第3讲 放射性与原子弹

1、第三讲放射性与原子弹赵峥北京师范大学物理系 中子的发现 裂变与链式反应 原子弹与氢弹的研制 核能的和平利用一、中子的发现 1869 元素周期律 1885 光谱线 1895 X射线 1896 天然放射性 1920 卢瑟福预言中子 1930 玻特 粒子轰击铍 中子 （未认出） 1931 约里奥居里夫妇 未知射线+石蜡 质子 （以为未知射线是射线） 1932 查德威克 中子可能存在 Nature 中子的存在 英国皇家学会会刊 （巴斯德：机遇只偏爱有准备的头脑） 1935年诺贝尔物理学奖 查德威克：中子的发现1935年诺贝尔化学奖 约里奥夫妇：人工放射性 （1934年完成）二、裂变与链式反应 裂变的发

2、现 1938 约里奥夫妇 中子+铀 镧， (z = 92) (z = 57)1939 哈恩，斯特拉斯曼 重复约里奥夫妇的实验 肯定产物是与 (z = 57) (z = 56)1939 迈特纳、弗里希 认为是裂变 液滴模型 1947 钱三强、何泽慧 发现核的三分裂与四分裂2、链式反应 约里奥居里 费米 西纳德重核：中子数 质子数轻核：中子数 质子数约里奥 1944 法国科学院院长1946 法国原子能委员会主席原子核的结合能2),(cAZmNmZmBnpZ 质子数 N 中子数A 原子量 m 原子核质量核子的平均结合能AB/裂变与聚变均可产生核能核力的传播者介子汤川秀树虚介子以光速传播核半径r用测不

3、准关系可估出介子质量约em200 三、原子弹与氢弹的研制三、原子弹与氢弹的研制 二战爆发二战爆发 约里奥的建议约里奥的建议 费米、玻尔移居美国费米、玻尔移居美国 西拉德、泰勒、维格纳拜访爱因斯坦西拉德、泰勒、维格纳拜访爱因斯坦 萨克斯转交爱因斯坦的信萨克斯转交爱因斯坦的信（1941.12.6罗斯福启动研制原子弹的工罗斯福启动研制原子弹的工程，第二天珍珠岛事件爆发）程，第二天珍珠岛事件爆发）总设计师奥本海默临界质量的测量斯洛廷费曼路径积分量子化狄拉克费曼原子弹试爆与使用1945年7月6日，新墨西哥州1945年8月6日 广岛铀 U235 枪法 Little boy1945年8月日 长崎 钚 Pu2

4、39 内爆法氢弹的研制泰勒 聚变原理：太阳能：氢弹：22244eHPePHHDnHTDPTDDnHDDeeee4343上亿度高温和高压上亿度高温和高压D: 氘氘T：氚：氚中国决心制造原子弹钱三强、彭恒武、杨承宗、邓稼先、周光召、黄祖洽、于 敏四、原子能的和平利用1、第一座反应堆 费米，1942.12.2下午3点45分 芝加哥大学 “那个航海家已经登上了新大陆” “当地居民呢？” “十分友好” 原子弹是用快中子引起的链式反应，铀必须浓缩，1公斤铀就可以制成原子弹 反应堆可以用天然铀，但是要用慢中子，慢中子比快中子更容易引起裂变，要放慢化剂，防护层，体积庞大慢化剂：石墨，重水，水控制棒：镉燃料：铀

5、 235快中子增殖堆：铀238钚239天然铀中238为主；U235 0.73%2、原子能发电站第一座核电站1954.6.27(苏联)核电法国78% 美国20% 比利时，瑞典，韩国.3、可控热核反应 裂变原料有限，聚变能源取之不尽，一吨海水中有重水一百多克（重氢30克） 1升海水中的氘用于聚变相当于300升汽油。 月球上 丰富 比D，T好，生成物中没有中子只有质子，易于保护设备。 eH3eH3PHHDnHTDeee434,困难：困难： 聚变反应需要上千万度、上亿度高温。太阳中心1500万度，氢弹需要原子弹引爆 可控热核反应n磁约束聚变 容器：磁场（托卡马克） 点火：激光n惯性约束聚变 压缩，加热：激光点火参考书：参考书： 物理学与人类文明十六讲物理学与人类文明十六讲，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）， 北师大出版社北师大出版社 相对论百问相对论百问，