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第9章 散步时产生的灵感

如今,星罗棋布的核电站在世界不断的出现,核能为我们提供了大量的清洁的能源,但我们也不会忘记,第二次世界大战时,在日本广岛和长崎的投掷的原子弹。这就是核裂变赐给人们的双刃剑。

核裂变又称核分裂,是一个原子核分裂成几个原子核的变化,是由重的原子,主要是铀或钚,分裂成较轻的原子的一种核反应形式。只有一些质量非常大的原子核,像铀、钍等,才能发生核裂变。这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成2个或更多个质量较小的原子核,同时放出2个到3个中子和很大的能量,又能使别的原子核接着发生核裂变……使过程持续进行下去,这种过程称为链式反应。原子核在发生核裂变时,释放出巨大的能量称为原子核能,俗称原子能。1克铀235完全发生核裂变后放出的能量相当于燃烧2.5吨煤所产生的能量。

这一核反应形式,是德国的科学家奥托·哈恩(图1-10)及他的助手奥地利—瑞典的女原子物理学家莉泽·迈特纳在1938年发现的。

莉泽·迈特纳和奥托·哈恩同为德国柏林威廉皇家物理研究所的研究员。作为放射性元素研究的一部分,迈特纳和哈恩曾经用游离质子轰击铀原子,一些质子会撞击到铀原子核,并粘在上面,从而产生比铀重的元素。这一点看起来显而易见,却一直没能成功。最后,哈恩想到了一个办法,用非放射性的钡作标记,不断地探测和测量放射性的镭的存在。如果铀衰变为镭,钡就会探测到。他们先进行前期实验,确定在铀存在的条件下钡对放射性镭的反应,还重新测量了镭的确切衰变速度和衰变模式,这花了他们3个月的时间。

1周后,迈特纳穿着雪鞋在初冬的雪地里散步,这时一个画面从她心中一闪而过:原子将自身撕裂开来。她几乎从想象中就能感到原子核的跳动。她立即认识到已经找到了答案,质子的增加使铀原子核变得很不稳定,从而发生分裂。他们又做了一个实验,证明当游离的质子轰击放射性铀时,每个铀原子都分裂成了两部分,生成了钡和氪,这个过程还释放出巨大的能量。

于是,莉泽·迈特纳跟弗里施一起对这一实验结果做出了理论解释,并以来信的形式发表在1939年元月出版的《自然》杂志上。在这篇著名文章里,莉泽·迈特纳踉弗里施一起提出了一个物理学上的新概念:一类新的核反应——裂变。

科学小链接

莉泽·迈特纳

莉泽·迈特纳是一位奥地利—瑞典原子物理学家,她的众多成绩中最重要的是她第一个理论解释了奥托·哈恩1938年发现的核裂变。1994年5月,国际纯粹化学与应用化学联合会通过一项决议,建议把第109号元素命名为Meitnerium(元素符号Mt尚无中文名称),以纪念核物理学家Lise·Meitner(莉泽·迈特纳)。

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