欧内斯特·卢瑟福被公认为是二十世纪最伟大的实验物理学家,在放射性和原子结构等方面,都做出了重大的贡献。他还是最先研究核物理的人。除了理论上非常重要以外,他的发现还在很大范围内有重要的应用,如核电站、放射标志物以及运用放射性测定年代。他对世界的影响力极其重要,并正在增长,其影响还将持久保持下去。他被称为近代原子核物理学之父。
1871年8月30日生于新西兰纳尔逊的一个手工业工人家庭。并在新西兰长大。他进入新西兰的坎特伯雷学院学习。23岁时获得了三个学位(文学学士、文学硕士、理学学士)。1895年在新西兰大学毕业后,获得英国剑桥大学的奖学金进入卡文迪许实验室,成为汤姆孙的研究生。提出了原子结构的行星模型,为原子结构的研究做出很大的贡献。1898年,在汤姆孙的推荐下,担任加拿大麦吉尔大学的物理教授。他在那儿呆了9年。于1907年返回英国出任曼彻斯特大学的物理系主任。1919年接替退休的汤姆孙,担任卡文迪许实验室主任。1925年当选为英国皇家学会主席。1931年受封为纳尔逊男爵,1937年10月19日因病在剑桥逝世,与牛顿和法拉第并排安葬,享年66岁。
科学成就
1、他关于放射性的研究确立了放射性是发自原子内部的变化。放射性能使一种原子改变成另一种原子,而这是一般物理和化学变化所达不到的;这一发现打破了元素不会变化的传统观念,使人们对物质结构的研究进入到原子内部这一新的层次,为开辟一个新的科学领域——原子物理学,做了开创性的工作。
2、1911年,卢瑟福根据α粒子散射实验现象提出原子核式结构模型。该实验被评为“物理最美实验”之一。
3、质子的发现:1919年,卢瑟福做了用α粒子轰击氮核的实验。他从氮核中打出的一种粒子,并测定了它的电荷与质量,它的电荷量为一个单位,质量也为一个单位,卢瑟福将之命名为质子。
4、他通过α粒子为物质所散射的研究,无可辩驳的论证了原子的核模型,因而一举把原子结构的研究引上了正确的轨道,于是他被誉为原子物理学之父。由于电子轨道也就是原子结构的稳定性和经典电动力学的矛盾,才导致玻尔提出背离经典物理学的革命性的量子假设,成为量子力学的先驱。
5、人工核反应的实现是卢瑟福的另一项重大贡献。自从元素的放射性衰变被确证以后,人们一直试图用各种手段,如用电弧放电,来实现元素的人工衰变,而只有卢瑟福找到了实现这种衰变的正确途径。这种用粒子或γ射线轰击原子核来引起核反应的方法,很快就成为人们研究原子核和应用核技术的重要手段。在卢瑟福的晚年,他已能在实验室中用人工加速的粒子来引起核反应。
α粒子是什么?
α粒子质量为6.64×10^-27kg。α粒子带正电荷,由两粒带正电荷的质子和两粒中性的中子组成,相等于一个氦原子核。由于带正电荷,它会受电磁场影响。在自然界内大部分的重元素(原子序数为82或以上)都会在衰变时释放它,例如铀和镭。由于α粒子的体积比较大,又带两个正电荷,很容易就可以电离其他物质。因此,它的能量亦散失得较快,穿透能力在众多电离辐射中是最弱的,在空气中只能前进几厘米,人类的皮肤或一张纸已能隔阻α粒子。其速度可以达到光速的十分之一。
不过如果人类吸入或进食具有α粒子放射性的物质,譬如吸入了辐射烟尘,α粒子就能直接破坏内脏细胞。它的穿透能力虽然弱,但由于它的电离能力很强,它对生物所造成的危害并不下于其他辐射。α粒子是带正电的高能粒子(He原子核),它在穿过介质后迅速失去能量。它们通常由一些重原子(例如铀,镭)或一些人造核素衰变时产生。α粒子在介质中运行,迅速失去能量,不能穿透很远。但是,在穿入组织(即使是不能深入)也能引起组织的损伤。α粒子通常被人体外层坏死肌肤完全吸收,α粒子释放出的放射性同位素在人体外部不构成危险。然而,它们一旦被吸入或注入,那将是十分危险。α粒子能被一张薄纸阻挡。
α粒子就是氦原子核,电子全部剥离,也就是He2+,相对质量为4,速度为光速的1/10。
β粒子就是电子,也就是e-,质量非常小,速度可达光速9/10。
γ粒子就是光子,即电磁波,静止质量为0,速度为光速。