核科学基本原理

放射性概述 1.1 放射性发展简史 刚刚过去的十年是物理科学界硕果累累的十年。在这期间，*引人注目和*具重大意义的新发现接连不断地涌现。这些新的发现使我们的科学知识得以扩展至更广阔和更深远的天地，尽管它们来自不同的领域，然而经过仔细考察后会发现，这些看似不同领域的研究之间都存在着密切的联系，每一个新发现都为下一个发现提供了必要的激励与启发，并成为下一个新发现的起点。 新发现的脚步是如此之快，甚至那些直接参与研究的科学家们也很难即刻把握所披露事实的全部意义。这种状况在放射性科学领域更是如此。在这个领域中观察到的现象十分复杂，而这些现象的运行规律又非同寻常，以至有必要引入新的概念才能对有关现象加以解释。 物理科学发展的新纪元开始于1895年伦琴发现X射线和P.〖WTBX〗勒勒纳德的阴极射线实验。当时，X射线奇特的性质立即引起了科学界的注意，并导致一系列相关研究的开展，目的不仅是为了考察射线本身的性质，也是为了揭示射线的真正本质和起源。 为了弄清楚X射线到底是什么，科学家们对真空管中产生的阴极射线进行了更加密切仔细的研究，因为据观察发现，这些阴极射线在某种方式上与X射线的发射有着某种紧密联系。1897年，约瑟夫·约翰·汤姆逊*终成功证明，阴极射线是由一连串携带负电荷并以巨大速度运动的粒子组成。这些粒子的表观质量仅是氢原子的千分之一，因此，这些粒子是科学上已知的*小物体。这些粒子被称为“微粒子”或者“电子”，显然，它们是所有物质构成的一部分，也是不可再分的*小原子组成部分。 电子假说的提出带来了极其丰厚的回报，这样的假说极大改变或者更确切地说是延伸了以前提出的物质构成概念。它为物理科学打开了十分广阔的研究领域，可谓是为科学研究提供了一台显微镜，可以通过这台显微镜去考察化学家眼中的原子结构。 J.J.汤姆逊通过数学模型考察了由若干旋转电子组成的模型原子的稳定性，结果显示，这些模型原子会以一种绝妙的方式模拟化学原子的某些根本性质。 阴极射线具有微粒子特征的有关证据说明，X射线的本质和起源可能是阴极射线。G.斯托克斯、J.J.汤姆逊和J.韦查特分别独立提出阴极射线是X射线的母体。阴极电子流中电子运动的突然终止会导致产生强烈的电磁干扰，该电磁干扰从受影响点起以光速向外传出。从这个观点可以得出结论：X射线是由若干不连贯的电磁波组成，电磁波彼此接连不断地快速传播但没有固定的秩序。X射线在某些方面与极短的远紫外光相似却又有不同，因为X射线电磁波没有周期性。如果X射线电磁波宽度小于原子的直径，则根据上述理论可以得出：X射线具有穿透力，不具有直接反射、折射或极化作用这些特点。 对于这些X射线电磁波的本质和性质，J.J.汤姆逊1在1903年的西利曼讲座中已给出令人钦佩而简洁的解释。 同一时期，科学家们还对X射线的另一个非凡性质进行了仔细的检验。当X射线通过一种气体后会赋予该气体一种新能力，也就是使带电体快速放电的能力。可根据以下假设对这个现象进行圆满解释：X射线可使电中性气体形成若干带正电和带负电的载体或离子。2针对X射线这一特性进行的研究大致有两条截然不同的路线，一条是电学方向上的，另一个是光学方向上的。C.T.R.威尔逊3研究发现，在一定条件下气体经X射线作用而产生的离子会成为水分子在其上发生凝结的微核。这样每一个离子便成为可见的带电小水球的中心，而带电水球在电场中产生运动。这些实验异常卓越地验证了电离理论的根本正确性，清晰地提出了电荷载体的不连续性或原子性结构。 对离子在气体中扩散进行大量研究所得到的结果使得J.S.汤森4推断出一个重要事实，即气体离子携带的电荷在所有情况下均是相同的，且等于水电解产生的氢原子所携带的电荷。J.J.汤姆逊 5将电学方法和光学方法结合起来，求得了离子携带电荷的实际数值。 这个重要物理单位的测定可让我们计算出经电离剂作用后任意体积的空气中存在的离子数目。除此之外，从测得的离子电荷数值还得到了迄今为止一个*准确的重要推算，即在标准大气压和标准温度下，单位体积的任何气体中存在的分子的总数目。同时，以后会看到这个完全基于实验室数据而得出的数值对放射性科学中各种物理量的量级估算具有极其重要的价值。 气体的电离理论成功地应用于解释火焰和加热蒸汽的传导性能，以及用于阐明通过真空管放电这样的复杂现象。对气体电离理论这一影响深远的物理领域的有关探究，其开端和发展均归功于剑桥卡文迪什实验室的J.J.汤姆逊教授和他的学生们。