（西北民族大学 电气工程学院 甘肃兰州 730100）
摘要：概述了原子核物理发展简况,着重介绍了 2 1世纪前期原子核物理发展趋势.原子能科学将会得到更大的发展，原子反应堆被用来发电和作为机器的动力正在迅速推广，放射性同位素的应用正在日益普遍，而热核反应的控制和高能核物理的进一步研究，是当前突出的重要科学课题。基于原子核射线的探测和粒子加速器的进一步探索，我们将围绕这两块展开讨论。
关键字：无线电 原子核物理 探究
1 引言
无线电是许多学科、包括各种尖端学科的重要基础之一。作为其他学科的有力助手，掌握无线电电子学技术，可以大大提高工作效率以及测量的灵敏度和准确性，从而促进他们的发展。比如水下雷达（也叫“声纳”）就是一个典型的例子，它说明无线电电子学是现代声学的基础，在和许多尖端科学技术的关系中，无线电电子学和原子能科学的关系特别密切。下面我们就分析无线电在原子核物理中的应用。
2 原子核射线的探测
在原子核结构的研究、放射性同位素的应用以及原子反应堆的控制等工作中，都要对原子核中放射或分裂出来的微粒或者射线进行探测，而探测技术中最重要的是无线电电子技术。研究和利用原子能要求逐步深入地了解原子核的结构。我们知道，原子是很小的，它的直径只有约十亿分之一厘米。原子核更是小的物质，它的直径只是整个原子的几万分之一。但是，物理学家却通过在不同的条件下，从原子核中放射和分裂出来的微粒或者射线，去了解它内部所含的是些什么东西。科学家们还利用高速度、高能量的粒子去打击原子核，看看它会有什么反应，从而推测出它的内部情况。有了这些资料的积累，再加上理论和一定的假设，才能得出它的结构轮廓。为此，在实验中必须要有办法发现和探测那些粒子和射线，知道他们的速度、能量的大小和数目的多少等等。最有效的办法是把粒子或者射线的活动转换成电的变化，用电子学的方法来测量和表示出来。将粒子或者射线的活动转换成电现象的器件是“计数器”。对于带电的粒子或者射线，可以用内部含有的特殊气体的计数器来达到目的。计数器内的气体分子本来是中性不带电的，当带电粒子以高速度通过计数器时，一路上和它相碰的气体分子便被分解为电子和带正电的离子，只要用一个电极把电子或者离子上的电荷聚集起来，便得到一股电流。这样，一个粒子通过，我们便可以得到一个电流的冲击。原子能实验室中最常见的计数器叫做盖革计数器，它依据的便是上面所说的原理。对于具有光的特性的γ射线，则可以用光电转换的器件变成电。这种计数器叫做闪烁计数器。这些计数器所得出的电变化都是脉冲形式的。显然在雷达和电子计算机技术应用的许多处理电脉冲的电子线路，在这里都可以应用，诸如把它放大、把它显示出来，还可以记录它们的数目和作其他的测量。
我们知道，发现新的基本粒子和了解某些原子核的结构状态，对于原子核物理研究有很大的意义。有些粒子和核态的存在时间非常短促，出现之后，很快地便会转变成不同的状态，真是瞬息转变，没有抓住观察，便会丧失良机。像有几种“介子”的寿命便只有十亿分之一秒或者更短。但是，仍然可以用电子学的办法测量出来。放射性同位素可以在工业、农业、生物学和医学等方面普遍应用，已经成为众所周知的事实。但是，怎样才能测出它的存在，它的分量多少，它到了植物、动物或者人体的哪一部分呢？还是要靠对它所放射出的射线的测量，也就是主要得用电子学的方法。举一个例子：各种应用中很重要的一种是利用放射性同位素作为示踪之用。在试验农作物对某种元素的吸收作用时，要知道它到达了枝叶的哪一部分，方法是在这种元素中渗入少量相同放射性同位素，叫做示踪原子。它在枝叶中渗入时，一路上放射出射线，我们便可以用电子计算机器跟踪它的去向了，总之，哪里用到放射性同位素，哪里便得同时有电子计数器。同位素的应用范围扩大了，电子学也就跟着扩大它的应用范围。原子反应堆的控制，也需要知道它的燃料--铀所发出的射线的强度。当铀分裂的时候，在放出巨大能量的同时，还放射出中字射线。射线太强了，就表示反应太强烈了，需要减弱；相方地，射线太强了，就表示反应太强烈了，需要减弱；相反地，射线弱了，反应就需要加强。这样，射线强弱的数据便可以用来自动调节反应堆，使它稳定地工作。因此，反应堆中便需要有探测中子射线的电子设备（中子本身虽然是不带电的粒子，但是其他种原子被它打击后，扔可以放射出带电的粒子，故能够被电子设备测出）。此外，反应堆自动控制技术本身，也是和电子学分不开的。
3 粒子加速器的进一步探索
除了观察放射性物质的射线以外，有时还主动用高速粒子去撞击原子核，看看它们起什么反应。基本粒子虽小，但总是还有一定的质量，当它们被加到很高速度时，便具有大的运动能量。正像飞行着的一颗“炮弹”，打中了原子核，便会敲出一些碎片，或者改变了核内的状态；至少也会在撞击中改变“炮弹”自己的运动方向。从这些资料便可以推测出原子核和有些粒子的内部情况。粒子被加速得愈快，能量愈高，撞击愈有力，便愈可以深入核的内层，打开新的粒子，揭开物质更内部的秘密。那么，怎样才能把微粒加速，得到这些轰击原子核的小的“炮弹”呢？办法是利用各种类型的粒子加速器。而大部分粒子加速器的制作，又是和无线电电子学分不开的。
较早制出的加速单电粒子的设备是静电加速器。当粒子从电场的一端跑到另一端时，它便可以获得能量，电场愈高，粒子获得的能量就越大，增加的速度也就越高。但是要从这类加速器中得到很高能量的粒子是有困难的，因为它所需要的电压太高了，不容易获得。后来人们就想到，如果用不太高的电压，但却是不止一次地推动粒子，不也可以把它逐步加速到很高的能量吗？这个方法首先在质子回旋加速器中得到成功，如下图所示。
回旋加速器中有一对极其强大的电磁铁，在磁铁中间的两个半圆电极上，加有高频率的电振荡，在每一个振荡周期里，电极缝隙间的电压正负交换两次。从中心的发生器（质子源）发出来的质子，同时受到电场的吸引力与之垂直的磁场的作用。根据物理学的基本原理，在这两种力量的作用下的质子所走的路线是圆形的轨道。质子每转一圈，要经过电极的缝隙两次。如果高频率振荡的周期刚好与质子转圈的周期一样，那么，它们每经过缝隙时都正好遇到使它加速的电压极性。这样，它们每次都被狠狠地往前推了一把，每推一把后它便跑的更快一点，而跑的圆圈也大一点。这样，只要利用不太高的电压的高频率振荡，便可以得到几百万伏特的能量。而在静电加速器 里要得到这么大的能量，就得用几百万伏的高电压才行。前面介绍过的无线电技术中常用高频率振荡产生器，便可以用到这里。而事实上，回旋加速器里所用的振荡源，和大功率的短波发射机里所用基本是一样的。这类加速器所能得到的质子能量，最大达几千万电子伏特。其他回旋加速器的基本原理和上面的差不多，但是在技术上都有很大的改进，而且规模越来愈大。这是因为要发现深藏在核内部的新的基本粒子和打碎那些原以为不可分割的粒子，要求有更高能量的“炮弹”去冲击才行。现在国际上做到的同步加速器，可以达到五千亿电子伏特以上。这种加速器的规模是很大的，圆形磁铁的直径以公里计，电子振荡器的功率很大，所用的电子探测仪器成千台。它是高能物理学研究中不可缺少的装备。
还有一种直线型的粒子加速器，它不用电磁铁，带电粒子所走的路程是直线的。但是，在途中也是被高频率电压加速很多次获得高能量，这种加速器系用超短波或者微波振荡作为能量源。它可以作为更高能量的回旋加速器的预先加速设备，将粒子预先加速到一定的能量，注入到回旋加速器里，再进一步加速到所需的特高能量较低能量的电子加速器，除了应用于原子能和高能物理学研究工作以外，还用到生物学和医学工作中。例如，利用这样的高能电子来杀菌和抑制癌细胞的生长等。
4 结论
原子能科学还将会得到更大的发展，原子反应堆被用来发电和作为机器的动力正在迅速推广，放射性同位素的应用正在日益普遍，而热核反应的控制和高能核物理的进一步研究，是当前突出的重要科学课题。它们的发展都和电子学的帮助分不开。今后这两个学科将会共同地为我国的社会主义建设和基础学科的发展更好地做出贡献。
参考文献
[1]华中师范大学物理科学与技术学院[J]. 大学物理,2006,(09):63.
[2]张焕乔. 原子核物理的新发展[J]. 北京大学学报(自然科学版),2010,(S1):34-37.
论文作者:李庆庆,劳国项,刘蓉
论文发表刊物:《电力设备》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/4
标签：粒子论文; 射线论文; 原子核论文; 加速器论文; 能量论文; 核物理论文; 无线电论文; 《电力设备》2017年第11期论文;