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1、原子核物理原子核物理导论导论1a一、核物理的研究一、核物理的研究对对象象 绪论绪论 十九世十九世纪纪末，末，对对物物质结质结构的研究：宏构的研究：宏观观微微观观。 原子物理学研究的是原子原子物理学研究的是原子结结构及其运构及其运动规动规律；律；原子核物理研究的是原子核物理研究的是核的核的结结构、性构、性质质及其运及其运动规动规律律。 2a一、核物理的一、核物理的发发展（分三展（分三阶阶段）段）第一第一阶阶段：探索段：探索阶阶段段 1896a1930a 1896年，年，Becquerel（法国）研究（法国）研究铀矿时发现铀矿时发现来自来自核内部的天然放射性核内部的天然放射性现现象；（开端）象；（
2、开端） 1911年，年，卢卢瑟福散射瑟福散射实验实验：用：用 射射线轰击铂线轰击铂，提出，提出原子的核式原子的核式结结构构； 1919年，年，卢卢瑟福等人瑟福等人 +13N 16O+p （第一次人（第一次人工核反工核反应应），），说说明明质质子子是核的是核的组组成成分，成成分，带带“+”电电。 该阶该阶段研制了一系列探段研制了一系列探测仪测仪器，器，发现发现了放射性射了放射性射线对线对某些疾病的某些疾病的治治疗疗作用（核医学）。作用（核医学）。 绪论绪论 3a第二第二阶阶段：形成段：形成阶阶段段 1930a1945a 1932年，年， J.Chadwick（恰德威克）（恰德威克）发现发现中子中
3、子 +9Be 12C+n，由此海森堡和伊万宁柯提出核由，由此海森堡和伊万宁柯提出核由质质子和中子子和中子组组成；成； 1932年，年， C.D.Anderson（安德（安德逊逊）发现发现正正电电子子（由云室中拍（由云室中拍摄摄的正的正电电子径迹照片）；子径迹照片）； 1934年，居里（年，居里（Curie）发现发现用人工方法可以用人工方法可以产产生生放射性放射性 +27Al 30P+n； 1939年，年， Hahn（哈恩）和（哈恩）和Strassmann（斯特拉（斯特拉斯曼）斯曼）发现发现了了铀铀的裂的裂变变； 绪论绪论 4a第三第三阶段：大段：大发展展阶段段 1945a现在在纵纵向：向：主要
4、主要针对针对未未发现发现的或不能解的或不能解释释的事物的事物 横向：横向：核技核技术术的的应应用研究用研究 核武器、核燃料、能源与核武器、核燃料、能源与动动力、力、辐辐射防射防护护及核及核技技术术的其它的其它应应用研究。如用研究。如辐辐射育种、医用射育种、医用 相机、放相机、放射性免疫射性免疫测测定技定技术术、环环境境污污染与保染与保护护、能源开、能源开发发、癌症的癌症的诊诊断与治断与治疗疗、医用器材的、医用器材的辐辐射射杀杀菌、食品菌、食品辐辐射保射保鲜鲜等。等。 绪论绪论 5a核技核技术术在医学中的在医学中的应应用：用： 核技核技术术在医学中的在医学中的应应用，主要包括用，主要包括核技核技
5、术诊术诊断断和和辐辐射治射治疗疗。这这种种应应用又称核医学。用又称核医学。 1936年，哈密年，哈密尔尔顿顿（J.G.Hamilton）观观察察钠钠-24在在人体内的吸收和排泄，开人体内的吸收和排泄，开创创了放射性同位素用于医学了放射性同位素用于医学临临床的床的应应用研究。用研究。 1939年，哈密年，哈密尔尔顿顿、索莱和埃文斯、索莱和埃文斯发发表首篇表首篇应应用用碘碘-131诊诊断病人的断病人的报报告。告。 1942年，赫年，赫尔尔兹兹和哈密和哈密尔尔顿顿第一次用碘第一次用碘-131治治疗疗甲亢取得成功。甲亢取得成功。 绪论绪论 6a 1951年，年，凯凯森等首次制成并使用放射性同位素自森等
6、首次制成并使用放射性同位素自动扫动扫描描仪仪，使人体，使人体脏脏器器扫扫描描显显影技影技术术得到得到发发展。展。 1953年，涅年，涅维维尔尔首先提出核医学（首先提出核医学（Nuclear Medicine）的概念。）的概念。 1957年，世界上第一台医用回旋加速器制成，用年，世界上第一台医用回旋加速器制成，用它生它生产产出一些人体内广泛存在的基本元素的短半衰期出一些人体内广泛存在的基本元素的短半衰期放射性同位素，如碳、氮、氧等，放射性同位素，如碳、氮、氧等，为为生命生命现现象研究、象研究、疾病疾病诊诊断和治断和治疗疗开拓了良好的前景。开拓了良好的前景。 1958年，安格年，安格尔尔研制成功研
7、制成功 照相机，此后由于其照相机，此后由于其普遍使用和普遍使用和计计算机化，促算机化，促进进了核医学的了核医学的发发展。展。 绪论绪论 7a 1959年，叶年，叶罗罗等首等首创创了胰了胰岛岛素放射免疫分析技素放射免疫分析技术术，此后，在体外此后，在体外进进行超微量分析的放射免疫分析法行超微量分析的放射免疫分析法获获得得了迅速了迅速发发展，用放射免疫法可展，用放射免疫法可测测出出300多种物多种物质质，其分，其分析下限析下限为为10-12g。 1975年，达瑞首次建立了放射性核素年，达瑞首次建立了放射性核素发发射式射式计计算算机机处处理断理断层摄层摄影技影技术术（ECT），使核医学），使核医学发
8、发展到物展到物质质代代谢谢、功能和形、功能和形态结态结合起来合起来进进行行观观察研究的新察研究的新阶阶段。段。 绪论绪论 8a9aCT机机10a钴钴-60治治疗疗机机11a历历史回史回顾顾重要人物重要人物l贝贝克勒克勒尔尔(H.Becquerel), 法国物理学家（法国物理学家（1852-1908），），1903年年获获得得诺贝诺贝尔尔奖奖。发现发现了了铀铀(U)放射放射现现象，象，这这是人是人类历类历史上第一史上第一次在次在实验实验室里室里观观察到原子察到原子核核现现象。象。 绪论绪论 12al居里居里(M.Curie) ，法国物理学，法国物理学家（家（1867-1934），波），波兰兰人，
9、人，1903年年获获得得诺贝诺贝尔尔奖奖。发现发现钋钋(Po)和和镭镭(Ra); 她的女儿她的女儿(I.Joliot-Curie, 1897-1956)和女婿和女婿(F. Joliot-Curie, 1900-1958)因因发现发现人工放射人工放射性性获获1934年年诺贝诺贝尔尔奖奖。历历史回史回顾顾重要人物重要人物 绪论绪论 13al卢卢瑟福瑟福 (E.Rutherford)，英英国物理学家国物理学家(1871-1937)，新，新西西兰人，人，1908年年获得得诺贝尔奖。证实证实了了a a 射射线为线为He2+， b b 射射线为电线为电子子； 提出了原子提出了原子的的核式模型核式模型；首次
10、；首次实现实现人工人工核反核反应应；培养了；培养了10名名诺贝诺贝尔尔奖获奖获得者。得者。 + 13N 16O + p 历历史回史回顾顾重要人物重要人物 绪论绪论 14al恰德威克恰德威克(J.Chadwick)，英国物理学家英国物理学家(1891-1974)，1935年因年因发现了了中子中子获获得得诺贝诺贝尔尔奖奖。中子的。中子的发现发现被被认为认为是原子核物理的是原子核物理的诞诞生。生。 + 9Be 12C + n 历历史回史回顾顾重要人物重要人物 绪论绪论 15al费费米米（ E.Fermi ），），意意大利物理学家大利物理学家(1901-1954)，1938年年获得得诺贝尔奖。发明了明
11、了热热中子中子链链式反式反应应堆堆。历历史回史回顾顾重要人物重要人物 绪论绪论 16al穆斯堡穆斯堡尔尔（R.L.Mossbauer，1929-1976）, 德国物理德国物理学家学家。1961年因年因为对 辐辐射的共振吸收的研究和射的共振吸收的研究和发发现现的的Mossbauer效效应应获获诺贝诺贝尔尔物理学物理学奖奖。历历史回史回顾顾重要人物重要人物 绪论绪论 17al李政道李政道、杨杨振宁振宁发现发现了在了在弱相互作用中宇称不弱相互作用中宇称不守恒守恒，并由，并由吴健雄吴健雄的的实验实验所所证实证实。历历史回史回顾顾重要人物重要人物 绪论绪论 18al丁肇中丁肇中，(1936)与与 B.R
12、ichter, (1931)分分别别发现发现J粒子粒子，找到了美，找到了美夸克存在的夸克存在的证证据，据，1976年年获诺贝获诺贝尔尔奖奖。历历史回史回顾顾重要人物重要人物 绪论绪论 19a原原子子弹弹之之父：父：奥奥本本海海默默 绪论绪论 20a历史回顾两弹一星元勋两两弹弹一星？一星？u原指：原子原指：原子弹弹；氢弹氢弹；人造；人造卫卫星星u后引申后引申为为：原子原子弹弹、氢弹氢弹； 导弹导弹； 人造人造卫卫星。星。 绪论绪论 21au王淦昌王淦昌(1907-1998)u核武器研制的主要科学核武器研制的主要科学技技术领导术领导人之一，核武人之一，核武器研究器研究实验实验工作的开拓工作的开拓者
13、。者。u他是中国他是中国惯惯性性约约束核聚束核聚变变研究的奠基者。研究的奠基者。两弹一星元勋 绪论绪论 22au钱钱三三强强(1913-1992)u中国原子能事中国原子能事业业的开拓者和的开拓者和奠基人之一。奠基人之一。u他是中国他是中国惯惯性性约约束核聚束核聚变变研研究的奠基者。究的奠基者。u50年代年代领导领导建成中国第一个建成中国第一个重水型原子反重水型原子反应应堆和第一台堆和第一台回旋加速器，以及一批重要回旋加速器，以及一批重要仪仪器器设备设备。两弹一星元勋 绪论绪论 23au邓邓稼先稼先(1924-1986)u在原子在原子弹弹、氢弹氢弹研究中，研究中，领领导导开展了爆开展了爆轰轰物理
14、、流体力物理、流体力学，状学，状态态方程、中子方程、中子输输运等运等基基础础理理论论研究。研究。u领导领导完成完成原子原子弹弹的理的理论论方案方案，并参与指并参与指导导核核试验试验的爆的爆轰轰模模拟试验拟试验。两弹一星元勋 绪论绪论 24au朱光朱光亚亚(1924-)u1957年从事核反年从事核反应应堆的研究堆的研究工作，跨出了中国自行工作，跨出了中国自行设计设计、建造核反建造核反应应堆的第一步。堆的第一步。u他是中国核武器研制的科学技他是中国核武器研制的科学技术领导术领导人，人，负责负责并并领导领导中国原中国原子子弹弹、氢弹氢弹的研制工作。的研制工作。两弹一星元勋 绪论绪论 25au于于 敏
15、敏(1926-)u在在氢弹氢弹原理突破中解决了原理突破中解决了热热核武器物理中一系列基核武器物理中一系列基础问础问题题，提出了从原理到构形基，提出了从原理到构形基本完整的本完整的设设想，起了关想，起了关键键作作用。用。两弹一星元勋 绪论绪论 26au彭桓武彭桓武(1915-)u领导领导并参加原子并参加原子弹弹、氢弹氢弹的原的原理突破和理突破和战战略核武器的理略核武器的理论论研研究、究、设计设计工作。工作。u在中子物理、在中子物理、辐辐射流体力学、射流体力学、凝聚凝聚态态物理、爆物理、爆轰轰物理等多种物理等多种学科学科领领域取得了域取得了对实对实践有重要践有重要指指导导意意义义的一系列理的一系列
16、理论论成果。成果。两弹一星元勋 绪论绪论 27au程开甲程开甲(1918-)u我国第一我国第一颗颗原子原子弹弹研制的开拓研制的开拓者之一，我国核武器者之一，我国核武器试验试验事事业业的的创创始人之一。始人之一。u在国内第一个在国内第一个计计算出原子算出原子弹弹爆爆炸的炸的弹弹心温度和心温度和压压力，其内爆力，其内爆机理研究解决了原子机理研究解决了原子弹弹的关的关键键问题问题。两弹一星元勋 绪论绪论 28au周光召周光召(1929-)u为为我国第一我国第一颗颗原子原子弹弹、氢弹氢弹的研制成功作出了重大的研制成功作出了重大贡贡献。献。u在理在理论论物理的各主要物理的各主要领领域都域都有有过过杰出的
17、杰出的创创造性成果。造性成果。两弹一星元勋 绪论绪论 29au陈陈能能宽宽(1923-)u金属物理学家金属物理学家u在我国第一在我国第一颗颗原子原子弹弹、氢弹氢弹及及核武器的核武器的发发展研制工作中，主展研制工作中，主要要领导组织领导组织了核装置爆了核装置爆轰轰物理、物理、炸炸药药和装和装药药物理化学、特殊材物理化学、特殊材料及冶金、料及冶金、实验实验核物理等学科核物理等学科领领域的研究工作。域的研究工作。两弹一星元勋 绪论绪论 30au郭永郭永怀怀(1909-1968)u空气空气动动力学家力学家u在我国原子在我国原子弹弹、氢弹氢弹的研制工的研制工作中作中领导领导和和组织组织爆爆轰轰力学、高力
18、学、高压压物物态态方程、空气方程、空气动动力学、力学、飞飞行力学、行力学、结结构力学和武器构力学和武器环环境境实验实验科学等研究工作，解决了科学等研究工作，解决了一系列重大一系列重大问题问题。两弹一星元勋 绪论绪论 31al 1896：H.Becquerel发现发现了了铀铀(U)放射放射现现象象;l 1897：P.&M.Curie发现钋发现钋(Po)和和镭镭(Ra);l 1899：卢瑟福瑟福发现a a , b b 射射线线；l 1900：维维拉德拉德发现发现 射射线线;l 1903：卢瑟福瑟福证实a a 射射线为线为He2+， b b 射射线为电线为电子；子；l 1911：卢瑟福提出原子的核式
19、模型；瑟福提出原子的核式模型；l 1919：卢瑟福首次瑟福首次实现人工核反人工核反应，发现了了质子。子。历历史回史回顾顾重要事件重要事件 绪论绪论 32al 1932：J.Chadwick发现发现了中子了中子;l 1934：F.&I.Joliot-Curie发现发现人工放射性；人工放射性；l 1939：O.Hahn等人等人发现重核裂重核裂变；l 1939：N.Bohr等提出液滴模型等提出液滴模型;l 1942：E.Fermi发发明明热热中子中子链链式反式反应应堆；堆；l 1945：原子：原子弹试弹试爆成功，并在广爆成功，并在广岛岛上空爆炸；上空爆炸；l 1952：氢弹试氢弹试爆成功。爆成功。历
20、历史回史回顾顾重要事件重要事件 绪论绪论 33al 1958：我国建成第一座重水型原子反：我国建成第一座重水型原子反应应堆堆;l 1964：我国第一：我国第一颗颗原子原子弹试弹试爆成功；爆成功；(10.16)l 1967：我国第一：我国第一颗氢弹试爆成功；爆成功；(6.17)l 1969：我国首次成功地下核：我国首次成功地下核实验；l 1984：我国受控：我国受控热核聚核聚变实验装置装置顺利启利启动；l 1988：北京正：北京正负电子子对撞机首次撞机首次对撞成功；撞成功；l 1991：秦山核：秦山核电站站发电成功成功; 历历史回史回顾顾重要事件重要事件 绪论绪论 34al“小玩意儿小玩意儿”钚
21、钚装装药药重重6.1千克，千克，TNT当量当量2.2万万吨，吨，试验试验中中产产生了上千万度的高温和数百生了上千万度的高温和数百亿亿个个大气大气压压，致使一座，致使一座30米高的米高的铁铁塔被熔化塔被熔化为为气体，气体，并在地面上形成一个巨大的并在地面上形成一个巨大的弹弹坑。坑。l在半径在半径为为400米的范米的范围围内，沙石被熔化成了黄内，沙石被熔化成了黄绿绿色的玻璃状物色的玻璃状物质质，半径，半径为为1600米的范米的范围围内，内，所有的所有的动动物全部死亡。物全部死亡。l“原子原子弹弹之父之父” 奥本海默在核爆奥本海默在核爆观测观测站里感到十站里感到十分震惊，他想起了印度一首古分震惊，他
22、想起了印度一首古诗诗：“漫天奇光异漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争其争辉辉。我是死神，我是世界的。我是死神，我是世界的毁毁灭灭者者。”历历史回史回顾顾原子原子弹弹 绪论绪论 35al在在长长崎投崎投掷掷的原子的原子弹弹爆炸后形成的蘑爆炸后形成的蘑菇状云菇状云团团，爆炸，爆炸产产生的气流、烟生的气流、烟尘尘直直冲云天，高达冲云天，高达12英里多。英里多。l美国原子美国原子弹弹突突袭袭广广岛岛和和长长崎崎造成了巨造成了巨大的大的毁毁伤伤。广。广岛岛市区市区80%的建筑化的建筑化为为灰烬，灰烬，64000人人丧丧生，生，72000人受人受
23、伤伤，伤伤亡亡总总人数占全市人数占全市总总人口的人口的53%。长长崎市崎市60%的建筑物被摧的建筑物被摧毁毁，伤伤亡亡86000人，占全市人，占全市总总人口的人口的37%。历历史回史回顾顾原子原子弹弹 绪论绪论 36a中国第一中国第一颗颗原子原子弹弹爆炸蘑菇云爆炸蘑菇云发发展展图图1964年年10月月16日日历历史回史回顾顾原子原子弹弹 绪论绪论 37a中国第一中国第一颗氢弹颗氢弹爆炸蘑菇云爆炸蘑菇云38a 从第一从第一颗颗原子原子弹弹到第一到第一颗氢弹试颗氢弹试爆成功，爆成功，美国美国人走人走过艰难过艰难的的7年零年零4个月个月，苏联苏联人用了人用了4年年，英国英国人用了人用了4年零年零7个月个月，法国法国人更是人更是经过经过8年零年零6个月个月才修得正果，而才修得正果，而中国中国人只用人只用了惊人的短短了惊人的短短2年零年零8个月个月时间时间，这这是中国人是中国人创创造的奇迹！造的奇迹！返回主目录 绪论绪论 39a
