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原子核物理学

简称核物理，是20世纪新建的一个物理学分支。它研究核的结构和变化规律；射线束的获得、探测
和分析技术；以及同核能、核技术应用有关的物理问题。它是一门既有深刻理论意义，又有重大实践意义
的学科。

初期1896年，A.-H.贝可勒尔发现天然放射性,这是人们第一次观察到的核变化。通常就把这一重

大发现看成是核物理学的开端。此后的40多年，人们主要从事放射性衰变规律和射线性质的研究，并且
利用放射性射线对原子核做了初步的探讨，这是核物理发展的初期阶段。
在这一时期，人们为了探测各种射线，鉴别其种类并测定其能量，初步创建了一系列探测方法和测量
仪器。大多数的探测原理和方法在以后得到了发展和应用，有些基本设备,如计数器、电离室等,沿用至今。
探测、记录射线并测定其性质，一直是核物理研究和核技术应用的一个中心环节。
放射性衰变研究证明了一种元素可以通过α衰变或β衰变而变成另一种元素，推翻了元素不可改变
的观点，确立了衰变规律的统计性。统计性是微观世界物质运动的一个重要特点，同经典力学和电磁学规
律有原则上的区别。
放射性元素发射的能量很大的射线，特别是α射线，在当时，为探索原子和原子核提供了一种前所
未有的武器。1911年，E.卢瑟福等人利用α射线轰击各种原子,观测α射线所发生的偏折，从而确立了原
子的核结构,并提出了原子结构的行星模型。这一成就为原子结构的研究奠定了基础,首次提出了原子核这
个名词。此后不久,人们便初步弄清了原子的壳层结构和电子的运动规律，建立和发展了描述微观世界物质
运动规律的量子力学。
1919年，卢瑟福等又发现用α粒子轰击氮核会放出质子（氢原子的原子核），这是首次用人工实现的
核蜕变(核反应)。这一发现受到许多核物理学家的重视。用射线轰击原子核来引起核反应的方法逐渐成为
研究原子核的主要手段。在初期的核反应研究中，最主要的成果是1932年中子的发现和1934年人工放
射性核素的合成。原子核是由中子和质子组成的。中子的发现为核结构的研究提供了必要的前提。中子
不带电荷，不受核电荷的排斥，容易进入原子核而引起核反应。因此，中子核反应成为研究原子核的重
要手段。
在30年代中，人们还通过对宇宙线的研究发现了正电子和介子（后来称为X子,是一种轻子），这些
发现是粒子物理学的先河。
20年代后期，人们已在探讨加速带电粒子的原理。到30年代初,静电、直线和回旋等类型的加速器已
具雏形，人们并在高压倍加器上进行了初步的核反应实验。利用加速器可以获得束流更强、能量更高和种
类更多的射线束，从而大大扩展了核反应的研究工作。此后，加速器逐渐成为研究原子核和应用技术的必
要设备。
在核物理发展的最初阶段人们就注意到它的可能的应用，并且很快就发现了放射性射线对某些疾病的
治疗作用。这是它在当时就受到社会重视的重要原因。直到今天，核医学仍然是核技术应用的一个重要领
域。

大发展时期40年代前后，核物理进入一个大发展的阶段。1939年，O.哈恩和F.斯特拉斯曼发

现了核裂变现象。1942年,E.费密建立了第一个链式裂变反应堆。这是人类掌握核能源的开端。核能是
发展潜力很大的一种能源,利用核能制成的核武器又具有空前的破坏力。为了有效利用核能源和发展核武
器，需要解决一系列复杂的科学技术问题。核物理和核技术是其中重要的一环。在这种形势下,核物理研究
飞跃发展,成为国际上竞争十分剧烈的科技领域。这一阶段持续了30年左右，在此期间粒子加速和探测技
术得到很大的发展。在30年代，人们最多只能把质子加速到106eV的数量级,而到70年代,人们已能把质
子加速到4×1011eV，并且可以根据工作需要产生各种能散度特别小、准直度特别高或者流强特别大的束
流。目前，常用的加速器已投入工业生产，成千上万台加速器在研究所、大学、工厂和医院中运转。40年
代以来，粒子探测技术也有了很大的发展。半导体探测器的应用大大提高了测定射线能量的分辨率。核

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电子学和计算技术的飞速发展从根本上改善了获取和处理实验数据的能力，同时也大大扩展了理论计算
的范围。所有这一切，开拓了可观测的核现象的范围，提高了观测的精度和理论分析的能力，从而大大促
进了核物理研究和核技术的应用。通过大量的实验和理论研究，人们对原子核的基本结构和变化规
律有了较深入的认识。基本弄清了核子(质子和中子的统称)之间的相互作用的各种性质,对稳定核素或寿命
较长的放射性核素的基态和低激发态的性质已积累了较系统的实验数据。并通过理论分析，建立了各种适
用的模型。例如成功地解释了核的壳层结构的核壳层模型，解释了原子核的转动振动等集体运动的综合
模型,解释了偶偶核某些行为的超导模型,从分析核子运动的某些动力学对称性出发的相互作用玻色子模型
等。直接从量子力学多体方程式和实际核力出发的核多体