原子能与相对论的质能方程无关

五、原子能与质能方程无关

(一)原子论

人类是思维的高级生物,总要探索宇宙万物的起因和组成。古代希腊人把气、水、火、土并列为世界的四种基本物质元素。我国古代的五行学说认为,万物是由金、木、水、火、土五种基本元素组成的。这种物质由几种元素组成说后来被一种基本元素组成说所代替,一种元素组成也有多种说法,但最有价值的是原子说。其中的代表说法是古代德谟克利特的原子论和近代道尔顿的原子论

古代(大约公元前450年)德谟克利特的原子论认为:

一切物质都由原子组成,原子是最小的物质微粒,是不可再分的;不同原子无质的区别而只有大小、形状的差异;无数的原子在无限的虚空中运行;原子永恒地存在,且没有起因。原子一词就是德谟克利特创造的。

近代(1804年)道尔顿的原子论认为:

物质的元素是由非常微小的、不可再分的原子组成,原子是不可改变的并保持自己的独特性质;同一元素的所有原子的质量和性质相同,不同元素的原子质量和性质不同;不同元素化合时,只有以整数比例的元素的原子相结合时,才会发生化合,在化学反应中,原子仅仅是重新排列,而不会创生或消失。

德谟克利特的原子论是哲学意义的理论。道尔顿的原子论是科学意义的理论,也叫做原子模型。随着科学研究对原子认识的进步,以后又有行星结构模型、中性模型、实心带电球模型、土星模型、葡萄干蛋糕模型等多种理论,但最终以卢瑟福的太阳系原子模型,玻尔氢原子能级原子模型被认可。

(二)认识原子

理论的猜想要靠大量可重复的实验验证。从道尔顿科学意义的原子论,到实验确认原子的存在及结构经过很长时期。关于原子的猜想远在发现原子之前,但没有人认为是有了原子论才有原子的研究或原子论为原子研究打下了理论基础。

1897年,汤姆逊发现电子。汤姆逊发现,阴极射线(1869年希托夫发现真空管内金属电极在通电时其阴极能发出射线)是一种粒子流,一个粒子的质量只有氢离子的千分之一。汤姆逊将其命名电子。电子是从阴极内释放出来的,而这种阴极则是由金属原子组成,可见电子是从原子中放出来的。

1909年,卢瑟福在用氦离子轰击金箔的实验中得出结论:原子中大部分质量和正电荷都集中在位于原子中心的原子核当中,电子则像行星围绕太阳一样围绕着原子核。

1913年,索迪在对放射性衰变产物的实验中,发现对于元素周期表中的每个位置,往往存在着不只一种质量数的原子。在这之前,有人创造了同位素一词,来表示同一种元素中不同种类的原子。

1919年,卢瑟福发现质子。他在1920年还猜测可能有一种电中性的粒子。卢瑟福用加速了的高能α粒子轰击氮原子,结果发现有质子从氮原子核中被打出,而氮原子也变成了氧原子。

1932年,查得威克发现中子。在1930年,有人做α射线轰击铍-9时,产生一种电中性,拥有极强穿透力的射线,最初被认为是γ射线;同在1932年,居里夫妇首先发现这种射线能从石蜡中打出这种粒子,但误认为是质子。

至此,人类对原子的认识基本完成。原子是由质子、中子和电子构成的。原子核是由质子和中子构成的。最简单的氢原子核只有一个质子,原子核中的质子数(即原子序数)决定了这个原子属于何种元素,质子数和中子数之和称该原子的质量数。

(三)发现原子能

1、放射性

发现原子中有能量,是从发现原子的放射性开始。

1896年,贝克勒尔发现了放射性。这一发观与前一年伦琴发现X射线密切有关。 在X射线发现不久,贝克勒尔为检验荧光物质能否放出X射线而发现了铀元素的放射性。

1897年,玛丽。居里开始致力于放射性研究工作。她认为铀不一定是唯一能放出射线的元素,并且很快在当时己知的一些元素中,发现了“钍”也可发射类似于铀放射的射线,强度也相近。

1898年,居里夫人和丈夫皮埃尔·居里先后发现了在沥青铀矿物中还有两种未知的放射性元素。居里夫人称第一种元素为钋;第二种元素被称为镭。“放射性”一词,也是由居里夫人首创。

放射性发现后不久,在许多人的共同努力下,发现了各种放射性元素所放出的射线中共有α、β和γ三种射线。其中α射线是氦原子核(又称α粒子);β射线是带负电荷的电子流;γ射线是电中性的波长最短的电磁辐射,与可见光与X射线同属电磁波。γ射线贯穿力特别强,是一种能量高的电磁辐射,

放射性元素放出这三种射线的过程,分别称为α衰变、β衰变和γ衰变。一种放射性元素或者发射α射线或者发射β射线。发射α射线的元素变成周期表中居于前两位的元素,其质量减少4(因放射出氦原子核);发射β射线的变成周期表中居于下一位的元素,质量不变。伴随着α或β衰变,常常会放射出γ射线,γ射线不会引起元素在周期表上位置的变化,只是释放该元素原子内部的能量。

2、核裂变及聚变

核裂变按分裂的方式可分为自发裂变和感生裂变。自发裂变是没有外部作用时的裂变,直白地说裂变物质达到一定质量时就会发生核反应。原子弹原理就是将单体小于临界质量隔离开的多块铀用炸药爆炸合并到一起,使整体大于临界质量而产生核能爆发。

1934年,费米等人用中子照射铀,企图使铀核俘获中子,再经过β衰变得到原子序数大于铀的超铀元素。以后几年许多人做了这种实验,然而不同的研究者得到了不同的结果,有人说发现了超铀元素,有人却说得到了原子序数小于铀的镭和锕。

1938年,哈恩和斯特拉斯曼做化学实验来鉴别这些放射性产物,结论是所谓的镭和锕实际上是原子量远比它们小的镧和钡。哈恩请教先前的合作者梅特涅。梅特涅分析试验结果后指出:质子的增加使铀原子核变得很不稳定,从而发生分裂。以后哈恩经过多次试验验证,终于肯定了这种反应就是铀的裂变。

1940年,彼得扎克和弗廖罗夫观察到铀核会自行发生裂变,从而发现了原子核的自发裂变。

1942年,美国科学家在研制原子弹的过程中,推断原子弹爆炸提供的能量有可能点燃轻核,引起聚变反应,并想以此来制造一种威力比原子弹更大的超级炸弹。1952年,美国进行了世界上首次氢弹试验。

同年玻尔和惠勒系统地研究了原子核的裂变过程,为裂变理论的打下基础。以后又经过许多科学家的努力,直到1967年才比较完善但还不能说已彻底解决核裂变理论。

从发现放射性到利用原子能,经过近50年时间,经过无数科技人员的努力,上面提到的人是科学家的代表人物,是真正的科学巨匠。若说他们的成就是因为有了质能方程作理论基础或为了验证质能方程而研究,那是对他们的英名和业绩的亵渎和轻蔑。

猜你感兴趣

更多 >>

评论

评 论

更多精彩内容

热门图集