一堂物理课

 我是一位中学教师,我深爱《现代物理知识》,在讲授《卢瑟福核式结构》一课时,我向同学们言简意赅地介绍了那上面的一篇文章:《原子核壳模型发现前后》.当我讲述卢瑟福提出有效模型是怎样成功地解释盖革与马斯顿的实验结果时,同学们顿时活跃起来,纷纷想一展身手,体验一次科学发明的过程.然而,物理上的每一个发现,都是科学家凭借坚实的理论基础和实验事实而获得的.在教师的指导下,同学们通过阅读教材,得出了如下结论:“如果是枣糕式模型,α粒子穿过原子内部时,它受到原子内两侧的斥力相互抵消,使α粒子偏转不会很大”.     

最初的电子-原子散射实验为何未能得到有关原子核式结构的信息

 现代物理学的一个重要里程碑无疑是通过α粒子散射实验所建立起的原子的核式结构。这一发现不仅导致了我们对于微观物质世界的看法的革命性的改变,同时也为早期量子论的建立奠定了坚实的基础。特别是核物质以高密度的形态集中于很小的空间,即原子核的实验证据,更成为了随后的关于强相互作用问题研究的出发点。在随后的约一个世纪,有关核物质的研究丰富了我们对于物质世界的认识,并最终导致了量子色动力学(QCD)的发现。然而,由于α粒子散射的结果首先是卢瑟福(E.Rutherford)在经典力学的框架下给出的解释,这一准经典的过程对早期量子物理发展的影响更多地是在玻尔(Bohr)的氢原子光谱理论中被提及。     

邮票上的物理学史（49）——核裂变

发现核裂变的故事应当接着发现中子往下讲 .在发现中子之前 ,用得最多的轰击原子核的炮弹是α粒子 .例如 ,历史上的第一个人工核蜕变就是卢瑟福用钋源发出的α射线轰击氮核 ,把它嬗变成氧原子 .约里奥-居里夫妇用钋源α射线轰击各种原子核 ,轰击铍发现了中子 ,轰击铝发现了人工放射性 ,但对Ｚ >2 0的原子核 ,α粒子轰击却不能引起核反应 .这是因为 ,原子核的正电荷的推斥力使α粒子不能进入原子核 .发现中子后 ,1 93 4年 ,意大利物理学家费米 (邮票见下节 )和他的研究集体试着用中子而不是α粒子来轰击原子核以产生人工放射现象 .费米认为 ,…     

原子核结构研究的一些进展

简述在最近几年中原子核结构研究中的一些新的进展.原子核的超对称性在1980年提出,1999年在奇奇核中得到检验.在原子核结构的代数模型中,玻色子模型中的弱集体性困难最近得到解决,在八极振动中,代数模型给出了大量的电磁跃迁的解析表达式,对于实验研究十分方便,¹⁵⁸Gd是目前最好的八极振动核.在原子核的壳模型中蒙特卡罗壳模型,投影壳模型有较大进展.最后对今后原子核结构的发展作出展望.     

核科学百年讲座第二讲 历史性发现及其对人类社会的影响(Ⅱ)

4　核反应、核裂变和核聚变放射性衰变是某些不稳定原子核自发产生的一种核蜕变反应 ,它只和发生蜕变的那个核本身的性质有关 ,而不需要外界的影响 .那么 ,有没有办法通过外界影响使本身稳定的原子核产生变化呢 ?自从卢瑟福和合作者在 1 90 9— 1 91 0年通过用α粒子做“炮弹”轰击原子 ,并由散射α粒子的角分布推论出原子的核式结构以来 ,人们就认识到 :要探索微观世界的奥秘 ,就必须利用能深入到微观粒子内部的“炮弹粒子” ,使两个微观粒子相撞 ,发生变化 ,然后从发生的变化推断它们的行为和内部结构[1] .由于原子核很小 ,其半径只有 1 0…     

人工元素嬗变的发现和发展

一、人工元素嬗变的思想起源1.原子核模型的确立 1909年,英国物理学家卢瑟福的助手盖革(G.Geiger)和研究生马斯顿(E.Marsden)在卢瑟福的指导下,用放射源镭C放射出的α粒子轰击金箔,有很多入射α粒子被反射,这使得卢瑟福很惊讶。因为这种α粒子大角度散射的发生,用J.J.汤姆孙提出的原子模型是不可能给出合理的解释的.为了解释这种现象,1911年卢瑟福提出有核原子模型,并被以后的实验所证实.原子有核模型的确立,使原子理论的研究进入一个新的阶段,为人工元素嬗变奠定了基础.2.人工打破原子核思想的起源 盖革和马斯顿进行α粒子的散射实验,是…     

相对论Thomas-Fermi近似下的核半径公式

使用QHD-I的相对论核场论模型,在Thomas-Fermi近似下讨论核力作用半径公式 R=R₀A^1/3,发现理论计算R₀的结果与高能α粒子与原子核散射的实验结果很好地符合.     

1911年5月:Rutherford和原子核的发现

 1909年，Ernest Rutherford的学生在Rutherford所指定的实验中发现了令人意外的结果，Rutherford说此发现是他一生中所碰过最难以置信的事情。他们在这个至今仍很著名的实验中观察到α粒子自一张金的薄片往后散射回来。Rutherford在他1911年5月所发表的论文中解释说，此散射是由原子中心一个又硬、又密的核--原子核--所引起的。     

今日国外物理

 1 英、澳学者创原子核形状研究新方法据澳大利亚《实验室新闻》报道,英国尼尔·罗利博士提出用相对简单的实验数据确定原子核形状的可能性,改变入射原子核的能量,测量核合成(聚变)的概率的变化.澳大利亚学者杰克·利博士在其学生简星伟协助下,用韦纳滤波器进行这一实验,发现轰击1平方毫米靶区时,只有百万分之一的入射粒子能够进行合成,大多数被散射掉,散射粒子的强度妨碍检测器的正常工作.他们采用球形氧原子核作为入射原子核,其他一系列原子核作为靶,进行了大量测量,获得十分满意的结果.     

重离子加速器的现状

1911年卢瑟福发现原子核以后的约50年中,核反应的入射粒子主要局限于质子、氘、氚、氦核和中子。在轻粒子核反应的实验基础上,发展了两种解释反应机制的理论——复合核模型和直接作用模型(壳结构)。这两种模型都基本上没有考虑核物质的集体运动。重离子加速器为重离子核反应的发展提供了条件。     

原子核的空间结构

核模型的发现在卢瑟福研究原子散射α粒子时发現湯姆孙的原子模型不正确、正电荷不是按整个原子連续地分布,而是集中在它的中部——核之后,原子核物理学就产生了。这是一个革命的事件,它改变了物理科学发展的全部进程。电子——在它身上集中的全是負电的粒子——的发现只是推翻原子的旧概念的第一步。     

基于Weizsäcker-Skyrme核质量公式研究原子核基态性质

基于一个半经验的原子核宏观 微观质量公式——Weizsäcker-Skyrme质量公式, 研究了原子核的形变、 滴线、 壳能隙和超重核α衰变能等相关性质, 发现该模型能较好地再现实验结果。与此同时, 探索了原子核对称能系数对原子核质量公式的影响和超重稳定岛的可能位置。     

核结构研究的几个里程碑与中国核结构研究20年

原子核物理学已成为人类社会发展中不可或缺的重要组成部分. 人们对于核结构的认识, 有如下几个里程碑: 原子核的发现, 原子核的组成及其粗块性质, 原子核壳结构, 形变与集体运动(转动与振动), 对关联与超导性, 高自旋态, 奇异变形核态, 奇特原子核, 超重原子核等. 经过几代人的努力, 中国的原子核结构研究也经历了从无到有、从弱到强的发展历程. 特别是近二十年以来, 中国核结构领域在人才培养、学科地位、文章发表、学术会议等国际舞台都有一席之地, 做出了一些原创性的成果. 本文将扼要介绍20年来中国核结构研究的成果.     

中、高能核物理的一些进展

自从1932年发现中子之后,人们确信原子核是由中子和质子组成的.在此基础上发展了一系列的模型理论.首先,尼尔斯·玻尔用液滴模型成功地解释了核密度的饱和性,随后发现了原子核的幻数现象,并由此建立了原子核的壳层结构模型.五十年代初期,奥格·玻尔又提出了描述原子核集体运动的综合模型,解释了一系列原子核的低激发态性质.六十年代以来,又发展了核多体方法的微观理论,在解释低能核物理现象方面,取得了相当的成功. 七十年代以后,随着实验精度的提高以及用高能粒子(或由此得到的次级粒子)轰击原子核的实验增多,这些新的高能核物理现象,给原子…     

重自共轭原子核中α凝聚体物理性质的理论研究(英文)

原子核多体系统中可以存在一类被称为α凝聚体的奇异物理态。该奇异态可以被视为玻色-爱因斯坦凝聚在原子核物理中的推广。一般认为,α凝聚体不仅可以存在于12C中,也可以存在于诸如16O,20Ne,24Mg,28Si等质量更重的自共轭原子核中。重自共轭原子核中的α凝聚体的物理性质是核结构理论重要的研究课题,相关理论计算可以为实验研究提供有益参考。主要介绍了该研究方向的基本理论框架,包括Tohsaki-Horiuchi-Schuck-Röpke波函数方法、Yamada-Schuck模型,以及近期提出的半解析近似方法。还讨论了α粒子间四体相互作用对α凝聚体物理性质的影响,并对α凝聚体破裂和一维α凝聚体等可能的研究方向做了简要论述。α condensates are exotic states in nuclear many-body systems, and can be viewed as the generalization of the Bose-Einstein condensate in nuclear physics. It is widely believed that, α condensates exist not only in 12C, but also in heavier self-conjugate nuclei such as 16O, 20Ne, 24Mg, 28Si, etc. It is important to understand the physical properties of these α condensates in heavy self-conjugate nuclei from the theoretical perspective, and the theoretical results could be a useful reference for the experimental studies. This work reviews the basic frameworks to study α condensates, including the Tohsaki-Horiuchi-Schuck-Röpke wave function, the Yamada-Schuck model, and the recently proposed semi-analytic approximation. The impacts of the four-body interactions of α particles on the physical properties of α condensates are reported. The breakup of α condensates and the one-dimensional α condensates are discussed briefly as the possible future directions in this field.     

α粒子散射与原子核大小的测量

根据α粒子散射实验,卢瑟福在１９１１年提出了如下的原子核式结构学说：原子中的正电荷不是均匀地分布在原子大小的整个球内,而是集中在比原子体积小得多的体积内,他把这个比原子小得多的体积称为原子核,它含有除电子质量以外的原子的全部质量,电子散布在校外整个区域绕核旋转．从这一模型出发,我们可以简化α粒子与原子碰撞的模型如下： 当用α粒子轰击原子时,由于α粒子比电子重７４００倍,从动量的观点来看,原子中的电子引起α粒子的偏转是微不足道的．因而在用α粒子轰击原子时,可以忽略电子的作用,α粒子就仅受到原子核的…     

粒子物理学和核物理学的相互交叉

 自从1911年卢瑟福用α粒子作为炮弹轰击金属薄箔发现了原子核,核物理学发展为物理学的一个重要分支.进入20世纪50、60年代以后,由于高能加速器的迅速发展,人们对物质结构的认识又深入到更深层次,基本粒子的种类多达几百种,粒子物理学成为探索微观世界的最前沿的一个学科.粒子物理学的诞生和发展深受核物理学的影响,而粒子物理学的发展反过来又影响着核物理学的某些基本问题的研究.一、原子核的新自由度1932年查德威克发现了原子核内除了有质子外还有中子,接着海森堡提出了原子核是由质子和中子组成的,质子和中子一直是组成原子核的基本组成成份.原子核内的质子、中子结合很紧,那么是什么样的核力使它们聚集在一起.     

原子核模型的研究

到目前为止,物理学家提出了许多原子核模型.最著名的有:1932年费米提出的气体模型的原子核结构;1935年由N·玻尔和费伦克尔提出的液滴模型;1949年由迈耶夫人和简森各自提出的壳层模型;由A·玻尔和莫特尔逊于1953年提出的集体模型(综合模型).本人认为,原子核的结构应为磁场结构模型.下面就对这一结构模型进行说明.1原子核内的质子问的受力分析     

学部委员卢鹤绂教授主持 关于选著及有关的回忆

 玻尔提出原子核的液滴模型后,我们就想用α粒子作探针去研究核的结构.当时已经认识到,不同能量的α粒子都可以进入核,但有选择,有的能量进去的多一些(即有共振现象),表明核不是光滑的,不是一个点,而是有大小的,有连续性;不是一个刚球,而是一个软的东西.埃里斯对工作很负责,对学生很关心.他亲自教我制备放射源的方法.为了制备氡放射源,清早四、五点就开始工作,他都来帮助我.他教我如何写文章,每篇文章都经他修改后才送给卢瑟福审阅,然后再送出去.我们相处得很好,后来他要到伦敦大学当教授,曾建议我跟他一块去.他去后,我就转到考克饶夫组了.     

中能区质子与4He原子核散射的唯象全振幅

对整个中能区现有的质子与⁴He原子核散射的实验数据(微分截面和极化能力)进行了系统的振幅分析,给出了一组参数化的唯象振幅.这些振幅对于利用中能质子研究原子核的α粒子结构问题是必要的输入量.