ymzhao的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/ymzhao

博文

核科学群英谱 精选

已有 6629 次阅读 2022-6-13 15:58 |系统分类:科普集锦


原子核科学在大众眼中往往不受待见,在日常生活中讨论得不多。现在新闻中科技热点往往是芯片、人工智能、量子信息等,这些概念相对于原子核科学而言要时髦得太多了,在国际竞争中说到我们被“卡脖子”的技术时也很少谈到原子核技术。可能是受益于“两弹一星”前辈们的福荫,许多人觉得我们中国原子核科学已经很强了,或者因原子核科学近年来“冒泡”不多而认为原子核科学是传统科学领域了[甚至不再是科学最前沿领域了]

 

这两种想法都是错误的,而原子核科学在社会公众中的这种刻板印象不经不仅是片面的,也是对于原子核科学领域的极大误解。原子核科学是一个很大的领域,是一个亟待发展的广阔天地,在中国实现民族伟大复兴过程中必将是非常重要的一个侧面。

 

为什么这么说呢?我们还是看几个新闻数据,这些数据在网络上都是很容易找到的。一个数据是来源于百度网络文章,说的是芯片产业之恢弘,标题为 2021年全球半导体行业销售额达到创纪录的5559亿美元,同比增加26.2%[https://www.21ic.com/a/920913.html  ],这个数据确实很大。我们再看另一个新闻数字,来自于高能所柴之芳院士的一个报告,这个报告在网络上也很容易找到,这里我给二个链接:https://www.cnnpn.cn/article/25313.html https://m.thepaper.cn/baijiahao_13817454 。在这个报告中有几个数据值得注意:在美国20多万亿美元的GDP中,核技术产业规模占 4-5%[即在美国每年核技术的产值 8000 亿美元!]、欧洲日本大约占 2-3%,我国核技术年产值超 3000 亿元,近年均增长率超20%。我们的社会公众平时很少有关于核科学的音讯,因此这些数据就显得很突兀和震撼的了,从这些数据也立即看出核技术其实与社会生活实际上息息相关,而我们在核技术方面奋起直追是很紧迫的。

 

原子核科学技术应用之广泛、之神奇不是这个科普系列的主题。原子核科学技术之所以能走向生产生活其实离不开基础研究[原子核物理],就像电子时代的技术进步离不开量子力学、电磁理论等基础科学一样。在上个世纪有数十名原子核物理学家被授予诺贝尔物理学奖,还有部分原子核物理学家学者被授予了诺贝尔化学奖。现在原子核科学依然是人类的知识前沿领域,例如前年《科学》杂志征集的125个科学问题中至少有三个问题是当今原子核物理的热点课题,如致密星体的本质、宇宙中重元素的合成机制、超重核素稳定岛。这些问题的重要意义不言自明,原子核科学在人类面向星辰大海而求知的征程中举足轻重,原子核科学家们任重而道远。

 

因为饮水思源,我希望花时间找资料回看一下核科学领域的群英谱。任何一个领域都是人做出来的,催生出这么大的领域、这么大的市场的基础研究过程中,有许多不能忘却的瞬间和英雄人物,正所谓时势造英雄,英雄在历史进程中起很大作用。通过这些群英谱,我们不仅部分地勾勒出原子核物理的部分历史风貌,对于预期原子核的未来发展可能也是很有裨益的。

 

人类首次从实验上接触到核现象是1896年贝克勒尔 (Antoine Henri Becquerel)发现天然放射性报告给法国科学院(在更早的1858年就有人发现了同样现象并向法国科学院报告但是没有人对此予以足够关注, 1898年居里夫妇 (Pierre Curie & Marie Sklodowska Curie) 发现了放射性元素 钋和镭, 1909 - 1911 卢瑟福 (Ernest Rutherford) 通过粒子对金箔的散射实验表明原子的核心非常小而致密据此提出原子的行星模型. 1919年卢瑟福用alpha 粒子撞击氮原子核、得到氧原子核, 实现人工核嬗变。

 

在二十年代哈金斯等(William Draper Harkins)对于原子核的内部组元做了许多系统性的猜测. 1928年伽莫夫 (George Gamow)、古尼 (Ronald Wilfred Gurney) 与康顿 (Edward Uhler Condon) 提出利用量子隧道贯穿效应解释 alpha 粒子衰变现象. 1930年伽莫夫提出了原子核的液滴模型. 1932 查德威克 (Sir James Chadwick) 发现中子, 宣告原子核物理的开端; 同年, 伊万宁科 (Dimitri Ivanenko) 、海森堡(Werner Heisenberg) 提出原子核是由质子和中子组成的, 核物理及其与其它学科的交叉迅速成为人类科学研究的前沿.

 

1935年海森堡、 外兹扎克(Carl Friedrich von Weizsacker) 玻尔(Niels Henrik David Bohr) 和惠勒(John Archibald Wheeler)等人发展了液滴模型理论, 1938 哈恩 (Otto Hahn) 用慢中子轰击铀原子核时实现了重核的裂变, 使人类利用原子能成为现实; 同年, 贝特 (Hans Bethe) 提出恒星能源来源于轻核聚变反应 (碳氮氧循环)的理论. 1940 西博格 (G. T. Glenn Theodore Seaborg) 麦克米伦 (Edwin Mattison McMillan) 发现了超铀元素镎和钚 (超重元素合成仍是当今科学前沿之一). 40年代伽莫夫等人提出了大爆炸中元素合成的理论, 核反应理论与宇宙和天体的演化密切联系起来, 逐步发展为核天文物理学 (Nuclear Astrophysics). 在低能原子核领域, 1949年梅逸(Maria Goeppert-Mayer) 和简森(Jensen Johannes Hans Daniel) 等建立壳模型理论, 1953年玻尔(Aage Bohr)、莫特逊(Ben Roy Mottelson)和瑞因沃特(Leo James Rainwater)建立集体运动理论。在1974 年有马朗人(Akito Arima)和雅开罗(Fransisco Iachello)建立的玻色子模型等, 这些理论已经成为研究原子核低激发态的基础性框架。

 

下面我罗列一下迄今为止核科学领域相关的诺贝尔奖(括号内部是得奖原因)

 

1903 Henri Becquerel 居里夫妇(放射性的发现和研究);  1935 James Chadwick (发现中子); 1938 Enrico Fermi (中子辐照产生新的放射性元素); 1939 Ernest Orlando Lawrence (发展回旋加速器和合成新元素); 1944 Otto Stern (发明分子束方法和 发现质子磁矩) Isidor Rabi (发展分子束方法研究原子和原子核磁矩); 1948 Patrick (改进云室方法研究原子核和宇宙辐射); 1949 汤川秀树 (Hideki Yukawa, 预言 pi 介子); 1950 Cecil Powell (发明核乳胶并发现新介子); 1951 John Douglas Cockcroft Ernest Thomas Sinton Walton (实现人工核帨变); 1952 Felix Bloch  Edward Purcell  (发明核磁共振); 1961 Robert Hofstadter (电子散射法研究核子结构) Rudolf Mossbauer (发明原子核辐射的无反冲共振吸收方法); 1963 Maria Goeppert-MayerJohannes Hans Daniel Jensen (发展壳模型理论) Eugene Paul Wigner (研究原子核结构对称性); 1967 Hans A. Bethe (研究核反应理论和恒星能量来源); 1975 Aage Bohr Ben Mottelson (研究原子核集体运动)Leo Rainwater (提出原子核形变); 1983 Subrahmanyan Chandrasekhar (恒星结构) Willian Alfred Fowler (宇宙化学元素的合成); 1994 Bertram Neville Brockhouse (发展中子频谱学) Clifford Shull (发展中子衍射技术). 除了以上物理学奖, 还有几个化学奖也是核物理学家, 包括 1908 年的 Ernest Rutherford (元素分离和放射性物质的研究); 1911 年居里夫人 (Marie Sklodowska-Curie, 发现镭和钋); 1921 Frederick Soddy (研究放射性物质化学研究和同位素); 1922 Francis William Aston (发现很多非放射性同位素); 1935 Jean Frederic Joliot-Curie Iren Joliot-Curie (合成新放射性同位素); 1943 Hevesy Gyorgy (化学反应中用同位素作为示踪物); 1944 Otto Hahn (发现重原子核裂变现象); 1951 Kurt Alder Edwin Mattison McMillan (发现超铀元素); 1960 Willard Frank Libby (使用C-14同位素测量年代); 1991 Richard Robert Ernst (开发高分辨核磁共振谱学). 这长长的名单没有包括对于核物理学有重要贡献的物理学家(Niels Bohr) 等。

 

这些诺贝尔奖获得者当然都是响当当的人物,他()们在恰当的时间出现在恰当的地方经过个人的努力成就了个人伟业,同时为我们后辈带来了新知识和新技术。当然还有很大一批人因为各种原因没有出现在这个诺贝尔奖名单中,有些人的贡献非常伟大(甚至更伟大),例如吴健雄先生等。在搜集这些人物的资料过程中我很受感动,这些都是活生生的、有趣的人和事,他们有自己的喜怒哀乐和各种遭遇,值得我们后辈永远怀念,这也是笔者产生写作冲动的主要动力。


因为笔者专业领域的局限性,对于熟悉的方面会说得多一些,不熟悉的人物会减少篇幅甚至难以涵盖,对于许多风流人物的贡献并不能挖掘得深入,或会出现难以避免的人为偏见。不管怎样,我希望在这个题目上有一个系列的文稿娱己娱人,也供大方之家指正。我就把这段话作为“核科学群英谱”的开篇序言。

 




https://blog.sciencenet.cn/blog-3404169-1342822.html

上一篇:原子质量公式中的简单逻辑(三)
下一篇:原子核科学的群英谱(1): 为原子核科学奠基的大先生贝克勒尔
收藏 IP: 101.224.228.*| 热度|

16 王涛 崔锦华 雍高产 郭维 冯兆东 张硕 孙颉 晏成和 刘全慧 王安良 葛及 陆泽橼 葛素红 向开南 史晓雷 何宏

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (5 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2022-8-16 15:12

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部