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文档简介
呈现在我们面前的五彩缤纷、变幻万千的物质世界都是由100多种元素组成的;组成元素的最小单元叫原子,不同元素由不同原子组成;原子是由原子核和环绕原子核而不断运动的电子组成的;原子核又由质子和中子(统称核子)组成。为了给原子核画像,尼尔斯·玻尔提出了可以解释核的结合能、裂变和某些核反应等现象的“液滴模型”。电子、质子、中子则是构成原子的最主要的三种“基本粒子”。
1需要指出的是:“基本粒子”是一个庞大的家族,迄今为止人们已发现的“基本粒子”竟有310多种,它们被分成四大类,即:光子、轻子(含超子);“基本粒子”并不基本,1963年美国科学家盖尔曼和兹维格提出质子、中子等“基本粒子”是由更小的粒子“夸克”(Quark)组成的。经过科学家们的长期努力,人们在实验中果然找到了“夸克”,并且先后发现了六种夸克即:上夸克(u),下夸克(d),奇夸克(s),粲夸克(c),底夸克(b)和顶夸克(t),正是它们组成了原子核内的各种“基本粒子”。从理论上讲,夸克也是可分的。最近的实验也证实了这一点。
不同的原子大小差异不大,原子的直径约为10-8厘米。地球的直径是13000千米,如果把苹果放大到地球那么大,那么苹果中的原子的大小差不多有真正的苹果那么大。
基本粒子2在原子中,电子的数目与其原子核中质子的数目相等,所以整个原子是呈电中性。原子是非常小,非常轻的。其直径约为0.00000001厘米(10-8厘米)。原子的静止质量约为1×10-27-1×10-23克,如果一滴水像地球那样重,它中间的一个原子才不过几千克。原子的质量几乎全部集中在原子核上。国际上规定用碳-12原子质量的1/12作为原子质量单位,其数值为1.6606×10-24克。这样,知道了碳原子的绝对质量,任何原子的绝对质量都可以从它们的相对质量中算出。因为中子与质子的相对质量都接近于1,所以,原子核中的核子数(质子和中子)就是原子的质量数。原子核的直径为10-13-10-12厘米。它由一定数量的质子和中子组成,具有自旋、宇称和电磁矩等性质。质子带正电荷;中子为中性粒子,不带电荷。在外界场或粒子的作用下,原子可能失去部分外围电子。电子不足的原子我们称为正离子;原子也可以吸附电子,此时它被称为负离子。原子核的质量并不等于组成原子核的核子质量之和。组成原子核的质子及中子的质量之和与该原子质量之差称为该核的质量亏损。核子结合成原子核时,这种质量上的养活按照质能关系,能释放出巨的大的能量,这种能量称为原子核的结合能。简单的氕核结合能,大约等于2.225兆电子伏。可见,原子核中蕴藏着无穷无尽的能量,是一个能源宝库。铀原子模型3
原子核自发地放射出α,β,γ等射线的现象,称为放射性。
1898年,贝可勒尔等人通过试验,发现射线在磁场中的偏转现象。1898-1914年,卢瑟福等人又区分出:β射线同阴极射线一样,是一种带负电的电子流;α射线是一种带正电的粒子流即氦核流。γ射线是一种波长极短的电磁波,是能量极高的不带电的光子流。至此,人们才揭示了天然射线的真面目。
中子数和质子数过多或偏少的核素都是不稳定的,它会自发地蜕变成另一种核素,同时放出射线。这种现象叫做放射性衰变。放射性衰变主要有三种:α衰变、β衰变和γ衰变。原子核放射性衰变的规律为:放射性原子核的数目随时间按指数规律减少。鉴于α,β,γ射线的电离作用和贯穿本领,在工农业生产和科学研究中有重要应用。4重原子核分裂成两个(少数情况下,可分裂成3个或多个)质量相近的碎片的现象称为核裂变,例如铀核裂变。原子核自发地分裂成两个质量相近的碎片的现象称为自发裂变。
易裂变原子核在中子的作用下发生裂变形成碎片,这些碎片及其衰变子体称为裂变产物。裂变产物是多种多样核素的复杂混合物。链式裂变反应是一系列的核裂变反应,其中每一次核裂变反应都是由前一次核裂变反应所产生的中子引起的。核裂变反应的一个重要特点是一个易裂变核每吸收一个中子发生裂变反应后平均放出2-3个次级中子。这些次级中子在一定条件下又有一部分引起其他易裂变核的裂变,如此连续进行下去便形成链式裂变反应。
5链式裂变反应分为自持型、发散型和收敛型三种。如果每次裂变产生的次级中子,平均有一个能够引起下一级的裂变反应,则链式反应即可进行下去。这种情况称作自持链式反应。与此对应的裂变系统的状态就称为临界状态。如果每次裂变产生的次级中子,平均有1个以上能引起下一级的核裂变反应,则裂变反应规模将越来越大,就叫发散型链式反应,与其相对应的裂变系统的状态称为超临界状态。如果每次裂变反应产生的次级中子平均不到一个能引起下一级的核裂变反应,裂变反应的规模就愈来愈小,直到反应终止。这种链式反应称为收敛型链式反应,与其相对应的裂变系统的状态称为次临界状态。6两个较轻的原子核聚合成一个较重的原子核,同时放出巨大的能量,这种反应叫轻核聚变反应。它是取昨核能的重要途径之一。由于原子核间有很强的静电排斥力,因此在一般条件下,发生聚变
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