α粒子射擊后的鈹的輻射現象。他們把鈹發射出來的射線解釋為“γ射線”,把從含氫物質中打出的質子解釋成“γ射線”在氫核上的“散射”。由于他們沒有足夠地重視理論,這就使他們錯過了完成一項重大發現的機會。他們誤認為是“γ射線”的,正是人們長期尋找的中子流,并不是γ射線。他們走到了“中子”的門口,而沒有發現它。
1932年,在海峽對岸的查德威克,對此進行了反復實驗,每次他都得到了相同的結果。他進一步查覺這些射線像γ射線和X射線一樣不會被磁場偏折,可見是中性的。然而,這種射線的運動速度卻與之大不相同,只為光速的1/10,比起幾乎以光速前進的γ射線來說,簡直太慢了。
查德威克繼續研究這些射線,發現當這種射線被筆直地引向氮氣時,偶而會有個別以極大的力量打進氮原子。如果是γ射線,則沒有這種現象發生。查德威克對這種新射線進行了多次試驗和能量測定,發現在不同情況下,新射線的能量也不同。他想,這種新射線顯然與γ射線不相同,它是由粒子組成的。為了確定粒子的大小,他用這種粒子轟擊硼,并從新產生的原子核所增加的質量來計算加到硼中去的這種粒子的質量,結果算出新粒子的質量與質子大致相等。查德威克在盧瑟福的領導下,長期從事尋找中子的研究,理論思維幫助了他從現象中抓到本質,終于悟出:這種新射線正是長期尋找的中子流。這樣,他驚人地發現了人們預言的中子。
這是科學預言的又一個勝利。
至此,人們在探索原子秘密的道路上,又前進了一大步。所以,中子的發現被譽為原子科學發展的第二個重大發現。(第一個重大發現是放射性現象的發現)
在中子發現的啟示下,蘇聯的伊凡寧柯和德國的海森堡先后提出了原子核是由質子和中子組成的模型(質子和中子統稱為核子),使長期存在的原子核結構問題得到了初步解決。
發現質子
盧瑟福不相信核能
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