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【科技史上的今天】原子物理的关键进展  

2014-08-13 11:30:11|  分类: 科技史上的今天 |  标签: |举报 |字号 订阅

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111年前的今天,1903年8月13日,两位化学家发现了“α粒子就是氦离子”的关键线索。这个发现帮助解开了原子结构的秘密,为核能的发展铺平了道路。

这一天,1903年8月13日,英国化学家威廉·拉姆塞(William Ramsay)和弗雷德里克·索迪(Frederick Soddy )在《自然》杂志上发表文章,称氦气是由镭的放射性衰变而产生。不过,当时他们并没有解释,一种化学元素如何能从另一种元素中发射出来。

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 拉姆塞和索迪分别获得了1904年和1921年的诺贝尔奖

这两位科学家相继获得了诺贝尔化学奖。1904年,拉姆塞因发现氦、氖、氩、氙、氡等气态惰性元素而获得诺贝尔化学奖。1921年,索迪因其对镭和铀等放射性元素的化学性质的研究而获得诺贝尔化学奖。

【发现】
1894年,拉姆塞在伦敦与瑞利勋爵(Lord Rayleigh)一起工作,从空气中提取并发现了氩气。一年之后,他与莫里斯·特拉弗里( Morris Travers)一起发现,加热某些铀矿物时,会产生氦气。

当时,氦对人们来说,仅是太阳光谱上的一条黄线,人们认为这种元素只有太阳上才有,它也因此获得了希腊神话中太阳神的名字。而拉姆塞和特拉弗里发现,氦在地球上也存在。在辛苦的工作中,两人还发现了极少量的其他惰性气体——氖气、氙气和氪气——与氩气一起混合在空气中。

1902年,索迪与欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)一起在蒙特利尔工作。他们发现,放射性元素钍会产生氩气。他们开始疑惑,铀矿中的氦气,是否与铀的放射性有关呢?

1903年春天,索迪开始与拉姆塞一起工作——这一年,正好居里夫妇赢得了诺贝尔物理学奖,这对夫妇发现了发光的放射性元素镭。“我们立刻开始研究镭的射气”,拉姆塞写道。他们花了8天时间收集气体,最终发现了与太阳光中的氦相同的光谱特征。


【后续】
直到1908年,卢瑟福才确认,α射线与拉姆塞和索迪发现的镭射气是同一种东西:带正电荷的氦原子核。那一年,卢瑟福获得了诺贝尔化学奖——在原子科学的早期,实在是很难划分物理和化学的界限。

镭在放射性衰变过程中会释放出三种射线:α射线、β射线和γ射线。其中α射线的穿透力最弱,γ射线的穿透力最强。卢瑟福意识到,α粒子来自放射性元素(镭和钍等)衰变的原子核。

1903年,他和索迪估算了这种衰变中释放出来的能量,发现它非常巨大:比当时已知的任何爆炸都大“至少2万倍,可能上百万倍”,他们写道。卢瑟福开玩笑说,如果这种原子中的能量被人类掌握,那么“实验室里的一个傻蛋都可能不小心把整个宇宙炸没了”。

1907年,通过用α粒子轰击薄金箔的实验,卢瑟福和他曼彻斯特大学的同事们推断,原子中大部分空间都是空空如也,只在中心地带有一个微小但非常致密的核心。

今天,科学家们正在尝试的实验,与拉姆塞、索迪和卢瑟福恰恰相反。拉姆塞他们试图瓦解原子核,而今天的科学家们则试图用亚原子粒子和原子核彼此轰击,希望它们能组合在一起,产生新的元素。


编译自:Nature

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