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人工核反應(yīng)和人工放射性


銅臭 / 2022-08-11

   上面已提到天然放射性元素的蛻變是自發(fā)的，不受溫度和壓力等外界條件的影響?，F(xiàn)在會(huì)發(fā)生一個(gè)問題:是否可用人工方法使一種原子核變?yōu)榱硪环N原子核?

一、人工核反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)
  盧瑟福于1919年在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了第一一次的人工蛻變，也就是人工進(jìn)行的原子核反應(yīng)。他的實(shí)驗(yàn)裝置如圖27-15所示。使一個(gè)可以移動(dòng)的α粒子源A射擊容器內(nèi)的氮，可以在熒光屏B上觀察到有閃亮發(fā)生的閃亮。他所用的是RaC?的α源，其射程是6.87厘米，但是當(dāng)α源距葵光屏40厘米處還能觀察到閃亮。這樣遠(yuǎn)射程圖27-15.盧瑟籍人工蛻變裝置。的粒子，不得不是較輕的，因此除α粒子外只能是質(zhì)子。但是質(zhì)子和α粒子的質(zhì)量比值是1:4。如果α粒子和氫(假定它存在于氮中作為雜質(zhì))的核撞擊，按照動(dòng)量守恒定律，質(zhì)子的速度將為α粒子的四倍，即能射至28厘米遠(yuǎn)。這樣，無(wú)論如何不能解釋40厘米遠(yuǎn)的射程。盧瑟福由此推論，認(rèn)為質(zhì)子是由氨核之內(nèi)被α粒子所擊出的;這個(gè)作用涉及原子核的就變反應(yīng)，同時(shí)有能量的變化，這項(xiàng)能量足以使質(zhì)子射得那末遠(yuǎn)。他將所發(fā)生的人工蛻變以下列核反應(yīng)式表示之:
¹??N+??He→¹??O+¹?H
式中的¹??O是假定的，因?yàn)樗俏ㄒ灰豢赡墚a(chǎn)生的新核。
  由此可見，原子核反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)不同?；瘜W(xué)反應(yīng)是原子間電子的轉(zhuǎn)移，而原子核反應(yīng)是核間質(zhì)點(diǎn)的轉(zhuǎn)移，所涉及的核反應(yīng)能要大得多，大出6個(gè)數(shù)量級(jí)。
  在上述實(shí)驗(yàn)中，使用的射彈是天然的a質(zhì)點(diǎn)。1930 年考克洛夫特(Cockroft)和瓦爾登(Walton)首先用人工加速的質(zhì)子射擊鋰而實(shí)現(xiàn)人工核反應(yīng):
??Li+¹?H→??He+??He
  自1932年發(fā)現(xiàn)中子(3-8節(jié))以后，科學(xué)家又以中子為有效的射彈。它不像α粒子或質(zhì)子帶有陽(yáng)電荷而和核發(fā)生庫(kù)侖力排斥作用，所以容易射人具有多陽(yáng)電荷的重核。自1934年起，費(fèi)爾米(Farmi)進(jìn)行了很多的中子射擊的人工蛻變。
二、人工放射性
  1934年，約里奧.居里(J.Curie)夫婦用α粒子射擊鋁，得出下列核反應(yīng):
²???Al+??Ee→³???P +¹?n
  但當(dāng)α粒子停止射擊后，他們發(fā)現(xiàn)仍然有射線發(fā)射出來(lái)，并確定發(fā)射出來(lái)的質(zhì)點(diǎn)就是陽(yáng)電子:
³???P→³???Si+??θ
這一核反應(yīng)的特點(diǎn)是，用人工方法產(chǎn)生了放射性核。用人工方法獲得的新核的放射性，叫做人工放射性。然后，發(fā)現(xiàn)了很多的人工放射性核。在已知的600多種放射性同位素中，超大部分是由人工產(chǎn)生的。放射性同位素廣泛地應(yīng)用來(lái)作為標(biāo)記原子。
三、基本粒子
  在上節(jié)中提到的陽(yáng)電子，是安德生(Anderson)在1932年由宇宙接中發(fā)現(xiàn)的。它和普通的電子(陰電子)有相同的質(zhì)量，所帶的電荷都是一-個(gè)元電荷，但是電荷的符號(hào)恰相反。電子質(zhì)量和元電荷的大小如下:
電子質(zhì)量=9.1056x10?²?克
元電荷=48029x10?¹?靜電單位
  陽(yáng)電荷也是一個(gè)基本粒子，或稱元粒子?；玖Ｗ邮遣荒茉俜指畹牧Ｗ?。
  正象陰電子和陽(yáng)電子相互對(duì)照樣，質(zhì)子也有 反質(zhì)子，質(zhì)量相同， 但電荷符號(hào)相反;中子也有反中子，由反質(zhì)子轉(zhuǎn)化而生成。這兩個(gè)基本粒子，是分別在1955和1956年用人工方法獲得的。
  中微子ν是伴著β而放射的，它沒有電荷，質(zhì)量要比電子質(zhì)量小得多。
  核子間的交換力，依靠ν介子的轉(zhuǎn)移。π介子是中性的，則其質(zhì)量比電子大265倍，如有帶一個(gè)陽(yáng)電荷或陰電荷的，則其質(zhì)量比電子大276倍。此外，有較輕的μ介子及較重的介子和θ介子。最重的是A超子，呈中性，質(zhì)量為電子質(zhì)量的2185倍。

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