快质子的人工产生

约翰·考克饶夫，欧内斯特·瓦耳顿

编者按

为了研究原子核的结构，20世纪30年代的物理学家需要把探测粒子加速到很高的能量。剑桥大学的约翰·考克饶夫和欧内斯特·瓦耳顿是首先利用这类技术的人之一。本文中介绍了他们用质子加速仪所作的研究。首先让氢气放电产生质子，随后质子在近一米长的真空管中被高压电极加速，最后在荧光屏上被检测出来。考克饶夫和瓦耳顿测得的质子速度高达1.16×109 cm/s。后来这两位物理学家利用这个设备首次实现了原子的人工裂变，或称原子核的“蜕变”，他们因此获得了1951年的诺贝尔物理学奖。　　英文

为了研究高速正离子的性质，我们在卡文迪什实验室设立了一个高能实验室。由高压变压器输出的电压，经过特殊设置的整流器和电容器整流后，其值提高为4倍，最后可以得到800千伏的稳定工作电压。当电压的稳定度达到1%～2%时，我们就可以获得毫安级的电流。　　英文

我们使氢电离制得的质子沿着两个直径为14英寸，长为36英寸的玻璃圆管的轴线向下运动，质子被由整流器得到的稳定电压加速。然后它们会通过一个云母窗进入处于大气压下的实验靶室，云母片对质子的阻止作用相当于约1 mm厚的空气。在靶室中很容易观察到空气在质子的轰击下发出冷光的现象。　　英文

利用荧光屏作为探测器可以测量质子在空气和氢气中的射程。一个速度为109 cm/s的质子在处于标准温度和压强下的空气中的射程是8.2 mm，而在相同条件下在氢气中的射程是3.2 cm。我们测量的射程与布莱克特关于质子和α粒子相对射程的基本结论一致，但在两种气体中射程的绝对值都偏低。用电离方法测量射程和阻止本领，我们得到的结果会更精确。　　英文

目前能获得的质子的最高能量为710千伏，相应的速度为1.16×109 cm/s，在标准条件空气中的射程为13.5 mm。用我们现在的设备提高到800千伏是完全可以做到的。　　英文

（沈乃澂　翻译；尚仁成　审稿）