用質子,也就是氫原子核去轟擊氘原子核,這個想法完全是出於盧瑟福在得知陳慕武從液態氫中分離出氫的同位素這個訊息之後的一廂情願不切實際的想法。
先不說製備氘氣的難易程度,反正自從陳慕武發現氘之後,英國空氣公司就承接了用量不大的各個大學的氘氣生產工作——雖然他們是和陳慕武採用同樣的蒸餾法,純度不高。
用氘當靶子純純費力不討好,首先常溫常壓下,氘是氣體,不好控制。
其次,氘原子核中有一個質子和一箇中子,中子數佔比百分之五十。
而氦原子核中有兩個質子和兩個中子,中子數佔比仍然是百分之五十。
當然,氦也有和氘同樣的毛病,那就是它也是氣體。
但是來到鋰原子這裡,它有三個質子和四個中子,中子數佔比已經超過了一半。
如果真的能用質子從原子核裡把中子給轟擊出來的話,那也應該選用這種轟擊到中子的機率更高的原子來當靶子。
更何況陳慕武還知道,無論用質子轟擊氘、氦還是鋰原子核,是絕對不會把原子核裡面的中子給打出來的。
但是用質子來轟擊鋰原子核,確實是一個可行的實驗。
在摸著別人的石頭過河這件事上,陳慕武最有發言權。
他這次要摸的不是別人,正是現在在旁邊,協助他設計製造質子源的考克羅夫特。
原來的歷史當中,考克羅夫特在卡文迪許實驗室裡研製成功粒子加速器之後,做的第一個實驗,就是用被加速器加速過後的高能質子,去轟擊用鋰金屬製成的靶子。
用鋰金屬做靶子的好處有兩點:
第一是它是固體,雖然化學性質很活潑,但總比看不見摸不著的氫(氘)氣和氦氣要好控制得多。
第二,則是因為鋰原子的原子序數小,半徑也小,核內的核子數不多,也就是俗稱的輕核。
這樣一來,被加速過後的高能質子,就能很容易地進入到原子核的內部,和這個原子核發生核嬗變反應。
對於質子和鋰原子核,這兩者之間具體的核反應是,質子進入到鋰核內部,把原子核的核電荷數從三變成四。
三個質子四個中子的鋰-7,也跟著變成了四個質子四個中子的鈹-8。
元素週期表上,鈹的相對原子質量是9,這也就是說,地球上出現的大部分穩定的鈹元素,都是以四個質子和五個中子的鈹-9形態出現的。
對鈹而言,鈹-8只是一種不穩定的同位素,經由轟擊產生以後,很快就會因為不穩定而分裂,均勻地分裂成為兩個相同的氦原子核。
換言之,在靶子位置處的鋰元素,經過高能質子的轟擊以後,會發射出兩個阿爾法粒子。
這個核反應,除了是第一次利用人工加速的粒子對原子核進行核嬗變之外,還能第一次從實驗上證明愛因斯坦質能方程的正確性。
不論是反應前的質子和鋰原子,還是反應後的兩個阿爾法粒子的質量,測量這些粒子的質量,對現代科學水平發展而言完全沒有問題,都是很容易就能在實驗室中得到具體數值的。
只要做兩個簡單的加法計算,和一個同樣簡單的減法計算,就能很容易地得出,反應前和反應後的粒子質量和不一致,也就是產生了所謂的質量虧損。
&nc,很容易就能計算出,這一部分質量虧損,轉化成的能量是多少。
而這一部分能量,當然不會憑空消失不見。
只要再去對剛剛那個核反應測量一下反應全程釋放出來的結合能,並把實驗資料和理論計算得出來的進行對比,就能知道愛因斯坦的理論是對是錯了。
原來的歷史程序中,愛因斯坦早在1905奇蹟年的時候,就提出來了這個公式。
可直到二十七年後,才最終被考克羅夫特在他的粒子加速器中獲得證實。
這期間的時間跨度,實在是太大了一些。
但這同時也能夠說明,偉大而天才的愛因斯坦,他是多麼地富有遠見!
這一次陳慕武雖然把實驗驗證的時間往前提早了五六年,可依然不會讓愛因斯坦的偉大因此被削減一絲一毫。
這個實驗好做,而且還能出成果,比老師盧瑟福那個不切實際的幻想要好太多了。
但他不能和考克羅夫特具體解釋這背後的一系列彎彎繞繞,只好隨便編了幾句謊話,把他給糊弄過去。