第一次核反应

第一节　第一次核反应

毛主席说：“你要知道原子的组织同性质，你就得实行物理学和化学的实验，变革原子的情况。”想要研究原子核，就必须来变革原子核，核衰变与核反应是原子核处于变革中的生动体现，我们可以通过它们两者来研究原子核。原子核衰变即某些天然的或者人工制造的放射性元素，由于它是不稳定的，它可以通过放出某种射线而转变为另一种元素或转变到另一种状态去，核反应是指由天然的放射性物质放射出来粒子（通常是指α粒子）或者由各种各样加速器人为地加速各种荷电粒子如质子、氘核、氦核以及氧、氖直到铀核，让它们在电场或者磁场作用下受到力的推动愈跑愈快，以至得到很高能量去轰击被我们选为研究目标的原子核即靶核，使被研究的原子核发生各种各样的变化，如改变状态或者从稳定的状态变成很高的激发状态，通过放出一个或几个核子转变成另外一种原子核。世界上最早实现的核反应是六十年前做的一个实验。

1919年，物理学家卢瑟福做了一个实验：他用一个密闭的容器。然后在容器的右侧开个窗口，用银箔封住，在它外面放一个荧光屏，用一架显微镜对着荧光屏进行观察，在容器中间放一个盒子，在它一面涂有α粒子源。盒子与荧光屏的距离可以改变，由α源发射的α粒子可以被容器内的气体所吸收或被银箔所阻挡。容器的上部装有两个管道活门，一个与抽气机相联，把容器中的空气抽走，另一个待充供实验的气体。当容器充进氧气与二氧化碳时，在外面显微镜观察不到荧光屏上有任何闪光，当容器充进氮气时，却观察到许多闪光，闪光即表示有射线穿过银箔打到荧光屏上。这究竟是什么原因呢？这时卢瑟福量了一下α粒子源与屏的距离是28厘米，α粒子经过这么长的路程，加上银箔的阻挡确是打不到屏上。既然充氧气、二氧化碳时不出现闪光，在充氮气时才发现闪光，这可能是α粒子打在氮原子核上发生了什么反应，才又射出的新粒子，这新的粒子再打到屏上而发出闪光。当时卢瑟福就在这实验装置里加进电磁场偏转方法，测量新的粒子的电荷与质量，确定这个新的粒子是质子，它在空气中的射程可达40厘米。

以后又用α粒子轰击硼、氟、钠、铝和磷，都发现能打出一个质子。可是当α粒子轰击一些重原子核时，却再也不会发现这些现像了，这又是什么道理呢？原来因为整个原子核是带正电荷的，重元素原子核中质子数愈多，即带的正电荷愈多。α粒子也带有两个正电荷，由于静电的同性相斥，就使α粒子接近受击的原子核都发生困难，而且即使它们有机会碰到一起，也由于这时α粒子的动能已被消耗怠净，它没有足够的能量，能从被击核中敲出一个质子或者使受击核整体受到大的扰动，以至于把原子核中其他什么粒子激发出来。但是α粒子对于某些轻原子核如氦、铍、碳、氧……等也不能打出质子来，这又作何解释呢？这是由于这些核结合得很紧密，要打出这些核中的一个质子要花很大的能量。

看来，由天然放射性元素放出的α粒子去轰击其他原子核不是一件容易的事，由于引起真正核反应的原子核是很少很少，它好像是用步枪去射击远离几里路之外的一只苍蝇的眼睛一样，打中的机会很少。怎么办？唯一的办法就是不要吝惜枪弹，每秒钟几千万发、几亿万发的射击，才有希望打中若干个目标。天然的放射性元素每秒钟发射的“枪弹”数量不够多，“枪弹”的能量也不够大，不足以轰击很重的靶原子核，而且天然放射性放射的粒子的种类也很有限，使要实现更为广泛的原子核反应实验受到严重的限制。因此从20世纪30年代以来人们就想方设法去制造一系列各种各样的轰击原子核的“大炮”，要求每秒钟能发射数量达几亿发到万亿发甚至亿亿发的“炮弹”，“炮弹”的能量可达几百万到几千万电子伏特，让我们来看看这些轰击原子核的“大炮”吧。