公共基礎(chǔ)知識之核世界奧秘的探索(2)
從上式可看出,核反應(yīng)的最終結(jié)果生成了兩個α 粒子。根據(jù)力學(xué)定律,它們應(yīng)該帶著相同的能量,向相反方向飛出,這可從威爾遜云室所攝取的照片上所觀測到的向相反方向成對飛出的α 粒子徑跡得到驗證。另外,根據(jù)它們在空氣中的射程(為8.4 厘米),求得其能量各為8.8 兆電子伏。
由此可見,核反應(yīng)結(jié)果所得能量竟然是入射質(zhì)子能量0.7 兆電子伏的25 倍。這就預(yù)示著人們將可從核反應(yīng)過程中取得巨大的能量。
而另外一種加速器是在1931 年由美國物理學(xué)家范德格喇夫建造而成的。他突破了倍壓加速器在高電壓上的限制,首先應(yīng)用動帶式靜電起電機獲得了高達1.5 百萬伏電勢差。后人為了紀念他,就把這種類型的粒子加速器稱作為范德格喇大靜電加速器。其主要部件高壓電極的直徑1~2 米。而到了1933 年已大到4.57 米;1936 年達10 米。但最高電壓都不超過3 兆伏。1940 年后又提高到5 兆伏。后來在結(jié)構(gòu)上又作了很大改進,在1955 年發(fā)展成為串列式靜電加速器,每一級為10 兆伏,二級為20 兆伏,三級則為30 兆伏。質(zhì)子流強為4 微安。由于它具有加速能量高、束流品質(zhì)好、能量穩(wěn)定度高等優(yōu)點。所以一直是原子核物理實驗研究工作不可缺少的工具。
與此同時,其它各種類型的“原子炮”也得到了飛速發(fā)展。其中最著名的是美國物理學(xué)家勞倫斯在1931 年設(shè)計制造了第一臺用來加速離子的回旋加速器,它的工作原理是被加速的帶電粒子在兩個扁平的“D”形盒中作圓周運動。D 形盒內(nèi)部是抽高真空的,被加速粒子的圓周運動是由磁場作用所造成的。只有當(dāng)帶電粒子通過交變電場時才能被不斷加速獲得能量。勞倫斯的第一臺回旋加速器的磁極直徑只有10 厘米,加速電壓為2000 伏,能把氫離子加速到8 萬電子伏。到了1932 年,他把直徑增大到27 厘米,質(zhì)子能量可加達到1.2 兆電子伏;1993 年,磁極直徑已達1.5 米,磁鐵重220 噸,能把質(zhì)子核氘核分別加速到10 和20 兆電子伏。束流強度可達每秒6 兆億個氘核,所以說加速器的效能的確是十分巨大的。
但是,回旋加速器卻不能加速質(zhì)量極小的電子。而世界上第一臺用于加速電子的電子感應(yīng)加速器是在1940 年建成的,當(dāng)時只能把電子加速到2.3 兆電子伏。1942 年建成20 兆電子伏的電子感應(yīng)加速器。到了1945 年,電子能量又提高到100 兆萬電子伏。而目前世界上最大的一臺電子感應(yīng)加速器能把電子加速到315 兆電子伏。
(編輯:姜芃)