原子结构的探究和发现

1897年J.J．汤姆孙发现电子后提出了原子模型―葡萄干蛋糕模型．他认为原子是一个带正电的球（蛋糕），带负电的电子（葡萄干）均匀分布在这个球里．在一次实验中，卢瑟福建议马斯登做让a粒子从金属表面直接反射的实验，这就导致了著名的“a射线大角度散射”的惊人结果．1911年，卢瑟福根据a粒子散射实验提出了“核式结构模型”：全部正电荷集中在原子球体的中心，原子核约占原子大小的几万分之一，原子的近乎全部质量（占99.9％以上）集中在原子核上，电子在核外空间受到核电荷的电磁吸引而绕核旋转．至于稳定性间题，他并不讳言，在论文一开始，就声明：“在现阶段，不必考虑所提原子的稳定性，因为显然这将取决于原子的细微结构和带电组成部分的运动．"
　　
　　然而，对于原子核内部结构的研究，科学家又是怎样探究的呢？
　　
　　1914年，卢瑟福的学生马斯登在用闪烁镜观测。射线在空气中的射程时，注意到实验中出现了一些射程特别长的粒子．卢瑟福在助手的协助下前后做了3年左右的实验，于1919年宣布实现了轻元素原子的转变．卢瑟福经过反复试验终于确定氮原子在a粒子的轰击下发生了核的转变，从氮核中放出了氢核，他的研究开辟了人工核反应的道路．后来，布拉凯特用威耳逊云室记录粒子的径迹，找到了氮气在Q粒子轰击下产生氢核的证据，不过几率非常小，在20000多张照片中只有8条径迹出现氢核径迹的分叉．1920年以前，人们根据积累的事实普遍认为原子核是由质子和电子组成的．这种观念既包含了1815年普劳特关于一切元素的原子都是由氢原子构成的假说，又解释了汤姆孙和阿斯顿用质谱仪得出的新发现．但是新的矛盾也出现了，莫塞莱精确建立了核电荷数Z与原子序数的恒等关系，证明质子数与电子数不可能相等，这就促使卢瑟福在1920年提出大胆的却是经过深思熟虑的新假说：“在某些情况下，也许有可能有一个电子更加紧密地与氢核结合在一起，组成一种中性的双子．这样的原子也许有很新颖的特性．除非特别靠近原子核，它的外场也许实际为0．结果它有可能自由地穿透物质．它的存在也许很难用光谱仪进行检测，也许不可能把它禁闭在密封的容器里．换句话说，它应很容易进人原子结构内部，或者与核结合在一起，或者被核的强场所分解．’川要解释重元素核的组成，这种原子的存在看来几乎是必需的．”这就是著名的卢瑟福中子假说．
　　
　　为了检验卢瑟福的假说，自1921年起卢瑟福的学生查德威克历经n年终于在1932年找到了确切的证据．他对披特别感兴趣，因为被在a粒子轰击下是不发射质子的，据说被矿往往含有大量的氦，也许被核在辐射的作用下，会分裂成两个a粒子和一个中子．查德威克安排他的学生继续对被进行辐射，做了大量实验，实验曾一度出现有利的证据，但由于放射源（车卜）不够强，信号太弱，无法做出判断．
　　
　　据查德威克回忆，当他读到约里奥?居里报道被辐射的惊人特性的文章时，他把这一看法告诉了卢瑟福．卢瑟福喊道：“我不相信．”卢瑟福的潜意识是认为很可能这里出现了多年想寻找的中子！查德威克立即用准备好的针源和新的探测仪器做了几天紧张的实验．1932年2月17日，查德威克给《自然》杂志写了一篇通讯，题为“中子可能存在”，这时离约里奥?居里夫妇的论文发表不到一个月．接着，查德威克在《英国皇家学会通报》上发表了题为“中子的存在”一文，详细报告了实验结果及理论分析．他首先证明高速质子流并非来自石蜡一类的含氢成分，因为即使不含氢的材料也会产生高速质子流，其中必有蜕变过程．他再用吸收法测质子的能量，测量值约为6.7MeV．根据能量守恒定律推算，被辐射如果是了射线，下光子应具有的能量为55Mev．用同样的被辐射轰击氮，推算氮原子的反冲能量最大为。．朽MeV，但实验得到的数据却是1.2MeV，不满足能量守恒定律．查德威克在论文中写道：“显然，在这些碰撞过程中，我们要么放弃应用能量与动量守恒，要么采用另一个关于辐射本性的假设．如果我们假设这一辐射不是量子辐射（即丫光子），而是质量与质子几乎相等的粒子，所有这些与碰撞有关的困难都会消除．”查德威克进一步用云室方法测定了中子的质量，结果与质子的质量非常接近．再根据质谱仪的数据推算，得到中子质量的精确值为1.0067u.各方面的事实充分证明了中子的的确确存在着．
　　
　　发现中子的意义主要表现在三方面：第一是为核模型理论提供了重要依据，从此核物理学进人了一个崭新的阶段；其次是激发了一系列新课题的研究，引起了一连串的新发现，其中最重要的是人工放射性、慢中子和核裂变；第三是打开了核能实际应用的大门．在研究原子核性质的过程中，人们逐渐知道了核子之间具

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