第十九章原子核

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1、第十九章原子核万有引力、电的相互作用和磁的相互作用，可以在很远的地方明显地表现出来，因此用肉眼就可以观察到；但也许存在着另一些相互作用力，它们作用的距离如此之小，以致无法观察。——牛顿核能是蕴藏在原子核内部的能量。核能的发现是人们探索微观物质结构的一个重大成果。人类通过许多方式利用核能，主要的途径是发电。核能的利用可以缓解常规能源的短缺。1991年，我国自行设计建造的秦山核电站成功地并网发电，使我国成为继美、英、法、苏和瑞典之后能够独立建造核电站的第六个国家。通过本章的学习，你将对原子核及核能有更多的了解。第十九章1原子核的组

2、成关于原子核内部的信息，最早来自天然放射现象。人们从破解天然放射现象入手，一步步揭开了原子核的秘密。天然放射现象1896年，法国物理学家贝可勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底版感光。受到贝可勒尔的发现的鼓舞，玛丽-居里（M．S．Curie，1867-1934）和他的丈夫法国物理学家皮埃尔·居里（P．Curie，1859-1906）对铀和含铀的各种矿石进行了深入研究。他们发现了一种沥青中的含铀物质，根据它的含铀量计算，发出的射线不会太强，但实际测得的射线要强得多。进一步研究后，发现这种沥青

3、中还存在着两种能够发出更强射线的新元素，玛丽·居里把其中一种元素命名为钋（Po），另一种元素命名为镭（Ra）。图19.1-1居里夫妇在研究室物质发射射线的性质称为放射性（radioactivity），具有放射性的元素称为放射性元素。后来发现放射性并不是少数元素才有的，原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线。放射性元素自发地发出射线的现象，叫做天然放射现象。射线到底是什么发现了天然放射现象之后不久，人们就在想，这些射线到底是什么？把放射源铀、钋成镭放入用铅做成的容器中，射线只能

4、从容器的小孔射出，成为细细的一束。在射线经过的空间施加磁场，发现射线分裂成三束，其中两束在磁场中向不同的方向偏转，这说明它们是带电粒子流；另一束在磁场中不偏转，说明它不带电。于是把这三种射线分别叫做α射线（α-ray）、β射线（β-ray）和γ射线（γ-ray）。图19.1-2三种射线在磁场中的运动轨迹不同（示意图）思考与讨论如果α射线、β射线都是带电粒子流的话，按照图19.1-2中标出的径迹判断，它们分别带什么电荷。如果不用磁场而用电场判断它们带电的性质，两个电极怎样放置可以使三种射线大致沿图19.1-2的方向偏转？这三种射

5、线穿透物质的能力是不同的。为把辐射强度减到一半所需铝板的厚度如下表所示。射线的种类铝板的厚度d/cmα射线0.0005β射线0.05γ射线8可见，α射线的穿透能力最弱，γ射线的穿透能力最强。物理学家们经过多方面的研究后确认：α射线是高速粒子流，粒子带正电，电荷量是电子的2倍，质量是氢原子的4倍，实际上就是氦原子核。α粒子的速度可以达到光速的。由于α粒子带电，质量又比较大，通过气体时很容易把气体分子中的电子剥离，使气体带电。由于与物质中的微粒作用时会损失自己的能量，α粒子的穿透能力较差，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡

6、住。射线撞击途中遇到的原子并将其部分能量转移给原子中的电子，使这个电子脱离核的束缚成为自由电子，这样的过程叫电离。射线的上述作用叫做电离作用。β射线是高速电子流，它的速度更大，可达光速的99%。它的电离作用较弱，但穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。γ射线是能量很高的电磁波，波长很短，在10-10m以下。它的电离作用更小，但穿透能力更强，甚歪能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。实验发现，如果一种元素具有放射性，那么，无论它是以单质存在，还是以化合物形式存在，都具有放射性。放射性的强度也不受温度，外界压强

7、的影响。由于元素的化学性质决定于原子核外的电子，这就说明射线与这些电子无关，也就是说，射线来自原子核。这说明原子核内部是有结构的。α射线、β射线都是高速运动的粒子，能量很高，γ射线是波长很短的光子，能量也很高。从原子内部能够射出这样高能的粒子，这也使科学家们意识到原子核是一个能量的宝库。原子核的组成1919年，卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核，从氮核中打出了一种新的粒子。根据这种粒子在电场和磁场中的偏转，测出了它的质量和电荷，原来它就是氢原子核，叫做质子（proton），用p表示。以后，人们用同样的方法从氟、钠、铝等原子核

8、中都打出了质子，因而，质子是原子核的组成部分。有时也用氢原子核的符号11H表示质子。图19.1-3α粒子轰击氮原子核质子带正电荷，电荷量与一个电子所带电荷量相等。质子的质量为mp＝1.6726231×10-27kg原子核只由质子组成吗？如果原子核中只有质子，那么任何一种原子核