原子核物理学史论文

核物理是研究射线束的产生、探测和分析技术;以及同核能、核技术应用有关的物理问题。下面我给大家分享一些核物理学术论文，大家快来跟我一起欣赏吧。

激光核物理

摘 要 在最近十年,激光技术有了长足的进展,激光的强度超过了1022W/cm2, 激光的电场达到~4×1012V/cm.当这种高强度的激光照射在靶上时,可以产生许多由激光产生的核反应现象.在这篇 文章 中,作者回顾了这一领域的 研究 进展,并对在不远的未来激光产生 电子 ?质子?中子?X射线和正电子 发展 的潜力进行了一些讨论.

关键词 啁啾脉冲放大,粒子云,正电子发射层析术,库仑爆炸

1 什么是

最近十年中,激光技术有了显著的进展,激光强度已超过1022W/cm2,激光的电场强度达到;1012V/cm,比氢原子中电子玻尔轨道上的库仑场大759倍,相当于在原子大小上相应加上约40kV的电压,在原子核大小上相应加上约的电压,在这种很强的电场作用下,所有的原子都会在极短的时间内被电离,产生从几个MeV到几百MeV的质子,几十MeV到GeV的电子和其他粒子,以及韧致辐射和中子,这些粒子可以产生核反应,打开了核物理以及非线性相对论光学研究的新领域[1—3].

在今后的十年中,激光强度可能会提高到1026—1028W/cm2,这样高强度的激光可以将粒子加速到1012—1015eV,并将成为研究粒子物理?引力物理?非线性场论?超高压物理?天体物理和宇宙线研究中的一个有力工具[1].

超高功率超短脉冲激光技术的发展,在实验室中创造了前所未有的极端物态条件,如高电场?强磁场?高能量密度?高光压和高的电子抖动能量?高的电子加速度,这种极端的物理条件, 目前 只有在核爆中心?恒星内部?星洞边缘才能存在,在它和物质的相互作用中,产生了高度的非线性和相对论效应,产生了崭新的物 理学 领域,也为多个交叉学科前沿研究领域带来了 历史 性的机遇和拓展的空间.

2 国内外研究现状

当前国际上已经在一些实验室中建立了几十TW到几个PW的激光系统,在上世纪80年代中期,以前激光的强度长期停留在1014W/cm2左右,这是由于非线性吸收效应随着激光强度的增加而迅速增强,在80年代中期之后,由于采用了啁啾脉冲放大技术(chirped pulse amplification, CPA),激光强度提高了6—7个数量级,在CPA技术中,一个飞秒或皮秒的脉冲通过色散的光栅对在时间尺度将它展宽了3—4个数量级,这样就避免了放大器的饱和以及在很高强度时由于非线性效应产生的光学放大器件的损伤,在经过放大以后,再由另一光栅对将脉冲宽度压缩回到飞秒或皮秒宽度,以获得1019W/cm2到1022W/cm2的靶上功率密度.CPA超短脉冲TW的激光装置在法国光学 应用 研究所?瑞典Lund大学?德国Mark-Plank研究所?德国Jena大学?日本JAERI和 中国 工程物理研究院?中科院上海光学精密机械研究所?中科院物理研究所?中国原子能 科学 研究院等都建有.日本原子能研究所采用变形镜和CPA相结合的技术,运用低f值的抛物面镜,将激光聚焦于1μm的斑点,可以进一步提高焦斑上的功率密度,但是由于放大介质的单位面积上的饱和能量通量和光学元件的损伤阈值的限制,单位面积上最大的光强度?I??th?=hν3σΔν?ac2?,这个数值约为10?23?W/cm2.美国LLNL正在计划建造10?18?W(exawatt)和10?21?W(zettawatt)的激光装置,以期获得1026W/cm2 —1028W/cm2的靶上功率密度.

高强度的激光可以引起许多核反应,当激光强度I>10?18?W/cm2时,在激光电场做抖动的电子能量达到,产生了相对论等离子体.运用强激光在等离子体中产生的尾场去加速电子,如用一台紧凑型的重复频率的激光器可以产生200MeV的电子.这种激光等离子体型的加速器具有比通常电子加速器高出1000倍的加速梯度,即达到GV/m.运用高强度?单次脉冲的激光也获得了100MeV的电子,并测量到它的韧致辐射.超短超强激光还可以产生质子束,并开始运用这些质子束产生正电子发射层析术(positron emission tomography,PET)所需要的短寿命的正电子放射源,一种用激光来产生的小型化的和 经济 的质子产生器有望在未来用于质子治癌.运用超短超强激光直接产生正电子已在英国卢瑟福实验室开展,他们用重复频率的TW级的激光,打在高Z元素的靶上得到每脉冲2×107个正电子,它对于基础研究和材料科学很有用途.通过超短超强激光和氘团簇的相互作用,产生聚变反应的中子,其中子产额可以达到105中子/焦耳,激光产生中子的能量效率已达到世界上大型的激光装置的水平,它可以成为台面的中子源,由于其中子脉冲通量高,但总的中子剂量很小,适合于生物活体的中子照相和材料科学的研究.运用超短超强激光和氘化聚乙烯作用产生中子,Hilsher等人用钛宝石激光(300mJ, 50fs, 10Hz, 10?18?W/cm2) 轰击氘化聚乙烯靶,产生104中子/脉冲.运用超短超强的激光在相对论性的电子上的散射,产生几百飞秒?几十埃的硬X射线,可以用来研究材料和生命科学的一些 问题 ,这种超快的硬X射线源对于研究一些高Z物质和时间分辨的超快现象具有重要的意义.超短超强激光所产生的高能电子,在物质中产生高能X射线,可以在裂变物质铀中引起裂变,并在裂变靶中探测到许多裂变产物.在激光的强度达到1028W/cm2时,电场强度只比Schwinger场(真空击穿场强)低一个数量级,在这样的场中,由于真空的涨落被激发,激光就有可能从真空中产生正负电子对,美国Lawrence Berkerly实验室在SLAC高能加速器上,用10?18?W/cm2的激光束和聚焦性能很好的的电子束相碰撞,产生了200多个正负电子对,这是由于在反向相碰的电子和激光中,从电子的坐标系来看,激光的场强增强了Lorentz因子倍,以至于可以远远地超过Schwinger场值,直接从真空中产生一些电子对.

3 新的科学研究的 内容 ,新的交叉点

激光产生高能电子[4—7]

产生高能电子的机制有两种:第一种是在激光场作用下,电子做抖动运动,在激光强度I=10?20?W/cm2时,电子抖动运动能量能达到10MeV;第二种是由非线性效应所产生的能量比较高的部分.用300J,的激光照射在厚的金靶上,测量到的电子能谱分布基本上由两个部分组成:一部分是由有质动力产生的,它的能量在20—30MeV以下,还有一部分就是由非线性效应产生的几十MeV以至100MeV以上的高能量的电子,并和粒子云(particle in cell,PIC) 的 计算 结果符合,目前加速电子最高能量已达1GeV.能散度可达3% .

当激光的强度增加时,光波的压力变得很大,光压推着电子往前走,光波就像一个光子耙将等离子体中的电子推到脉冲的前面积累,形成电子的“雪耙”(snow plow) ,在这种“雪耙”加速中,电子的动能得到增益.在综合了光压作用和激光场的作用后,计算得到在激光强度为I=1026W/cm2时,加速梯度可达200TeV/cm,如果加速长度达到1m,电子能量为2×10?16?eV,在I=1028W/cm2时,加速梯度可达2peV/cm,加速长度为1m时,电子能量为2×10?17?eV,可以用来研究高能物理中的许多问题.

激光产生质子束[8,9]

在激光等离子体中,在I=10?20?W/cm2的情况下,加速质子的能量可以高达58MeV.加速梯度约为1MV/μm.质子被加速的距离只有60μm左右,如何增长加速距离成为非常重要的研究内容,加速质子的机制是相当复杂的,也提出了一些加速模型的设想.实验上的研究结果已显示它存在很好的应用前景.这表现在:

(1) 激光能量转换成质子束能量的效率是高的,而且和激光的能量有关,在激光脉冲能量为10J?宽度为100fs时,转换效率为1%,当500J?500fs时,转换效率为10%,人们已经获得了10?13?质子/脉冲,质子脉冲宽度约1ps,相当于10?25?质子/秒,即?;?106A的脉冲质子流.

从 理论 到实验应该研究如何进一步提高能量转换效率的问题,尤其是当激光能量进一步提高时,转换效率是否还继续上升.

(2) 质子束的发散角比较小,观察到的横向发散角为;mrad,比通常加速器上加速的质子束的发散角小.

(3) 高能质子束的获得可能会在今后的十年中实现,按照Bulanov等人的计算结果,在I=10?23?W/cm2时,质子可以被加速到1GeV以上,在I=1026W/cm2和1028W/cm2时,质子能量可以达到100GeV和 10TeV.

(4) 目前已获得几十MeV的质子束,并已用于为PET产生?18?F等短寿命的正电子源,在英国Rutherford实验室的Vulcan装置上,在20分钟内制备了109Bq的?18?F源,已经可以用在PET上.

(5) 产生200MeV的质子,并用于质子治癌,由于它在能量沉积上的优越性能,以及整个装置可以做得小,成本低,所以在治癌应用上很有发展前景,并可应用于中子照相.目前由激光加速产生的质子的能量分散度为17%.治癌应用要求能散度≤3%左右,因此减少能散度的工作在一些实验室正在进行中.

激光产生中子[10,11]

超短超强激光加热氘团簇产生核聚变,已经产生了104中子/脉冲或105中子/焦耳,从激光的能量转换成中子的效率看,和美国LLNL上的大型激光器NOVA上的每焦耳激光的中子产额相当,比日本大阪大学的大型激光装置Gekko 12上的数值大一个数量级,因此是一种很有 发展 前景的桌面台式的中子发生器,因为这种中子源的时间宽度只有1ps,是一个高中子通量的中子源,可用于材料 科学 和中子照相.

氘的团簇在吸收激光能量后要发生库仑爆炸,应该说到现在为止对于库仑爆炸的机理理解尚不非常清楚,尤其是团簇爆炸后产生的氘分子和氘的小团簇如何产生氘-氘的聚变反应也缺乏细致的了解,在进一步的改进方面,还有发展的余地,例如,如何采用多束的超短超强激光同时照射团簇,或用大于50T的脉冲磁场去推迟热等离子体的解体时间,以增加中子产额.

利用超短超强激光和氘化聚乙烯作用来产生中子,Hilsher等人用钛宝石激光(300mJ,50fs,10Hz,10?18?W/cm2)轰击氘化聚乙烯靶也产生了104中子/脉冲,大约每焦耳的激光产生;104中子.Disdier等人用20J,400fs,5×1014W的激光辐照CD?2靶,获得107中子,每焦耳激光产生了;105中子,这是很高的中子产额,他们还要用500J,500fs,1pW的激光照射CD?2,以获得更多的中子.

在激光辐照CD?2平面靶时,除了要 研究 激光能量在CD?2靶上的能量沉积的分布外,如何充分地利用沉积的能量是一个很重要的 问题 .沉积的能量有很大一部分要转变成等离子体的动能,在平面靶的情况下,如何设计靶面形状,以最大限度地使等离子体的动能对D-D反应做贡献.

激光产生硬的超短(~100fs)X射线[12]

用超短超强激光(50mJ,)和50MeV的 电子 束散射可以产生4nm,300fs的硬X射线,虽然转换效率不高,但产生的X射线强度可以在Si表面产生衍射峰,可以用来研究Si表 面相 变过程(从固相→熔化过程)的时间分辨的研究,也可以研究蛋白质折叠动力学,蛋白质的折叠时间为1ns,用300fs的硬X射线可用来了解它的折叠过程中的状态.

激光产生正电子[13,14]

将具有几个MeV的电子,经过很好地准直后,射到一个高Z的靶上,通过Trident过程(Z+e-→Z′+2e-+e+)和Bethe-HEitler过程(Z+r→Z′+e-+e++r′)产生正电子,采用重复频率的超短超强激光和高Z靶的相互作用,每脉冲可以产生2×107个正电子,经过慢化后,储存在磁场中,它对于基础科学和材料科学的研究是很有用的.

4 主要存在的问题和 分析

这门新兴的交叉学科在国际上也只有十多年的 历史 ,但发展十分迅速,搞激光技术和原子核物理的科学家们已经开始在一起召开学术研讨会,共同参加一些实验,由于它是一个新的生长点,发展比较快,也比较容易发现一些新现象,所以合作的积极性也在日益增长.随着超短超强激光技术的发展,在粒子加速?核物理?甚至粒子物理方面可以做出一些很好的工作来.我国发展的情况有些滞后,学科之间的交叉和合作还没有真正形成,学科之间的了解和交流还不够,因此只在交叉学科的边缘上做了一些工作,按照我国在激光技术和核物理方面的力量来说,都应该有可能做出更多更好的工作. 目前 具有超短超强激光装置的研究单位并不少,但将它们运行好,做出好的物理工作的成果并不多.

国内的情况也和国际上相似存在着一个问题,即搞强激光技术的专家和搞核物理和粒子物理专家之间的交流?讨论不够,这就会 影响 这一交叉学科的发展.

从强场物理到超短超强激光技术,到 应用 于各个领域,在世界上是基础科学和技术进步相互推动,相互作用的一个范例,基础研究的需求,以及光学科学的基础,非线性科学的基础,促进了超短超强激光技术的发展,而高强度激光的发展又为物 理学 的发展提供一个崭新的世界.

参考 文献

[1] Tajima T, Mourou G. Physical Review Special Topics\|Accelerators and Beams, 2002, 5:037301

[2] Mourou G, Tajima T, Bulanov S V. Reviews of Modern Physics, 2006, 78: 309

[3] Lee mans W P et al. Nature Physics, 2006, 2: 696

[4] Thomas Katsouleas. Nature, 2004, 431: 515

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[10] Perkins L J et al. Nuclear Fusion,2000, 40:1

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[14] Gahn C et al. Phys. Rev. Lett., 1999, 83 :4772

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20世纪初，当著名的科学家爱因斯坦首创了核动力公式后，到了30年代，意大利的费米，英国的詹姆斯·查德威克，德国的哈恩、施特劳斯等科学家均在原子物理的研究中发现，1克重的铀产生裂变后其能量相当于燃烧3吨煤或200升汽油所放出的能量，所产生的爆炸力将是巨大和惊人的。人类自此进入了崭新的“核工业”时代。一、德国人捷足先登，核武器研发动手很快。 然而，就在科学界这一惊人的发现感到欣喜的时候，德军最高统帅部也对此发现表现出了极大的兴趣。他们认为：如果应用到未来的战争中，制造“超级武器”，称霸全世界的梦想指日可待。说干就干，1939年4月，6名原子物理学家被召集到柏林，当然这个会议是在保密的情况下进行的，会议就一个议题，就是如何开发原子能的应用，研制可产生核裂变的装置，直白的说，就是原子弹。德国人的效率就是高，同年的9月26日，德军最高统帅部就正式确定了代号为“U”的秘密研制核武器的计划。二、专家向美军方建议，被当做“怪人”。 该计划的实施，最终还是在物理界成为大家熟知的消息，一些开明的科学家很快意识到问题的严重性。原子弹的威力巨大，谁拥有它谁就能主宰世界，如果“战争狂人”希特勒一旦拥有，凭他的疯狂劲，倒霉的是全人类。这些担心不是危言耸听，他们要阻止德国的实验项目，流亡在纽约的意大利物理学家费米立刻联系一些开明人士或权威人士，积极奔走，呼吁白宫尽快开展“超级武器”的研发工作，目的就一个，不能让希特勒研发出“超级武器”。但当他们向美军方提出这项方案时，军方从没有听说过这样东西，也不相信原子弹能产生巨大破坏力。最终这些专家都当成“怪人”来看待，对他们的建议更是不屑一顾，甚至嗤之以鼻。三、美国是唯一能阻止该计划的国家。 真是“秀才遇到兵，有理说不清”啊！军方的态度让费米等人即感到失望，又心急如焚，他们深知核能的巨大威力，如果“战争狂人”抢先制造出“超级武器”，那么人类的悲剧将是史无前例的。他们不气垒、不放弃，深知“超级武器”的研发并不是一件轻松的事情。首先，研发需要雄厚的经济后盾作保障，没有钱什么事情都不用去想，而当时的美国是经济大国，有这样的经济条件；其次，许多科学家或专家为了躲避战火，来到“天堂”纽约，使这里拥有当时最多的人才和完备的研发体系；第三，当时白宫没有直接参战，而且隔着大西洋，远离战火纷飞的欧洲，为研发提供安定的 社会 环境。这些条件，只有当时的美国能提供，也只有它才有可能挑战德国，并与其相抗衡。后记 软的不行，来硬的。费米、泰勒等人决定直接上书总统罗斯福，只有他能让研制方案落实并尽快实施。为了增加说服力他们找到了德高望重的爱因斯坦，请他作为代表向总统进言。同时，还拉上科学顾问阿列克谢·萨克斯（罗斯福的好友），委托他向总统进行游说工作。最终，1939年10月，罗斯福下令成立一个铀顾问委员会，并于当年的12月6日正式批准了“超级武器”的研制计划。国会首批20亿美元科研经费到位。白宫在正式制定这项研究工程的同时，为这项工程取名为“曼哈顿工程”。这个问题以时间序列梳理如下： 1803年，英国化学家物理学家约翰道尔顿观察分子时发现了分子上有重影，开始不以为然以为自己是老眼昏花了，后来眯眼仔细观察发现了是一种更小的物质——原子1911年，新西兰原子核物理学学家卢瑟福用阿尔法粒子轰击金箔提出了原子核模型，随后通过同样的实验发现了原子核中更小的单位——质子。 1934约里奥居里夫妇用阿尔法粒子轰击元素，第一次发现人工放射性1938年哈恩和斯特拉斯曼用中子轰击铀235时，发现了奇怪的现象，轰击后铀就像发生了连锁反应，又会出现新的中子使更多的铀原子被轰击，并且放出了能量。随后就将这个现象叫做核裂变——这是认为这个现象很像生物中的细胞分裂，毕竟1841年就发现了细胞分裂，这个概念是成熟的。著名核物理学家费米发现中子辐射产生新放射性元素以及用慢中子引起核裂变获得同年1938年诺贝尔物理学奖，领完就跑到美国了。 失道寡助——德国 1939年4月，柏林大学和柏林工业大学教授舒曼和汉堡大学物流化学系主任、陆军顾问保罗 哈特克来到希特勒位于帝国战争部的办公室，向希特勒汇报了可以利用铀原料来制作一种新式炸弹的构想，随后希特勒正式批准德国原子能计划。 1940年海森堡称为德国研究原子弹的负责人，德国原子能计划紧密推进，同年4月9日，德国占领了挪威重水生产厂，并且掠夺了全部重水。 1944年2月，德国的所有重水又被英国突击队摧毁，虽然德国建设了用于核物理实验的重水反应堆，但是知道战争失败，反应堆并没有临界。不过事后证明德国的原子能计划完成度已经达90%，只比美国至多慢了两年。 得道多助——美国 1939年德国核裂变成功的消息发表后许多科学家已经发现了其中奥秘，其中美国籍匈牙利物理学家魏格纳就力劝美国政府抓紧开始原子能计划，要赶在纳粹德国前研究出核武器。 1941年10月9日，美国罗斯福总统批准了原子能计划 1942年8月，研究原子弹的“曼哈顿”计划开始，一大批优秀的科学家参加其中，包括逃跑到美国许多顶级犹太物理学家，包括奥本海默、费米等，爱因斯坦也提供过咨询，奥本海默被称为“美国原子能之父”。1945年7月16日，第一颗原子弹“三位一体”爆炸成功，当量相当于1500—2000吨TNT炸药原子弹我们大家都知道属于核武器，它的威力骇人听闻。但原子弹是怎样发明的，或者说为什么能有人想到这恐怖的武器，从而实践，真正运用到军事当中。爱因斯坦很多人都说它和原子弹无关，他没有参与美国曼哈顿原子弹计划。可我觉得是有很大关系的。 1905年，爱因斯坦提出著名质能方程式。 质能方程E=MC2 ，E表示能量，m代表质量，而c则表示光速。他提出能量守恒定律，能量 不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。后来该方程式 主要用来解释核变反应中的质量亏损和计算高能物理中粒子的能量。正是因为有了这个理论，科学家们发现，赋予物体质量的原子核里面蕴含着惊人的能量，从而开启了对原子核的研究。1938年，德国科学家奥多·哈恩和弗里茨·斯特拉斯曼发现 铀原子核裂变 现像。发现原子核在裂变同时会释放惊人的能量，这种链式反应如果不加以控制，会产生惊人的能量释放。第二年，1939年初，二人发表论文。这一论文引起了德国高层和希特勒的注意。希特勒立即成立了研究机构，可由于当时德国的不重视，经费不足和对犹太人的屠杀，导致许多优秀人才流失，最终输在终点线上。 早在前期，爱因斯坦在得知德国研制核武器时，爱因斯坦明白它的重要性和希特勒的野心，写信罗斯福，但也没得到罗斯福重视，但至少在罗斯福心中，有了对这种武器的认知。珍珠港事件爆发后，罗斯福意识到了原子武器的重要性。 1942年由美籍犹太裔著名物理学家罗伯特，奥本海默为主导的原子弹研究计划，也就是曼哈顿计划开始落实，美国投入大量人力物力和金钱。迅速超越德国技术，历时三年。原子弹原告成功。 其实，原子弹并不是谁就可以发明的，这其中离不开那些在方方面面取得成就的科学家和为原子弹制造付出汗水的普通劳动者，据悉，曼哈顿计划投入超过10万人，这每一个人，都起到了作用，不管脑力也好，体力也罢。 原子弹的研制和使用——结束了二战却开启了核竞赛！ 二战期间，美国集中了本国和西欧众多优秀的科学家，动用了十万人员和大量工业资源，耗资20多亿美元，秘密研制了两年，制造了世界第一批原子弹。 1945年8月，美国在日本广岛和长崎第一次使用了原子弹，加速了日本的投降和二战的结束。致使日本几十万人死亡，导致了战后美苏两国的核军备竞赛。（爱因斯坦与西拉德） 美国研制原子弹问题的提出过程 原子弹研发的条件： 1895年，德国科学家威廉·伦琴发现了阴电荷“X射线”。1902年，法国科学家居里夫妇发现放射性元素镭。1905年，爱因斯坦发现物质和能是同一体的原理，英国物理学家卢瑟福发现了放射性物体的活动规律。这些都为原子弹的研发创造了有利条件。 铀裂变的发现过程： 1938年，德国物理学家奥托·哈恩和弗里茨·斯特拉斯曼通过试验发现，了物理学界期待的核裂变反应。1939年，犹太女物理学家莉泽·迈特纳通过试验，发现每裂变一个原子可放出大约两亿电子伏的能量。1939年，意大利科学家恩里科·费米，在美国哥伦比亚大学证实了铀裂变试验。（原子弹准备中） 游说美国研制原子弹： 那些亲身遭受希特勒迫害而从欧洲移居美国的科学家，他们担心，如果德国首先拥有原子炸弹，希特勒就会毁灭世界。1939年，移居美国的匈牙利物理学家西拉德等人获悉德国正在开会讨论利用原子科学成果研制新武器。 但是，他们的游说都遭到了冷遇。于是，这批科学家把希望寄托在名震一时的爱因斯坦身上。1939年，西拉德到长岛拜访爱因斯坦，说明铀裂变可能引起的严重后果，爱因斯坦表示愿意帮忙。他又拜访了罗斯福总统的私人顾问亚历山大·萨克斯。 1939年10月，在椭圆形办公室里，萨克斯正在把爱因斯坦的信念给总统听，罗斯福举棋不定，认为干预过早。在萨克斯不停的游说下，罗斯福决定采纳爱因斯坦的建议，支持研究原子弹。从此，这一问题引起了美国政府的注意。（广岛原子弹爆炸） 美国研制原子弹“曼哈顿计划”的提出 1941年，太平洋战争爆发，美国被迫卷入二战，加快了研制原子弹的步伐。1942年，美国制定了研制原子弹的“曼哈顿计划”。美国政府为计划确立了两条原则，第一，给美国军队造出原子弹；第二，赶在德国人前头。 参与研制原子弹的科学家有，英国物理学家查德威克，意大利物理学家费米，丹麦物理学家波尔，匈牙利物理学家特勒和西拉德等。1942年，德国军需部长把制造原子弹的可能性告诉希特勒，希特勒对此态度冷淡。（原子弹爆炸后） 美国对日本使用原子弹 1945年8月，第一颗原子弹即将准备就绪。对于原子弹的使用，高级军官和科学家出现了两种不同的意见。以格罗夫斯少将为代表的一派主张对日使用，以爱因斯坦和西拉德为代表的一派反对使用原子弹，他们认为目前形势已大为改观，而且德国没有研制出原子弹。 1945年7月，杜鲁门总统决定在日本投掷原子弹。杜鲁门作出在日本使用原子弹的决定与其说是军事上的需要，不如说主要是出于政治考虑，既是为了夺取胜利果实，又是为了战后与苏联争霸。原子弹的使用，为冷战时期的核讹诈开创了先河。 （原子弹爆炸后惨状） 原子弹是著名科学家爱因斯坦上书美国总统罗斯福，阐述了原子弹对美国国家安全的重要性因此研制出来的。1.第二次世界大战期间，流亡到美国的科学家西拉德等人，为防止德国人抢先造出原子弹。动员爱因斯坦上书美国总统罗斯福，阐述原子弹的重要性，但是并没有得到罗斯福总统的重视。2.不过1941年12月8日，日本偷袭美国珍珠港后，美国政府认识到原子弹的重要性，因此加快了研制原子弹的步伐，并在1942年8月制定了“曼哈顿计划”。3.美国不惜重金提取铀235，此外意大利的科学家费来在美国设计建造了原子能反应堆，用来生产钚 239做为原子弹的原料。 年3月美国成立了原子能委员会，由四位诺贝尔奖获得者奥本海默、费米、劳伦斯、康普顿四位物理学家，带领10万人的研制团队，一起加快了原子弹的研制步伐。 年7月美国生产的铀235和钚239已经足够制造原子弹了。因此美国在1945年7月16日进行了原子弹爆炸实验并取得了成功，这就是原子弹的发明过程。1945年8月6日和8月9日，美国在日本的广岛和长崎投下原子弹，当场炸死30多万人促使第二次世界大战结束 。 是一种更小的物质——原子

发展史 经典物理与近代物理 第一,立足于牛顿力学的经典物理学和经典自然科学在很在程度上是关于自然事物,自然属性,自然过程和自然界规律性的知识,但它往往没有对这些事物,属性,过程和规律性的机制(道理)从因果性上作出解释;近代自然科学所能做到的或应当做到的,则是依据于对微观过程的了解,解决这些"为什么"的问题. 第二,经典自然科学有它的普遍性和整体性,但就对整个自然事物的反映看,经典理论基本上是关于特殊的,局部的自然领域的知识;近代自然科学则具有更高程度的普遍性和更大范围的全局性 第一章 发展中的物理学 1 相对论 相对论是现代物理学的重要基石.它的建立20世纪自然科学最伟大的发现之一,对物理学,天文学乃至哲学思想都有深远的影响.相对论是科学技术发展到一定阶段的必然产物,是电磁理论合乎逻辑的继续和发展,是物理学各有关分支又一次综合的结果.相对论经迈克耳逊,莫雷实验,洛伦兹及爱因斯坦等 人发展而建立. 2 量子力学 1900年普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难,引入了能量了概念,为量子理论奠定了基石.随后爱因斯坦针对光电效应实验与经典理论的矛盾,提出了光量子假说,并在固体比热问题上成功地运用了能量子概念,为量子理论的发展打开了局面.1913年,玻尔在卢瑟福有核模型的基础上运用了量子化概念,对氢光谱作出了满意的解释,使量子论取得了初步的胜利.之后经过玻尔,索末菲海森堡,薛定谔,狄拉克等人开创性的工作,终于在1925年-1928年开成了完整的量子力学理论. 3 原子核及基本粒子 原子核物理学起源于放射性的研究,是19世纪末兴起的崭新课题.在这以前,人类对这年领域毫开所知.从事这项研究的物理学家,他们通过作新创制的简陋仪器进行各种实验和观察,从中收集数据,总结经验,寻找规律,探索不断开拓新的领域. 1933年以后,原子核物理理论才逐渐形成. 4 固体物理学 20世纪初,固体物理学就开始深入到微观领域,人们开始利用微观规律来计算实验观测量.量子力学首先应用于简谐振子及简单的原子上,并显示了其正确性,其次又在化学键的问题上取得了效果.二十世纪20年代后,固体物理学作为一门学科在物理学领域中诞生. 5 物理学与技术 物理学的发展为新技术提供了基础,与此相反的关系也完全存在.假如不采用电子技术的各式各样的机器,今天的物理学,甚至整个科学研究都可能连一天也存在不下去.要建造超高能物理学所不可缺少的巨大加速器,必须要动员当前最先进的精密机械技术和电子学技术才行.同时由于对技术进步的不断要求,作为这些技术基础的物理学的研究也正在日益加强.可以说,没有上述各方面的条件,就不可能存在今天这种大规模,多方面的物理学研究. 6 科学的体制化 近代物理学的基础工程学科化这种趋势,当然是由围绕科学的新的社会状况的出现所形成和促进的. 7 物理学在地理上的扩大 物理学的变迁,同时也伴有物理学在地理上扩大.俄国(苏联),美国,日本,中国及欧洲,亚洲,非洲物理学在地理上的扩大,必将会进一步扩大在进行尖端物理学研究,所以,没有理由认为这些国家将来不会产生真正的物理学研究. 8 研究技术化 可以把这一趋势同由物理学所支撑着的各种各样新技术所持有的可能性相结合,看作是社会进步的一个标志. 第二章节近代物理学的序幕 一 电子的发现 背景: 电子的发现起源于对阴极射线的研究.阴极射线是低压气体放电过程中的一种奇特现象.这一观点得到赫兹等人的支持,赞成以太说的大多是德国人.英国物理学家克鲁克斯以及舒斯特根据各自的实验及解释都认为阴极射线是由粒子组成的.德国学派主张以太学说,英国学派主张带电微粒说. .汤姆生对电子研究 ⒈定性研究:.汤姆生还改进了赫兹的静电场偏转实验,他进一步提高了真空度,并且减小极间电压,以防止气体电离,终于获得了稳定的静电偏转. ⒉定量研究 :一种方法是用静电场偏转管在管子两侧各加一通电线圈以产生垂直于电场方向的磁场,然后根据电场和磁场分别造成的偏转,计算出阴极射线的荷质比e/m,另一种方法是测量阴极的温升.因为阴极射线撞击到阴极,会引起阴极的温度升高..汤姆生把热电偶接到阴极,测量它的温度变化,两种不同的方法得到的结果相近,荷质比 ⒊普遍性证明