朗道新能源(氦-3详细资料大全)

氦-3 (He-3)气体 无色，无味，无臭稳定的氦气同位素气体，一般储存于气瓶中的高压气体，天然氦-3含量是1.38x10 -6 。当其含量增加导致氧气含量低于19.5%时有可能引起窒息，需要配备自吸式呼吸面具。 分子量 3.01603 标准体积 6.032 m3/kg 沸点 -452°F(-270°C)。氚衰变可得到氦-3并放出β射线。

基本介绍 中文名 ：氦-3 英文名 ：He-3 分子量 ：3.01603 CAS登录号 ：14762-55-1 沸点 ：3.19K 外观 ：无色的气体 套用 ：氦-3与氘进行热核反应 未来能源,氦-3的作用,安全性,发现,具体介绍,套用前景,未来新能源,分离方法, 未来能源 氦-3的提取是一个极其复杂的过程。人们首先需要将月球土壤加热到700摄氏度以上，才可以从中提取到氦-3。开发、运送月球上的能源也有很多难题需要解决。比如，需实现月球和地球之间的人、货运输，首先要有足够大推力的运载火箭。另外，要在没有大气包裹的月球表面着陆，主要只能靠反推火箭来缓冲，如何保障安全是一大难题。此外，氦-3提取成功后如何利用呢？这同样是一个技术难题。 因为使用氦-3的热核反应堆中没有中子（氦-3与氘进行热核反应只会产生没有放射性的质子），故使用氦-3作为能源时不会产生辐射，不会为环境带来危害。但是因为地球上的氦-3储量稀少，无法大量用作能源。幸好，根据月球探测的结果，月球上的氦-3含量估计约100万吨以上。 100吨氦-3便能提供全世界使用一年的能源总量。 氦-3的作用 进入到21世纪，新一轮的登月计画再次席卷全球，其中有一个很重要的原因，是为人类社会的持续发展寻找新的能源。在一部非常著名的科幻**《月球》中，我们看到了月球上的氦-3采集基地。月球上的采集员常驻月球采集氦-3，定期把氦-3送回地球，在那一时期，氦-3已经成了地球重要的能源。月球上氦-3含量丰富，但是月球上的氦-3真的可以为我们所用吗？ 月球上氦3分布图 随着世界石油价格的持续飞涨，越来越多的国家和组织开始把目光转向了月球，各国科学家正围绕月球上氦-3的储量、采掘、提纯、运输及月球环境保护等问题悄然开展相关研究。这种在地球上很难得到的特别清洁、安全和高效的核聚变发电燃料，被科学家们称为“完美能源”。也许在未来的某一天，月球将会犹如20世纪中叶的波斯湾。 安全性 安全资料：无毒，会导致窒息。 燃烧性：不燃烧气体 气瓶材质：铁合金，铝 DOT 标签：Green, Nonflammable Gas DOT 危险等级：2.2 UN No.： UN 1046 CAS No. ：7440-59-7 发现 1996年，戴维·李（David M. Lee, 1931~ )、道格拉斯·奥谢罗夫（Douglas D. Osheroff, 1945~）和罗伯特·理查森（Richard C. Richardson, 1937~ ）因发现了氦-3（ 3 He）中的超流动性，共同分享了1996年度的诺贝尔物理学奖。 具体介绍 在自然界，存在着 3 He和 4 He两种同位素。 4 He的原子核有两个质子和两个中子；而 3 He只有一个中子。20世纪30年代末期，卡皮查发现 4 He的超流动性。朗道从理论上解释了这种现象，他认为当温度在绝对温度2.17K时， 4 He原子发生玻色爱因斯坦凝聚，成为超流体，而像 3 He这样的费米子即使在最低能量下也不能发生凝聚，所以不可能发生超流动现象。金属的超导理论（BCS理论）的提出使得人们认为在极低温度下 3 He也可能会形成超流体。但是人们一直未能在实验上发现 3 He的超流动性。20世纪70年代，戴维·李领导的康奈尔低温小组首次发现了 3 He的超流动性，不久，其它的研究小组也证实了他们的发现。 氦气 3 He超流体的发现在天体物理学上有着奇特的套用。人们使用相变产生的 3 He超流体来验证关于在宇宙中如何形成所谓宇宙弦的理论。研究小组用中微子引起的核反应局部快速加热超流体 3 He，当它们重新冷却后，会形成一些涡旋球。这些涡旋球就相当于宇宙弦。这个结果虽然不能作为宇宙弦存在的证据，但是可以认为是对3He流体涡旋形成的理论的验证。 3 He超流体的发现不仅对凝聚态物理的研究起了推动作用，而且在此发现过程中所使用的核磁共振的方法，开创了用核磁共振技术进行断层检验的先河，今天核磁共振断层检验已发展成为医疗诊断的普遍手段。 套用前景 氦-3的巨大套用前景以及登月计画 月球是解决地球能源危机的理想之地，“氦-3”是一种如今已被世界公认的高效、清洁、安全、廉价的核聚变发电燃料。根据科学统计表明，10吨氦-3就能满足我国全国一年所有的能源需求，100吨氦-3便能提供全世界使用一年的能源总量。但氦-3在地球上的蕴藏量很少，人类已知的容易取用的氦-3全球仅有500千克左右。而根据人类已得出的初步探测结果表明，月球地壳的浅层内竟含有上百万吨氦-3。如此丰富的核燃料，足够地球人使用上万年。我国探月工程的一项重要计画，就是对月球氦-3含量和分布进行一次由空间到实地的详细勘察，为人类未来利用月球核能奠定坚实的基础 。 我国的探月计画中，有一件事情是外国从未涉足的：我国计画测量月球的土壤层到底有多厚，这对于我们计算月球氦-3含量意义重大，如果工程顺利，我们估算氦-3的资源含量可能要比前人前进一步。最后，我们将研究地月空间环境，这对于地球环境和人类社会的发展都是至关重要的。 2015年4月，我国科学家利用嫦娥三号“玉兔”月球车的测月雷达数据首次给出了较为可靠的月壤厚度估计，认为前人的估计方法可能普遍低估了月壤厚度和氦-3总储量。 日本报导 日本《外交学者》网站1月7日刊文称，许多国家都在悄悄的为第四代核武器寻找氦-3材料，得到这种无放射性沉降物的材料将成为世界新的霸主，而中国在这场竞争中，获得了胜利。 未来新能源 ① 氦-3是一种清洁、安全和高效率的核融合发电燃料。开发利用月球土壤中的氦-3将是解决人类能源危机的极具潜力的途径之一。 ② 氦-3是氦的同位素，含有两个质子和一个中子。它有许多特殊的性质。根据稀释制冷理论，当氦-3和氦-4以一定的比例相混合后，温度可以降低到无限接近绝对零度。在温度达到2.6mK以下的时候，液体状态的氦-3还会出现“超流”现象，即没有黏滞性，它甚至可以从盛放它的杯子中“爬”出去。然而，当前氦-3最被人重视的特性还是它作为能源的潜力。氦-3可以和氢的同位素发生核聚变反应，但是与一般的核聚变反应不同，氦-3在聚变过程中不产生中子，所以放射性小，而且反应过程易于控制，既环保又安全，但是地球上氦-3的储量总共不超过几百公斤，难以满足人类的需要。科学家发现，虽然地球上氦-3的储量非常少，但是在月球上，它的储量却是非常可观的。 ③ 氦大部分集中在颗粒小于50微米的富含钛铁矿的月壤中。估计整个月球可提供71.5万吨氦-3。这些氦-3所能产生的电能，相当于1985年美国发电量的4万倍，考虑到月壤的开采、排气、同位素分离和运回地球的成本，氦-3的能源偿还比估计可达250。这个偿还比和铀235生产核燃料（偿还比约20）及地球上煤矿开采（偿还比不到16）相比，是相当有利的。此外，从月壤中提取1吨氦-3，还可以得到约6300吨的氢、70吨的氮和1600吨碳。这些副产品对维持月球永久基地来说，也是必要的。俄罗斯科学家加利莫夫认为，每年人类只需发射2到3艘载重100吨的宇宙飞船，从月球上运回的氦-3即可供全人类作为替代能源使用1年，而它的运输费用只相当于如今核能发电的几十分之一。据加利莫夫介绍，如果人类如今就开始着手实施从月球开采氦-3的计画，大约30年到40年后，人类将实现月球氦-3的实地开采并将其运回地面，该计画总似的费用将在2500亿到3000亿美元之间。 分离方法 氦-3等同位素气体的分离主要方法有气体扩散法离子交换法、气体离心法，另外还有蒸馏法、电解法、电磁法、电流法等，其中以气体扩散法最成熟。“浓缩”的使用涉及旨在提高某一元素特定同位素丰度的同位素分离过程，例如从天然铀生产浓缩铀或从普通水生产重水。 气体扩散法——这是商业开发的第一个浓缩方法。该工艺依靠不同质量的同位素在转化为气态时运动速率的差异。在每一个气体扩散级，当高压气体透过在级联中顺序安装的多孔镍膜时，其轻分子气体的气体更快地通过多孔膜壁。这种泵送过程耗电量很大。已通过膜管的气体随后被泵送到下一级，而留在膜管中的气体则返回到较低级进行再循环。在每一级中，浓度比仅略有增加。浓缩到反应堆级的铀-235丰度需要1000级以上。 气体离心法——在这类工艺中，气体被压缩通过一系列高速旋转的圆筒，或离心机。同位素重分子气体比轻分子气体更容易在圆筒的近壁处得到富集。在近轴处富集的气体被导出，并输送到另一台离心机进一步分离。随着气体穿过一系列离心机，其同位素分子被逐渐富集。与气体扩散法相比，气体离心法所需的电能要小很多，因此该法已被大多数新浓缩厂所采用。

物理学的发展历程

物理学是一门有着悠久历史的科学，早在古代，人们在日常生活和生产实践中就积累了一些物理知识，古希腊的亚里士多德曾经写过《物理学》一书，叙述了当时人们的有关物体运动的知识，我国古代的沈括在《梦溪笔谈》中也阐述了许多物理现象。但是，古代的物理学知识主要是依赖直观和思辨总结的，缺乏严格的实验检验。物理学真正成为一门严格的科学是随着实验方法的引入和数学工具的应用才确立的，物理学的发展大致经历了以下几个阶段：

（1）17、18世纪，建立和发展了牛顿力学和热力学，对于蒸汽机、热机、机械工业的发展起到了巨大的推动作用，使人类开始了第一次工业革命。

蒸汽机的发明，在18世纪的工业革命中占有重要的地位，它的发明并非主要依靠经验，而是吸取了当时许多物理学的研究成果。1643年，托里拆利发现了真空。1654年，德国的格里凯通过马德堡半球实验进一步认识了大气压的性质，指出在真空状态下大气压可以转变为机械力，并发明了真空泵。1662年，英国科学家玻意耳在格里凯实验的影响下，进一步研究了大气压的性质，并发现了有名的玻意耳定律。1695年，在玻意耳的指导下，法国物理学家巴本终于发明了带活塞的蒸汽机。1705年，经过英国的工程师塞维利和锻工出身的技术家钮可门等人的改进，蒸汽机的性能有了一些提高。后来，英国的著名发明家瓦特对钮可门蒸汽机的性能做了重大改进，在此过程中，瓦特应用了物体的比热和水转化为蒸汽的潜热等物理概念来计算不同大小蒸汽机的蒸汽消耗量，并采取了把冷凝器和主气缸分开的关键性措施，使得蒸汽机的效率大大提高。1768年，近代蒸汽机作为整个工业的“万能原动机”首次出现，并广泛应用于工业中，这也成为第一次工业革命的标志。

除了蒸汽机的发明以外，在17世纪和18世纪，机械技术在各个领域得到了应用和发展，如航海中利用机械技术改进船的推力；确定船在海洋中的位置；矿井中提取矿石、排气排水；粉碎矿石；军事中有关火炮内力作用、空气弹道和空气阻力的计算，等等，所有这些，都是在牛顿力学的基础上得以发展的。

（2）19世纪，建立和发展了经典电磁理论，促进了工业电气化、无线电通信等的发展，使人类开始了第二次工业革命，进入了应用电能的时代。

进入19世纪以后，物理学对技术发展影响的特点是物理原理转变为物质成果的速度大大加快了，如果说牛顿力学、热力学用了100～200年的时间才完成了理论到技术的渗透和转化，那么从电磁理论到电气技术的转变，一般只用了几十年，甚至十几年。1820年，奥斯特在自然统一性哲学观点的指导下，第一次把电、磁现象联系起来，发现了电流的磁效应。1831年，在奥斯特发现的启发下，法拉第发现了电流磁效应的逆效应——电磁感应定律。这两大发明的直接结果是，1832年皮克希发明发电机，1837年雅可比发明电动机，1837年莫尔斯发明电报，1885年斯坦利发明变压器，1888年特拉斯发明交流电机……随着电机技术的发展，电能的应用领域不断扩大，因而开始了发电站的建立和电力传输技术的发展。另外，随着对电与磁的各种效应的认识的深化，出现了一系列崭新的技术领域，如电解、电镀、电热、电冶、电声、电光源，等等。麦克斯韦在法拉第有关场的概念以及电磁现象的经验规律（库仑定律、毕奥-沙伐定律、安培定律、法拉第电磁感应定律……）的基础上，总结出了电磁场方程并预言电磁波的存在，使经典电磁理论发展到高峰，1888年赫兹用实验验证了这一理论。在这一基础上，1895年马可尼和波波夫分别进行了人类第一次无线电通讯。

另外，物理学除了对宏观电气技术作出了巨大贡献以外，还研究了真空中的电现象以及经典电子论，这些为以后电子技术、原子能技术的出现奠定了基础，对介质中的电磁现象的研究，为凝聚态物理以及相应的材料科学的发展开辟了道路。

（3）20世纪上半叶，建立了相对论和量子理论，使人类的认识深入到了原子和原子核内部，在此基础上，引起了原子能、半导体、计算机、激光等新技术、新工艺的出现，推动了量子化学、分子生物学、量子生物学、现代宇宙学等新学科的出现，使人类开始了第三次技术革命。

1895年伦琴发现了X射线。1896年贝克勒耳发现了电子。1897年汤姆生发现了电子。这些发现破除了原子是宇宙的最小微粒的概念，人类的认识深入到了原子内部，这同样也是近代物理学的开端。1900年普朗克为了解决黑体辐射问题，提出了量子论。1905年爱因斯坦为了解决电动力学在高速领域的“悖论”，建立了相对论。以量子论和相对论为基点，爱因斯坦于1905年又提出了光子的概念。1913年玻尔建立了氢原子的量子理论。在1924～1926年间，在波恩、海森堡、德布罗意、薛定谔、狄拉克、泡利等物理学家的努力下，建立了量子力学这一反映微观世界物质运动规律的物理理论，从此，近代物理学宣告诞生了。在量子力学的基础上，原子物理学、电子物理学、粒子物理学、原子核物理学、半导体物理学、固体物理学、金属物理学、激光物理学、天体物理学、低温物理学、非平衡态物理学等学科不断涌现，人类的物质文明进入了一个崭新的时期。

20世纪下半叶以来，物理学在探索亚核世界运动、宇观世界的天体运动等规律方面取得了积极的进展，如果向物质结构的更深、更广层次的研究取得成功的话，必然对自然科学、技术科学的发展产生巨大的影响，同时也必然会对人类社会的物质文明带来巨大的进步。在近代物理学的基础上，形成了一系列的新技术群，如新能源技术，包括核的裂变能与聚变能的利用、太阳能、地热能、新化学能等多种形式能的利用；激光技术，包括各种激光器在众多领域中的应用；半导体技术，包括晶体管、集成电路、大规模集成电路、半导体器件；信息技术，包括信息的传输、接收、储存、处理及反馈等各种技术；计算机技术，包括硬件和软件；材料技术，包括导电材料、半导体材料、绝缘材料、耐高温材料、抗辐射材料、高强度材料、压电材料、热电材料、光电材料、声光材料等，所有这些都说明，物理学的每一次进步，都为社会生产进步带来了必要的基础和条件。

物理学作为一门基础的自然科学，除了可以通过把物理知识转化为物质设备、产品以及物质手段等的过程，对人类的物质生活产生了巨大的影响之外，还应看到，物理学还是人类文化的一个重要组成部分。从17世纪以来，物理学一直在自然科学中占主导地位，物理学以其对客观世界的最基本的运动规律的探索，成为世界文化中的非常重要的组成部分，对社会生活方式和人类思维方式的进步，做出了积极的贡献。世界各国都把物理学作为向下一代传授的文化内容之一。

值得指出的是，物理学还是一门带有方法论性质的科学。物理学与研究自然、社会、思维世界的普遍规律的哲学有着非常密切的关系，在物理学的产生和发展过程中，充满着富有哲理的物理思想。辩证唯物主义的产生和发展从物理学中吸取了许多营养，物理学为辩证唯物主义的基本理论提供了许多佐证，通过学习物理学，对理解辩证唯物主义的基本原理是有益的。物理学还与数学一起，创造了科学的三大工作方法：观察、实验、理论。观察是有目的、有计划地运用各种感觉器官，了解事物、现象的特征，及其发生发展的条件；实验是在人为控制的条件下，利用设备、仪器，突出自然界、工农业生产和日常生活中物理现象的主要因素，使其反复再现，便于观察和测量。观察和实验是获得资料和数据的源泉，在此基础上，通过分析、综合，区分出主要因素和次要因素，突出事物、现象的本质，进行科学的抽象和概括，建立概念和模型，再根据概念进行科学的判断，进而进行科学的推理，反复验证后形成理论。这样，不仅总结过去，而且指导未来。物理学中常用的处理问题的方法，如研究复杂问题的等效方法、隔离方法、近似处理方法以及数学方法等，也有着广泛的普遍意义。总之，物理学的方法、思想对学习和理解其他运动规律有促进和帮助作用，它的知识结构也容易迁移到其他学科的学习中去，从这个意义上讲，物理学有其教育性。

雕刻玉版反映了中国古人天圆地方的宇宙观

我们还可以在其以后的典籍中找到类似的记载。《周礼·春官·大宗伯》：“以玉作六器，以礼天地四方。以苍璧礼天，以黄琮礼地，以黄圭礼东方，以赤璋礼南方，以白虎作西方，以玄璜礼北方。”《周礼》：“大祭祀、大旅，凡宾客之事，共其玉器而奉之。”《尚书·金滕》记载周公“植璧秉圭”祷告先王之后将玉器献给神灵。但这些习俗绝非源自于商周，而是有其更深的文化渊源。近代学者对各种玉器的用途也多有考证。如张光直先生认为琮应是巫师用来贯通天地的法器。是财富和权力和象征。针对琮上的兽面纹饰，张氏引用《左传》及《道藏》中的有关资料，指出巫师通天地的工作是受到动物帮助的。这和萨满式的巫术极为近似。萨满式的巫术即巫师借助动物的助力沟通天地，沟通民神，沟通生死，这种巫术从考古学上可追溯到旧石器时代的晚期[4]。周南泉先生认为玉璧源于人们对天的信仰，进而仿天之圆形进行创作。它是人们原始信仰和宇宙观的反映

哥白尼

1543年，哥白尼出版了他的《天体运行论》，第一次提出太阳中心论，取代了沿袭千年的托勒密“日心论”

伽利略

以伽利略为代表的科学思想全面地对古代亚里士多德思想体系的怀疑和挑战。从亚氏的“发生说”到“冲力论”，从“自然界忌真空”到“下落速度与重量成比例”等等，几乎一切古代的哲学信条，都要经过科学实验的检验，从而奠定了实验物理学的基础。伽利略作为近代科学的巨人，一生有十几项划时代的科学发现和发明。伽利略彻底的科学革命精神导致了科学与宗教的重大对抗，1632年2月，伽利略被传讯，6月被押送罗马，接受宗教裁判所的审讯。为了避免酷刑，这个年迈的科学家被迫在印好的忏悔书上签了字。但是，伽利略跪起之后，喃喃自语道：“有什么办法呢，地球仍然在运动！”

伽利略以坚忍的韧性为牛顿力学开辟了道路。先驱者们前赴后继，迎来了近代自然科学的曙光。

牛顿

作为英国皇家学会前身的“无形学会”由于受到资产阶级革命的鼓舞，度过了自己科学史上的“黄金时代”。那时，“自由研究”、“个人奋斗”、“知识私有”三位一体，注重研究和实际生产生活密切相连，如他们把注意力集中在当时一些重大的技术（如抽机、炮术和航海等）问题上，因而受到资产阶级的大力支持和欢迎。依靠资产阶级的大力支持，虎克做了许多出色的实验，这使他后来几乎成了皇家学会的主要台柱之一。与此同时，波义尔发现了气体定律；虎克发现了弹性定律；牛顿和德国的莱布尼兹创立了微积分。特别是牛顿集前人之大成，一生获十几项重大科学成果，奠定了以牛顿力学为代表的近代物理学基础。这些成就，无疑是科学家智慧的结晶，是英国近代科学革命的产物。“无形学会”活跃时期，是科学实验在西方历史上生机勃勃的革命时期，科学实验依靠社会革命所解放出来的生产力，获得了雄厚的物质基础。英国科学的崛起，又为英国工业革命和经济发展创造了极其重要的条件。

爱因斯坦

阿尔伯特·爱因斯坦 (Albert Einstein 1879--1955) 20 世纪最伟大的科学家，因创立了相对论而闻名于世。相对论原理的建立是人类对自然界认识过程中的一次飞跃 , 它圆满地把传统物理学包括在自身的理论体系之中。广义的相对论更开阔了人类的视野，使科学研究的范围从无限小的微观世界直至无限大的宏观世界。今天，相对论已成为原子能科学、宇宙航行和天文学的理论基础，被广泛运用于理论科学和应用科学之中。爱因斯坦的伟大成就——相对论，是自然科学发展史上的一个划时代的里程碑。

爱因斯坦于1879年3月14日出生在德国一个犹太人家庭。1905年获得物理学博士学位，同年发表狭义相对论。1921年获得诺贝尔物理学奖。1933年因受德国纳粹反犹太主义狂潮迫害而离开祖国，迁居美国。1955年4月18日病逝于普林斯顿。

爱因斯坦不仅是一个伟大的科学家，还是一个具有正义感的社会活动家。他关心人类的文明和进步。第二次世界大战时，他公开谴责德国法西斯的暴行，因此成为德国纳粹分子追捕的对象。爱因斯坦还谴责日本帝国主义对中国的侵略。晚年，他主张禁用核武器，反对核军备竞赛。临终前，他仍念念不忘公民自由和世界和平。

19 世纪末、 20 世纪初，随着生产的发展和科学实验水平的提高，人们对自然界的认识开始从宏观世界进入微观世界，从低速运动发展到高速运动，自然科学正面临着重大的突破。正是在这个时期，年轻的爱因斯坦以旧科学理论"叛逆者"的姿态，登上了自然科学舞台。

爱因斯坦少年时代对自然现象怀有浓厚的兴趣，风和雨形成，月亮高悬空中竟然不会掉下来，这些无不令他感到惊奇。 1896 年，在瑞士苏黎士联邦工业大学读书时，爱因斯坦就希望成为一名物理学家。

但毕业后，爱因斯坦处于失业状态，两年后才在瑞士伯尔尼市专利局找到一个低级职员的位置。虽然生活十分贫困，但他仍坚持不懈地从事科学研究工作，利用业余时间看了大量的书。这段时间奠定了他一生科学研究的基础。

1905 年，爱因斯坦在狭义相对论、光电效应和布朗运动三个不同领域里取得了重大成果，表现出惊人的才智。但是，当时科学界对此作出响应的人寥寥无几，法国著名科学家朗之万曾对爱因斯坦说，全世界只有几个人知道什么是相对论。大多数人是怀疑的，有的甚至坚决反对。这是因为伽利略和牛顿创立的古典力学理论体系，经历了 200 年的发展后取得了辉煌成就。尽管旧的理论体系和新的事实之间出现了尖锐的矛盾，但许多物理学家仍不能摆脱它的束缚。他们力图把新的实验事实和物理现象容纳在旧的理论框架中，但爱因斯坦却不迷信前人，他探索着把相对论推广到更为广泛的运动情况中去。为此他又研究了整整 10 年。 1916 年，爱因斯坦发表了总结性论著《广义相对论原理》。

杨振宁

杨振宁（1922～）美籍华裔物理学家。1922年9月22日生于安徽省合肥县（今合肥市）。1942年毕业于西南联合大学。1945年去美国留学，在著名物理学家费米的指导下研究理论物理，1948年获博士学位。1948－1949年在芝加哥大学工作，1949－1965年在普林斯顿高级研究院工作。1955年起任教授，1966年起任纽约州立大学（石溪分校）教授和理论物理研究所所长。美国总统授予他1985年国家科学技术奖章。 杨振宁主要从事统计力学、量子场论、凝聚态物理、基本粒子物理方面的研究。他对理论物理学的贡献范围很广。在粒子物理学方面，他最杰出的贡献是1954年与密尔斯共同提出杨－密尔斯场理论，开辟了非阿贝尔规范场的新研究领域，为现代规范场理论打下了基础。另一项杰出贡献是：1956年和李政道合作，深入研究了当时令人困惑的θ－τ之谜，提出很可能在弱相互作用中宇称不守恒。次年，这一理论预见得到吴健雄小组的实验证实。为此，杨振宁和李政道获得了1957年诺贝尔物理学奖。此外，1949年提出了基本粒子的第一个复合模型——费米－杨模型。1957年与李政道合作提出二分量中微子理论；与李政道和奥赫梅合作提出在β衰变中不仅宇称不守恒，而且电荷共轭也不守恒；与李政道合作、与朗道和萨拉姆各自独立地提出在弱相互作用中组合宇称（CP）守恒的假设。1959－1962年，与李政道合作实验分析高能中微子和W粒子的研究。1974年－1975年与吴大峻合作提出规范场的积分形式理论以及规范场与纤维丛的关系。1967－1985年与邹祖德合作提出高能碰撞理论等。在统计力学方面，1952年与李政道合作提出关于相变的理论。1966－1969年间与杨振平合作得到关于数种模型的严格解。在凝聚态物理方面，1961年与拜尔斯合作对磁通量量子化的解释，1962年提出非对角长程序观念等。

杨振宁于1971年夏回国访问，是美籍知名学者访问新中国的第一人。他对促进中美建交、中美科学技术教育交流做了大量工作。他受聘为北京大学、复旦大学、中国科学技术大学、中山大学、南开大学等校的名誉教授，中国科学院高能物理研究所学术委员会委员。