第3講 放射性與原子彈

1、第三講放射性與原子彈趙崢北京師范大學(xué)物理系一中子的發(fā)現(xiàn)二裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)三原子彈與氫彈的研制四核能的和平利用一、中子的發(fā)現(xiàn) 1869 元素周期律 1885 光譜線(xiàn) 1895 X射線(xiàn) 1896 天然放射性 1920 盧瑟福預(yù)言中子 1930 玻特 粒子轟擊鈹 中子 （未認(rèn)出） 1931 約里奧居里夫婦 未知射線(xiàn)+石蠟 質(zhì)子 （以為未知射線(xiàn)是射線(xiàn)） 1932 查德威克 中子可能存在 Nature 中子的存在 英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)刊 （巴斯德：機(jī)遇只偏愛(ài)有準(zhǔn)備的頭腦）1935年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 查德威克：中子的發(fā)現(xiàn)1935年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 約里奧夫婦：人工放射性 （1934年完成）二、裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)1. 裂變的

2、發(fā)現(xiàn) 1938 約里奧夫婦 中子+鈾 鑭， (z = 92) (z = 57)1939 哈恩，斯特拉斯曼 重復(fù)約里奧夫婦的實(shí)驗(yàn) 肯定產(chǎn)物是與 (z = 57) (z = 56)1939 邁特納、弗里希 認(rèn)為是裂變 液滴模型 1947 錢(qián)三強(qiáng)、何澤慧 發(fā)現(xiàn)核的三分裂與四分裂2、鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 約里奧居里 費(fèi)米 西納德重核：中子數(shù) 質(zhì)子數(shù)輕核：中子數(shù) 質(zhì)子數(shù)約里奧 1944 法國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)1946 法國(guó)原子能委員會(huì)主席原子核的結(jié)合能2),(cAZmNmZmBnpZ 質(zhì)子數(shù) N 中子數(shù)A 原子量 m 原子核質(zhì)量核子的平均結(jié)合能AB/裂變與聚變均可產(chǎn)生核能核力的傳播者介子湯川秀樹(shù)虛介子以光速傳播核半徑r用測(cè)

3、不準(zhǔn)關(guān)系可估出介子質(zhì)量約em200三、原子彈與氫彈的研制三、原子彈與氫彈的研制 二戰(zhàn)爆發(fā)二戰(zhàn)爆發(fā) 約里奧的建議約里奧的建議 費(fèi)米、玻爾移居美國(guó)費(fèi)米、玻爾移居美國(guó) 西拉德、泰勒、維格納拜訪(fǎng)愛(ài)因斯坦西拉德、泰勒、維格納拜訪(fǎng)愛(ài)因斯坦 薩克斯轉(zhuǎn)交愛(ài)因斯坦的信薩克斯轉(zhuǎn)交愛(ài)因斯坦的信（1941.12.6羅斯福啟動(dòng)研制原子彈的工羅斯福啟動(dòng)研制原子彈的工程，第二天珍珠島事件爆發(fā)）程，第二天珍珠島事件爆發(fā)）總設(shè)計(jì)師奧本海默臨界質(zhì)量的測(cè)量斯洛廷費(fèi)曼路徑積分量子化狄拉克費(fèi)曼原子彈試爆與使用1945年7月6日，新墨西哥州1945年8月6日 廣島鈾 U235 槍法 Little boy1945年8月日 長(zhǎng)崎 钚 Pu2

4、39 內(nèi)爆法氫彈的研制泰勒 聚變?cè)恚禾?yáng)能：氫彈：22244eHPePHHDnHTDPTDDnHDDeeee4343上億度高溫和高壓上億度高溫和高壓D: 氘氘T：氚：氚中國(guó)決心制造原子彈錢(qián)三強(qiáng)、彭恒武、楊承宗、鄧稼先、周光召、黃祖洽、于 敏四、原子能的和平利用1、第一座反應(yīng)堆 費(fèi)米，1942.12.2下午3點(diǎn)45分 芝加哥大學(xué) “那個(gè)航海家已經(jīng)登上了新大陸” “當(dāng)?shù)鼐用衲兀俊?“十分友好” 原子彈是用快中子引起的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾必須濃縮，1公斤鈾就可以制成原子彈 反應(yīng)堆可以用天然鈾，但是要用慢中子，慢中子比快中子更容易引起裂變，要放慢化劑，防護(hù)層，體積龐大慢化劑：石墨，重水，水控制棒：鎘燃料：鈾

5、 235快中子增殖堆：鈾238钚239天然鈾中238為主；U235 0.73%2、原子能發(fā)電站第一座核電站1954.6.27(蘇聯(lián))核電法國(guó)78% 美國(guó)20% 比利時(shí)，瑞典，韓國(guó).3、可控?zé)岷朔磻?yīng) 裂變?cè)嫌邢?，聚變能源取之不盡，一噸海水中有重水一百多克（重氫30克） 1升海水中的氘用于聚變相當(dāng)于300升汽油。 月球上 豐富 比D，T好，生成物中沒(méi)有中子只有質(zhì)子，易于保護(hù)設(shè)備。 eH3eH3PHHDnHTDeee434,困難：困難： 聚變反應(yīng)需要上千萬(wàn)度、上億度高溫。太陽(yáng)中心1500萬(wàn)度，氫彈需要原子彈引爆 可控?zé)岷朔磻?yīng)n磁約束聚變 容器：磁場(chǎng)（托卡馬克） 點(diǎn)火：激光n慣性約束聚變 壓縮，加熱：激光點(diǎn)火參考書(shū)：參考書(shū)： 物理學(xué)與人類(lèi)文明十六講物理學(xué)與人類(lèi)文明十六講，高教社，高教社 探求宇宙的秘密探求宇宙的秘密（探究求上帝的秘密），（探究求上帝的秘密）， 北師大出版社北師大出版社 相對(duì)論百問(wèn)相對(duì)論百問(wèn)，