人类掌握核裂变了吗（人类怎么发现核裂变的）

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本文目录一览：

1、简述人类对核能的探索发现过程

2、核裂变的原理

3、核裂变的发展历程

4、引发核裂变的中子“炮弹”是在什么情况下被发现的？

简述人类对核能的探索发现过程

核能(或称原子能)是通过核反应从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的质能方程E=mc² ，其中E=能量，m=质量，c=光速。

人类对核能的探索发现过程：

19世纪末 英国物理学家汤姆逊发现了电子。

1895年 德国物理学家伦琴发现了X射线。

1896年 法国物理学家贝克勒尔发现了放射性。

1898年 居里夫人与居里先生发现新的放射性元素钋。

1902年 居里夫人经过4年的艰苦努力又发现了放射性元素镭。

1905年 爱因斯坦提出质能转换公式。

1914年 英国物理学家卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为质子。

1935年 英国物理学家查得威克发现了中子。

1938年 德国科学家奥托·哈恩用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象。1942年12月2日 美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆。

1945年8月6日和9日 美国将两颗原子弹先后投在了日本的广岛和长崎。

1954年 苏联建成了世界上第一座核电站------奥布灵斯克核电站。

核裂变的原理

裂变释放能量是与原子核中质量－能量的储存方式有关。从最重的元素一直到铁，能量储存效率基本上是连续变化的，所以，重核能够分裂为较轻核(到铁为止)的任何过程在能量关系上都是有利的。如果较重元素的核能够分裂并形成较轻的核，就会有能量释放出来。

然而，很多这类重元素的核一旦在恒星内部形成，即使在形成时要求输入能量(取自超新星爆发)，它们却是很稳定的。不稳定的重核，比如铀-235的核，可以自发裂变。快速运动的中子撞击不稳定核时，也能触发裂变。由于裂变本身释放分裂的核内中子，所以如果将足够数量的放射性物质(如铀-235)堆在一起，那么一个核的自发裂变将触发近旁两个或更多核的裂变，其中每一个至少又触发另外两个核的裂变，依此类推而发生所谓的链式反应。这就是称之为原子弹(实际上是核弹)和用于发电的核反应堆(通过受控的缓慢方式)的能量释放过程。

对于核弹，链式反应是失控的爆炸，因为每个核的裂变引起另外好几个核的裂变。对于核反应堆，反应进行的速率用插入控制棒来控制，使得平均起来每个核的裂变正好引发另外一个核的裂变。核裂变所释放的高能量中子移动速度极高(快中子)，因此必须通过减速，以增加其撞击原子的机会，同时引发更多核裂变。一般商用核反应堆多使用慢化剂将高能量中子速度减慢，变成低能量的中子(热中子)。商营核反应堆普遍采用镉棒、石墨和较昂贵的重水作为慢化剂。 莉泽·迈特纳（Lise Meitner）和奥多·哈恩（Otto Hahn）同为德国柏林威廉皇帝研究所（Kaiser Wilhelm Institute）的研究员。作为放射性元素 研究的一部分，迈特纳和哈恩曾经奋斗多年创造比铀重的原子（超铀原子）。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。

他们用其他重金属测试了自己的方法，每次的反应都不出所料，一切都按莉泽的物理方程式所描述的发生了。可是一到铀，这种人们所知的最重的元素，就行不通了。整个20世纪30年代，没人能解释为什么用铀做的实验总是失败。 从物理学上讲，比铀重的原子不可能存在是没有道理的。但是，100多次的试验，没有一次成功。显然，实验过程中发生了他们没有意识到的事情。他们需要新的实验来说明游离的质子轰击铀原子核时究竟发生了什么。

最后，奥多想到了一个办法：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。这花了他们三个月的时间。

没等他们进行实质性的实验，莉泽就不得不逃往瑞典，躲避上台的希特勒纳粹党。奥多只得独自进行他们的伟大的实验。

奥托·哈恩完成实验两周后，莉泽·迈特纳就收到了一份长长的报告，其中记述了他实验的失败。哈恩用集束粒子流轰击铀，却连镭也没得到，只探测到了更多的钡——钡远远多出了实验开始时的量。他感到迷惑不解，请求莉泽帮他解释这究竟是怎么回事。

一周后，莉泽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。这个画面来得那么生动、惊人和强烈，她几乎从想象中就能感到原子核的跳动，能听到原子撕裂时发出的咝咝声。

她立即认识到自己已经找到了答案：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。

就这样迈特纳发现了核裂变的过程。

将近4年之后，1942年12月2日下午2时20分，恩里克·费米扳动开关，几百个吸收中子的镉控制棒冲出石墨块和数吨氧化铀小球垒成的反应堆。费米在芝加哥大学斯塔格足球场的西看台下的地下网球场内堆放了4.2万个石墨块。这是世界上第一个核反应堆——是迈特纳发现的产物。1945年，原子弹的发明是她的核裂变发现的第二次应用。

我们应谨慎利用核裂变！

核裂变的发展历程

核裂变是在1938年发现的，由于当时第二次世界大战的需要，核裂变被首先用于制造威力巨大的原子武器——原子弹。原子弹的巨大威力就是来自核裂变产生的巨大能量。人们除了将核裂变用于制造原子弹外，更努力研究利用核裂变产生的巨大能量为人类造福，让核裂变始终在人们的控制下进行，核电站就是这样的装置。

1934年，E.费米等人用中子照射铀，企图使铀核俘获中子，再经过β衰变得到原子序数为93或更高的超铀元素，这引起了不少化学家的关注。在

1934～1938年间，许多人做了这种实验，但是不同的研究者得到了不同的结果，有的声称发现了超铀元素，有的却说得到了镭和锕。

1938年，O.哈恩和F.斯特拉斯曼做了一系列严格的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为小的镧和钡。对这种现象，只有假设原子核分裂为两个或两个以上的碎块才能给予解释。这种分裂过程被称为裂变。

1939年L.迈特纳和O.R.弗里施首先建议用带电液滴的分裂来解释裂变现象。同年N.玻尔和J.A.惠勒在原子核液滴模型和统计理论的基础上系统地研究了原子核的裂变过程，奠定了裂变理论的基础。

1940年，K.A.彼得扎克和Γ.Η.弗廖罗夫观察到铀核会自行发生裂变，从而发现了一种新的放射性衰变方式──自发裂变。

1947年，钱三强等发现了三分裂（即分成三个碎片，第三个可以是 α粒子，也可以是和另外两个碎片质量相近的碎片）。

1955年，A.玻尔根据原子核的集体模型提出了裂变道的概念，把裂变理论推进了一步。1962年，С.М.波利卡诺夫等发现了自发裂变同质异能态。

1967年，B.M.斯特鲁金斯基提出了在液滴模型基础上加壳修正的 “宏观-微观”方法，导出了双峰裂变势垒，这是裂变研究史上的又一新成果。

引发核裂变的中子“炮弹”是在什么情况下被发现的？

1930年，贝克勒尔和德国物理学家玻特，用放射性元素钋发出的α粒子轰击铍片时，发现从铍片里产生一种穿透力非常强的射线，两年后，居里夫人的女儿和女婿用这种射线的粒子轰击石蜡时，竟然打出能量很高的质子来。不过，这一现象未能引起他们的深刻注意，他们从经验出发，误认为这种“铍射线”是一种能量极高的γ射线，因而错过了一次重大发现的良机。

卢瑟福的学生，英国科学家查德威克捕捉了这一良机，对这种现象做了进一步的研究。他发现，这种射线的粒子的质量和质子非常接近，是一种不带电的中性粒子，于是命名为“中子”。中子就这样被一位年轻的学者发现了。它使人们确认了原子核是由质子和中子构成的，对原子结构的探索又深入了一步。

中子被发现以后，科学家们就利用它去轰击各种元素的原子核，来研究原子核破裂时的反应。但命中率太低，多少次实验毫无结果，以致被誉为“原子物理之父”的卢瑟福失去信心地断言：人类任何时候也休想利用原子能！

1934年春，意大利物理学家费米用中子去轰击铀原子核，发现铀被强烈地激活了，并产生出许多种元素。由于当时缺乏有效的手段，所以难以对这些元素进行精确的分离和分析。4年后，德国化学家哈恩和奥地利的迈特纳，用化学方法分离和检验核反应的产物，初步确认，铀核在中子的轰击下，分裂成大致相等的两半，而且计算出一个铀核裂变时会释放2亿电子伏特的能量！

与此同时，居里夫人的女儿和费米等人，在各自的实验中，几乎同时得到了肯定的答案。他们发现，核裂变时除去产生两个裂变原子核并释放出能量外，还会产生出两三个新的中子，新产生的中子又去轰击铀核，还会产生出更多的“中子炮弹”来。于是就会发生一连串的反应。这种按几何级数陡然增加的中子，可以使铀核在极短的时间内全部分裂，同时放出巨大的能量。如果制成炸药，1公斤铀核裂变放出的能量，相当于2万吨TNT炸药的爆炸力！

这种“链式反应”的发现，为人类利用核能打开了迷宫的大门，使人类找到了巨大的能源。

那么，原子核里为什么能有如此巨大的能量呢？科学家们认为，直径仅为原子直径十万分之一的原子核里，拥挤着许多带正电的质子和不带电的中子，它们能排除互相排斥的静电力而共聚一堂，必然还存在着强大的吸引力，科学家称这种吸引力为核力。一旦原子核发生裂变，核力就会被释放出来。但是核力究竟有多大？这个问题由著名科学家爱因斯坦提出的质量和能量的关系式后给出了较圆满的答案。

爱因斯坦认为，质量和能量都是物质存在的形式，两者之间的关系式为：E=mc2关系式中，E是能量，m是质量，c是光速。按照这个公式，任何一克物质都具有相当于2500万千瓦·小时的电能。原子中原子核的质量稍稍小于它所含的质子和中子的质量总数，这个微小的差别用爱因斯坦的公式计算，也是一个十分巨大的能量，由此可以知道原子核里有着惊人能量的道理了。

目前，使原子核内的能量释放出来，主要有两种方法：一种是将较重的原子核打碎，产生核裂变反应。目前的核电站、原子弹就是采用这种反应的结果。另一种是把两个较轻的原子，聚合成一个较重的原子核，同时放出巨大的能量，这种反应叫核聚变反应，氢弹爆炸就属于这种反应。

人们利用核能，首先是从核裂变反应开始的，中子就是引发核裂变的炮弹。如果说核能是人类的又一能源宝库，那么中子就是打开这座宝库的钥匙。

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