查德威克发现中子实验装置

『壹』 查德威克是如何发现“中子”的

1932年2月，当英国物理学家查德威克读到约里奥·居里夫妇关于“用版a粒子轰击铍会产生穿透力很强权的不带电粒子”的论文时，敏锐地觉察到用强γ射线的康普顿效应解释这种现象是不对的。查德威克重复约里奥·居里夫妇的实验，并且先后用这种射线辐照轻重不同的几种元素，结果证实这种射线确实不是γ射线：因为密度越小的物质越容易吸收它，而不像γ射线那样容易被密度大的物质吸收；而且，当这种射线轰击氢原子核时，会被反弹回来，说明它是具有一定质量的中性粒子流。查德威克通过测定反冲核的动量，再利用动量守恒定律，估算出其质量几乎与质子的相同。至此，查德威克把直观认识、逻辑思维和实验研究结合起来，大胆地指出这种铍辐射就是卢瑟福曾预言而他自己寻觅已久的“中子”。1932年2月17日，查德威克宣布发现“中子”。

『贰』 查德威克发现中子装置

从一战后到1923年，查德威克一直担任卡文迪许放射性研究工作的助理指导，并参与了卢瑟福在1919年所作的第—次人工核反应的研究工作。通过这一系列的实验工者散作，他清楚地意识到，当用带2个正电荷的α粒子轰击原子核大嫌培时，将会遭到强大的静电斥力。为此，他早在1923年就写信告诉卢瑟福说：“我本人认为我们必须对不带电荷的中子做一次真正的研究，现在我已经有了一个迫切的工作计划，但还是应该事前和阿斯顿商量”。从这里人们不难看出，早在他发现中子前十年，已为中子的发现作出了周密计划，所以查德威克作为中子的第—个发现者确是当之无愧的。
至于查德威克用来发现中子的实验装置也是十分简单的。查德威克对实验中所产生的“射线”进行了仔细观察。结果发现它们和已知的γ射线和X射线一样，也不会被磁场偏转，这就证明组成它们的确滚唯是一些中性粒子。然而它们的行进速率却是太慢了，仅是光速的十分之一左右，而通常γ射线的行进速率是和光速相近的。所以它们不可能是属于γ射线。

『叁』 “中子”是怎样被发现的

中子的发现：

1919年卢瑟福通过用α粒子轰击氮原子放出氢核，而发现了质子。1920年他在一冲李竖次演说中谈到，既然原子中存在带负电的电子和带正电的质子，为什么不能存在不带电的“中子”呢?他当时设想的中子是电子与质子的结合物。

1930年，德国物理学家博特和贝克尔用刚发明不久的盖革缪勒计数器，发现金属铍在α粒子轰击扰举下，产生一种贯穿性很强的辐射，当时他们认为这是一种高能量的硬γ射线。

1932年约里奥·居里夫妇重复了这一实验，他们惊奇地发现，这种硬γ射线的能量大大超过了天然放射性物质发射的γ射线的能量。

同时他们还发现，用这种射线去轰击石蜡，竟能从石蜡中打出质子来。约里奥·居里夫妇把这种现象解释为一种康普顿效应。

但是打出的质子能量高达5.7MeV，按照康普顿公式，入射的γ射线能量至少应为50MeV，这在理论上是解释不通的。查德威克把这一情况报告了卢瑟福，卢瑟福听了后很兴奋激动，但他不同意约里奥·居里夫妇的解释。查德威克很快重做了上面的实验。

他用α粒子轰击铍，再用铍产生的射线轰击氢、氮，结果打出了氢核和氮核。由此，他断定这种射线不可能是γ射线。因为γ射线不具备将从原子中打出质子所需要的动量。

他认为，只有假定从铍中放出的射线是一种质量跟质子差不多的中性粒子，才能解释。

他用仪器测量了被打出的氢核和氮核的速度，并由此推算出了这种新粒子的质量。查得威克还用别的物质进行实验，得出的结果都是这种未知粒子的质量与氢核的质量差不多。

由于这种粒子不带电，所以叫做中子。后来更精确的实验测出，中子的质量非常接近于质子的质量，只比质子质量约大千分之一。

查德威克将他的研究成果写成论文“中子的存在”发表在皇家学会的学报上。查德威克从重复约里奥·居里夫妇的实验，到发现中子，前后不到一个月。

这一方面是由于前人的工作为他打下了基础，主要的还是由于他能打破常规，有大胆的创新精神，敢于破除传统思想的束缚。

而约里奥·居里夫妇虽然已经遇到了中子，由于没有作出正确的解释，而与中子失之交臂，错过了发现中子散大的机会。

(3)查德威克发现中子实验装置扩展阅读

中子的概念是由英国物理学家欧内斯特·卢瑟福提出，中子的存在是1932年詹姆斯·查德威克用a粒子轰击的实验中证实的。

其质量为 1.6749286 ×10-27千克（939.56563兆电子伏特），比质子的质量稍大（质子的质量为1.672621637（83）×10-27千克），自旋为1/2。

自由中子是不稳定的粒子，可通过弱作用衰变为质子，放出一个电子和一个反中微子，平均寿命为896秒。中子遵从费米-狄拉克分布和泡利不相容原理。

以往曾经将中子列为基本粒子的一员，但现今在标准模型理论下，由两个下夸克和一个上夸克构成，所以它是个复合粒子。

中子以聚集态存在于中子星（中子星是恒星演化到末期，经由重力崩溃发生超新星爆炸之后，可能成为的少数终点之一。）中。

太阳系里的中子主要存在于各种原子核中，元素的β衰变就是该元素中的中子释放一个电子变成上一个元素序列元素的一种变化。

中子可根据其速度而被分类。高能(高速)中子具电离能力，能深入穿透物质。中子是唯一一种能使其他物质具有放射性之电离辐射的物质。

此过程被称为“中子激发”。“中子激发”被医疗界，学术界及工业广泛应用于生产放射性物质。

参考资料：网络-中子

『肆』 中子是怎么被发现的

1920年，英国物理学家卢瑟福曾在著名的贝克尔演讲中作出“原子核内可能存在着质量与质子质量相同的中性粒子”的理论预言。为了检验卢瑟福的假说，卡文迪什实验室从1921年就开始了实验探索工作。

接手这项工作的正是查德威克。1923年，他得到卢瑟福的赞同，用游离室和点计数器作为检测手段，尝试在大质量的氢化材料中检测γ辐射的发射。在初步作了这些尝试之后，查德威克考虑到中子只有在强电场中形成的可能性，但没有合适的变压器可用。正当查德威克着手进一步开展探讨中子的研究时，柏林的玻特和巴黎的约里奥•居里夫妇相继发表了他们的实验结果。

从1928年起，德国物理学家玻特和他的学生贝克尔就开始用钋发射的α粒子轰击一系列轻元素，发现α粒子轰击铍时，会使铍发射穿透能力极强的中性射线，强度比其他元素所得要大过十倍。用铅吸收屏研究其吸收率，证明这种中性辐射比γ射线还要硬。1930年，他们率先发表了这一结果，并断定这种贯穿辐射是一种特殊的γ射线。

同时，在巴黎居里实验室，法国物理学家约里奥•居里夫妇也正进行着类似的实验。1932年1月，他们重复了玻特和贝克尔的实验，对这种射线进行了研究。他们在铍板和测量仪器之间放置各种物质。结果发现，把石蜡板插入后，仪器所记录到的效应要比插入前强得多；而且记录到的是质子。没有石蜡板时，是不带电的射线。这表明石蜡在这种铍射线照射下，会发射出大量质子。他们肯定了石蜡发出的是质子流，遗憾的是，他们没有摆脱玻特的错误解释，也把铍辐射看成是γ射线。1月18日，他们发表了相关实验结果和评论。由于他们对理论的轻视，使他们白白失去了一次发现中子的机会。

约里奥•居里夫妇的实验结果引起了查德威克的注意，但他并不同意居里夫妇的解释。在铍辐射的研究中，查德威克用这种射线先后辐射轻、重不同的几种元素，结果发现射线的性质与通常的γ射线有所不同。当这种射线轰击氢原子和氮原子时，打出了一些氢核和氮核。由此，他断定这种射线不可能是γ射线。因为通常的γ射线照射到物质上时，物质密度越大，对γ射线吸收得越厉害，而这种射线性质刚好相反，密度越小的物质越容易吸收它。

当查德威克用这种射线轰击氢原子核时，发现它被反弹回来，说明这种射线是具有一定质量的中性粒子流。通过对反冲核的动量测定的结果，再利用动量守恒定律进行估算，确定出这种射线中性粒子的质量几乎与质子的相同。查德威克这时才意识到原来玻特和贝克尔最先观察到的这种辐射应当就是卢瑟福所提出的质子与电子的复合体。他沿用了美国化学家哈金斯的中子这个名称作为对这种粒子的正式命名，并在1932年的《自然》杂志上发表了《中子可能存在》的论文。

『伍』 “质子”是怎样被发现的

1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验，实验装置如图所示，容器C里放有放射性物质A，从A射出的α粒子射到铝箔F上，适当选取铝箔的厚度，使容器C抽成真空后，α粒子恰好被F吸收而不能透过，在F后面放一荧光屏S，用显微镜册来观察荧光屏上是否出现闪光。通过阀门T往C里通进氮气后，卢瑟福从荧光屏S上观察到了闪光，把氮气换成氧气或二氧化碳，又观察不到闪光，这表明闪光一定是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的。

卢瑟福把这种粒子引进电场和磁场中，根据它在电场和磁场中的偏转，测出了它的质量和电量，确定它就是氢原子核，又叫做质子，通常用符号卢瑟福把这种粒子引进电场和磁场中，根据它在电场和磁场中的偏转，测出了它的质量和电量，确定它就是氢原子核，又叫做质子，通常用符号表示。

(5)查德威克发现中子实验装置扩展阅读

一、发现人

欧内斯特·卢瑟福（英语：Ernest Rutherford，1st Baron Rutherford of Nelson，1871年8月30日－1937年10月19日）

英国著名物理学家，知名为原子核物理学之父。学术界公认他为继法拉第之后最伟大的实验物理学家。

二、反质子

反质子（英语：antiproton），粒子类型为复合粒子，质子的反粒子，其质量及自旋与质子相同，且寿命也与质子相当，但电荷及磁矩则与质子相反，带有与电子相同的负电荷。与质子相遇时会湮灭，转化为能量。

参考资料来源：网络-质子