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《核能應(yīng)用與發(fā)展》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、1.序言1.1經(jīng)典物理學(xué)和量子力學(xué)在這本書中介紹的原子和量子物理學(xué)，基本上是本世紀(jì)前第三的產(chǎn)物。經(jīng)典物理學(xué)的分支如力學(xué)、聲學(xué)、熱力學(xué)和光學(xué)必須擴大時，作為物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)知識增加的結(jié)果，原子和量子成為了物理學(xué)研究的對象。因此，在第二十世紀(jì)，經(jīng)典物理學(xué)已經(jīng)由原子物理和光或能量量子物理進(jìn)行了補充。原子物理學(xué)的目標(biāo)是對原子結(jié)構(gòu)及其相互作用的理解以及對電場與磁場的相互作用的理解。原子是由帶正電荷的原子核和帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成的。這些粒子相互作用的電磁力在經(jīng)典物理學(xué)中是眾所周知的。單獨在這些相互作用力基礎(chǔ)下原子核的物理現(xiàn)象是不能夠解釋的。一個新的作用力——核強相
2、互作用力——決定了核的結(jié)構(gòu)，并且典型的結(jié)合能是大于那些原子中的電子的數(shù)量級的。因此原子核的研究，基本粒子的研究以及整個高能物理形成了它們自己的物理學(xué)分支。本書不會探討這些內(nèi)容。1.2簡史單詞原子出自于希臘語并且譯為“不可分割的物質(zhì)”，是物質(zhì)的最小組分，不可能再進(jìn)一步分割。這個概念是在公元前5世紀(jì)和前4世紀(jì)中期被希臘自然哲學(xué)家引入的。最早的物質(zhì)結(jié)構(gòu)原子理論是由德謨克利特（公元前460~370年），柏拉圖（公元前429~348年）和亞里士多德（公元前384~322年）提出的。它經(jīng)歷了兩千多年才使這種推理的原子論演變成為現(xiàn)代意義上的精確的原子物理學(xué)。原子
3、這個詞的含義如果翻譯成拉丁語的話就會產(chǎn)生更少的誤解：不可分割的物質(zhì)是大型集合中的最小的單元，它擁有這個集合中所有的本質(zhì)特征。從這個意義上說，原子實際上就是不可分割的。誠然，有一種是可以的，把一個氫原子分離成一個質(zhì)子和一個電子，但是氫在分離的過程中就已經(jīng)被破壞了。例如沒有一個人能在氫原子光譜上觀察它的光譜線特征。原子論按照現(xiàn)代科學(xué)的理解首先被發(fā)現(xiàn)于物質(zhì)之中，然后是電子，最后是能量。物質(zhì)的原子論，有一個公認(rèn)的事實那就是所有的化學(xué)成分室友原子組成的，這是根據(jù)化學(xué)研究推斷的。恒量定律和倍比定律分別是由J.L.普魯斯特和道爾頓約在1799年和1803年提出，
4、這些定律可以很簡單地解釋原子假說。反應(yīng)方程式14gN+16gO=30gNO14gN+32gO=46gNO2意思就是氮和氧原子的重量是相關(guān)的14:16只有整個原子相互作用，第一個原子模型（W.普羅特1815）是假設(shè)除了氫原子之外的所有元素的原子是組成整體的。作為一個啟發(fā)性原理，這個假設(shè)最終基于化學(xué)性質(zhì)形成了有序元素的體系，L.邁耶和D.I.門捷列夫化學(xué)周期系。更多關(guān)于這個學(xué)科的內(nèi)容會在化學(xué)入門教材講到。幾乎在同一時間（1808年），蓋-呂薩克發(fā)現(xiàn)不僅是質(zhì)量而且氣態(tài)反應(yīng)物的量都是以整數(shù)的定量發(fā)生的。在上面的例子1體積N+1體積O產(chǎn)生2體積NO1體積N+
5、2體積O產(chǎn)生2體積NO2相似的觀察形成了阿伏伽德羅假設(shè)：同等體積的氣體在相似的狀態(tài)下（壓強，溫度）包含同等數(shù)量的分子。在19世紀(jì)間對氣體的繼續(xù)研究調(diào)查引出了熱原子論，它對熱量在通常的情況下進(jìn)行了解釋，尤其是在一系列的原子運動和原子間碰撞的熱力學(xué)定律。大約在1870年，這一首個理論包含了整個物理學(xué)分支，氣體分子運動論由物理學(xué)家克勞修斯和玻爾茲曼完成。電磁感應(yīng)是在1833年被英國科學(xué)家邁克爾法拉第發(fā)現(xiàn)的，基于對電解液體非常仔細(xì)測量的定量計算，他用公式表達(dá)了他著名的定律：分解的元素的電量與電荷傳輸過程的電量成正比，不同的元素被相同電量的電荷分離成等效權(quán)重
6、。由此法拉第總結(jié)出：原子的帶電成分是在它的質(zhì)量與電荷定義后70年，這個帶電物質(zhì)就是電子與物質(zhì)的原子相關(guān)。原子能的發(fā)現(xiàn)可以追溯到底：1900年十二月14號，在那次柏林物理學(xué)會的演講中普朗克給出了黑體輻射規(guī)律的推導(dǎo)。為了推導(dǎo)出這些定律，他假定諧波振蕩器的能量只能采取離散的值――對于在經(jīng)典理論中能量值是連續(xù)的，這是相當(dāng)矛盾的。這一天可以稱為量子理論的誕生日。原子與量子物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展是這本書的主題。我們對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識受到了光學(xué)譜研究的強烈影響。在1860年基爾霍夫和本生發(fā)現(xiàn)光學(xué)光譜所發(fā)射或吸收的光的元素的特征后，巴爾默在原子光譜中成功地找到一個有序原
7、理，用公式8.1表示，這個公式是以他的名字命名并描述了氫原子的發(fā)射譜線?；诒R瑟福提出的原子模型，玻爾才能夠在1913年用公式表示原子中電子軌道的量子化的基本原則。這些量化的規(guī)則是由索末菲大大推廣的。通過玻恩，海森伯，薛定諤，泡利，狄拉克和其他研究人員在1920年到1930年的十年之中取得了實際突破。當(dāng)前研究關(guān)心的原子物理問題：——關(guān)于原子的電子殼層結(jié)構(gòu)及其激發(fā)的越來越詳細(xì)的描述——原子與輻射場的相互作用，以其在光泵浦（第二十一章）和激光物理（第二十二章）中的應(yīng)用為例原子物理基礎(chǔ)研究原子數(shù)據(jù)的計算物理學(xué)應(yīng)用科技固體物理學(xué)量子電子學(xué)測定單位理想與缺陷
8、結(jié)構(gòu)激光器，頻率標(biāo)準(zhǔn)，航行，大地測量學(xué)基本常數(shù)化學(xué)物理學(xué)醫(yī)療技術(shù)空間研究分子形成輻射效應(yīng)地球和行星大氣，氣象天體物理學(xué)通信
