資源簡(jiǎn)介

原子核
一、原子核的組成
歷史背景
1896年，法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，鈾和含鈾的礦物能夠發(fā)出看不見的射線，這種射線可以穿透黑紙使照相底片感光。
1900年居里夫婦對(duì)鈾和含鈾的各種礦石進(jìn)行了深入研究。他們發(fā)現(xiàn)了一種瀝青中的含鈾物質(zhì)，根據(jù)它的含鈾量計(jì)算、發(fā)出的射線不會(huì)太強(qiáng)，但實(shí)際測(cè)得的射線要強(qiáng)得多。進(jìn)一步研究后，發(fā)現(xiàn)這種瀝青中還存在著兩種能夠發(fā)出更強(qiáng)射線的新元素，居里夫婦把新元素命名為釙和鐳。 居里夫婦是在好幾頓瀝青中歷時(shí)將近4年才提煉出來(lái)0.1g鐳，及其不容易。
物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱為放射性．具有發(fā)射性的元素稱為放射性元素．元素這種自發(fā)的放出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象。后來(lái)發(fā)現(xiàn)放射性并不是少數(shù)元素才有的，原子序數(shù)大于或等于83的元素，都能自發(fā)地發(fā)出射線，原子序數(shù)小于83的元素，有的也能放出射線。
隨后人們對(duì)這種射線開始了研究，射線的本質(zhì)是什么？出了穿透紙片還有什么其他的能力？射線是否帶電等...
經(jīng)過(guò)多年的研究后總結(jié)出如下特點(diǎn)
射線名稱 本質(zhì) 特點(diǎn) 電離能力 穿透能力 產(chǎn)生條件
α射線 α射線是高速粒子流，粒子帶正電，實(shí)際上就是氦原子核。 電荷量是電子的2倍，質(zhì)量是氫原子的4倍，電子質(zhì)量的7300倍，速度可以達(dá)到光速的1/10 強(qiáng) 弱，只能穿過(guò)一張紙 α衰變時(shí)產(chǎn)生
β射線 β射線是高速電子流 它的速度更大，可達(dá)光速的99％ 弱 強(qiáng)，能穿過(guò)幾毫米厚的鋁板 β衰變時(shí)產(chǎn)生
γ射線 γ射線是能量很高的電磁波 波長(zhǎng)很短，在10-10m以下，速度就是光速 很弱 很強(qiáng)能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土。 是原子核能級(jí)躍遷時(shí)釋放出的射線

三中射線的發(fā)現(xiàn)意味著原子核內(nèi)部還存在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而且原子核還可以發(fā)生變化，稱為另一種原子
1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮核，得到了質(zhì)子 p
研究表明：質(zhì)子的性質(zhì)和氫原子核的性質(zhì)完全相同，所以質(zhì)子就是氫原子核。mp=1.67×10-27kg
原子核只由質(zhì)子組成嗎?如果原子核中只有質(zhì)予，那么任何一種原子核的質(zhì)量與電荷量之比，都應(yīng)該等于質(zhì)子的質(zhì)量與電荷量之比。實(shí)際并不是這樣，絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量與電荷量之比都大于質(zhì)子的相應(yīng)比值。盧瑟福猜想，原子核內(nèi)可能還存在著另一種粒子：它的質(zhì)量與質(zhì)子相同，但是不帶電。他將這種粒子叫做中子。1932年，盧瑟福的學(xué)生查德威克通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這個(gè)猜想。 查德威克通過(guò)α粒子轟擊鈹核，發(fā)現(xiàn)了中子n。
研究證明中子的質(zhì)量和質(zhì)子的質(zhì)量基本相同，但是不帶電，是中性粒子.
質(zhì)子和中子除了是否帶電的差異以及質(zhì)量上的微小差別外，其余性質(zhì)十分相似，而且都是原子核的組成成分，所以統(tǒng)稱核子。
原子核中的兩個(gè)等式:
(1)核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=原子序數(shù)=荷外電子數(shù)
(2)質(zhì)量數(shù)=核子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)
幾種常用的原子核的表示
α粒子 質(zhì)子 中子 電子
從知識(shí)點(diǎn)難度來(lái)說(shuō)上面幾句話都是初中的東西，但是從個(gè)人書寫筆記的角度看，沒(méi)有這個(gè)就缺少了完整性，所以還是帶過(guò)一下

二、放射性元素的衰變
一、原子核的衰變
1．定義
原子核放出 α粒子或 β粒子轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ?br/>表格對(duì)比
名稱 實(shí)質(zhì) 舉例 規(guī)律 普遍式子
α衰變 原子核內(nèi)少兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子，并放出α粒子 衰變前后電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)都不變
β衰變 原子核內(nèi)的一個(gè)中子變成質(zhì)子， 同時(shí)放出一個(gè)電子

注意點(diǎn)分析
1.是質(zhì)量數(shù)守恒，不是質(zhì)量守恒。這兩者的區(qū)別后面后解釋，衰變也是伴隨著質(zhì)量虧損的。
2. γ射線的產(chǎn)生：γ射線經(jīng)常是伴隨著α射線和β射線產(chǎn)生的，沒(méi)有γ衰變。
3.一種元素只能發(fā)生一種衰變，但在一塊放射性物質(zhì)中可以同時(shí)放出α、β和γ三種射線。
4.衰變時(shí)元素屬性，與物化環(huán)境無(wú)關(guān)。

二、半衰期
1.意義： 表示放射性元素衰變快慢的物理量
2.定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間
不同的放射性元素其半衰期不同
3.公式：

C-14半衰期，用于測(cè)量漫長(zhǎng)的時(shí)間
注意點(diǎn)分析：
1.半衰期的長(zhǎng)短是由原子核內(nèi)部本身的因素決定的，與原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān) 。
2.半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，只對(duì)大量的原子核才適用，對(duì)少數(shù)原子核是不適用的。

三、探測(cè)射線的方法和現(xiàn)象
1、威爾遜云室
原理：不同射線的電離能力不同
構(gòu)造：一個(gè)圓筒狀容器，底部可以上下移動(dòng)，上蓋是透明的，內(nèi)有干凈空氣
實(shí)驗(yàn)時(shí)，加入少量酒精，使室內(nèi)充滿飽和的酒精蒸汽，然后迅速向下拉動(dòng)活塞，室內(nèi)氣體膨脹，溫度降低，酒精蒸汽達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)。這時(shí)如果有粒子在室內(nèi)氣體飛過(guò)，就會(huì)說(shuō)使沿途的氣體分子電離，過(guò)飽和酒精蒸汽會(huì)以這些離子為核心凝結(jié)成霧滴。從而顯示出射線的徑跡。
注意：在云室中觀察到的徑跡本質(zhì)是小液滴，不是組成射線的粒子。
射線名稱 云室徑跡（現(xiàn)象） 原因分析
α射線 直而粗 a粒子質(zhì)量大，不易改變方向，電離本領(lǐng)大，沿涂產(chǎn)生的粒子多
β射線 細(xì)而彎曲 粒子質(zhì)量小，跟氣體碰撞易改變方向，電離本領(lǐng)小，沿途產(chǎn)生的離子少
γ射線 難以觀察，幾乎沒(méi)有 γ射線，而且電離能力很弱。


2.氣泡室
原理上和威爾遜云室相似，不同的是氣泡室里面充的液體，比如液態(tài)氫。液體在特定的溫度和壓力下進(jìn)行絕熱膨脹，由于在一定的時(shí)間間隔內(nèi)（例如50ms）處于過(guò)熱狀態(tài)，液體不會(huì)馬上沸騰，這時(shí)如果有高速帶電粒子通過(guò)液體，在帶電粒子所經(jīng)軌跡上不斷與液體原子發(fā)生碰撞而產(chǎn)生低能電子，因而形成離子對(duì)，這些離子在復(fù)合時(shí)會(huì)引起局部發(fā)熱，從而以這些離子為核心形成胚胎氣泡，經(jīng)過(guò)很短的時(shí)間后，胚胎氣泡逐漸長(zhǎng)大，就沿粒子所經(jīng)路徑留下痕跡。如果這時(shí)對(duì)其進(jìn)行拍照，就可以把一連串的氣泡拍攝下來(lái)，從而得到記錄有高能帶電粒子軌跡的底片。
軌跡特點(diǎn)：
因?yàn)闅馀菔抑写嬖谝粋€(gè)垂直的磁場(chǎng)，所以粒子做的是圓周運(yùn)動(dòng)。在與氣泡室內(nèi)微粒碰撞的過(guò)程中，粒子的能量會(huì)有所損失，所以運(yùn)動(dòng)半徑會(huì)逐漸減小，形成一個(gè)螺旋狀的圓。
氣泡室的優(yōu)點(diǎn)：
它的空間和時(shí)間分辨率高；工作循環(huán)周期短，本底干凈、徑跡清晰，可反復(fù)操作。

3. 蓋革米勒計(jì)數(shù)器
結(jié)構(gòu)：管外面是一根玻璃管，里面是一個(gè)接在電源負(fù)極的導(dǎo)電圓筒，筒的中間有一條接正極的金屬絲。管中裝有低壓的惰性氣體（如氬，氖等，壓強(qiáng)約為10~20kPa）和少量的酒精蒸汽或溴蒸汽。在金屬絲和圓筒兩極加上一定的電壓，約1000v，這個(gè)電壓稍低于管內(nèi)氣體的電離電壓。

蓋革一米勒計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)
1.蓋革-米勒計(jì)數(shù)器放大倍數(shù)很大,非常靈敏,用它來(lái)檢測(cè)放射性是很方便的。
2.蓋革-米勒計(jì)數(shù)器只能用來(lái)計(jì)數(shù),而不能區(qū)分射線的種類。
3.蓋革- 米勒計(jì)數(shù)器不適合極快速的粒子計(jì)數(shù)。

四、放射性的應(yīng)用與防護(hù)
1、核反應(yīng)：核反應(yīng)：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過(guò)程。在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒。
盧瑟福用α粒子轟擊氮核，生成質(zhì)子和氧17.第一次實(shí)現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變。

查德威克用α粒子轟擊鈹核發(fā)現(xiàn)中子 n：

用α粒子、質(zhì)子、中子等去轟擊其它元素的原子核，也都產(chǎn)生類似的轉(zhuǎn)變。
與上文講的天然放射反應(yīng)有所不同，用一張表格說(shuō)明
比較項(xiàng)目 原子核衰變（天然放射） 原子核的人工轉(zhuǎn)變（核反應(yīng)）
反應(yīng)條件 自發(fā)進(jìn)行，無(wú)需條件 利用α粒子、質(zhì)子、中子或γ光子作為“炮彈”轟擊靶核
反應(yīng)本質(zhì) 核子數(shù)變化，形成新核 核子重組，形成新核
典型反應(yīng)
核反應(yīng)方程式特點(diǎn) 箭頭左邊只有一個(gè)放射性原子核 箭頭左邊有靶核和“炮彈”
核反應(yīng)規(guī)律 質(zhì)量數(shù)守恒(但質(zhì)量不守恒)、電荷數(shù)守恒
方程式書寫原則 尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)，不能僅僅依據(jù)守恒定律主管臆造


2、人工放射性同位素
有些元素的同位素具有放射性，叫做放射性同位素
1934年，約里奧—居里夫婦 發(fā)現(xiàn)α粒子轟擊的鋁片中含有放射性磷 ：

反應(yīng)生成物 P 是磷的一種同位素，自然界沒(méi)有天然的 ，它是通過(guò)核反應(yīng)生成的人工放射性同位素

與天然的放射性物質(zhì)相比，人造放射性同位素有以下特點(diǎn)：
1、放射強(qiáng)度容易控制
2、可以制成各種需要的形狀
3、半衰期更短,放射性廢料容易處理
3、放射性同位素的應(yīng)用
①利用它的射線
A、由于γ射線貫穿本領(lǐng)強(qiáng)，可以用來(lái)γ射線檢查金屬內(nèi)部有沒(méi)有砂眼或裂紋，所用的設(shè)備叫γ射線探傷儀．
B、利用射線的穿透本領(lǐng)與物質(zhì)厚度密度的關(guān)系，來(lái)檢查各種產(chǎn)品的厚度和密封容器中液體的高度等，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
C、利用射線使空氣電離而把空氣變成導(dǎo)電氣體，以消除化纖、紡織品上的靜電。
D、利用射線照射植物，引起植物變異而培育良種，也可以利用它殺菌、治病等
②作為示蹤原子：
工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生物研究 。棉花在結(jié)桃、開花的時(shí)候需要較多的磷肥，利用磷的放射性同位素制成肥料噴在棉花葉面上，被植物吸收，然后每隔一定時(shí)間用探測(cè)器測(cè)量棉株各部位的放射性強(qiáng)度，就可知道什么時(shí)候磷的吸收率最高、磷在作物體內(nèi)能存留多長(zhǎng)時(shí)間、磷在作物體內(nèi)的分布情況等。

五、核力與結(jié)合能
在了解核力之前先回復(fù)一下自然界的四中基本相互作用力

1.萬(wàn)有引力：引力主要在宏觀和宇觀尺度上“獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷”。是引力使行星繞恒星轉(zhuǎn)動(dòng)，并且聯(lián)系著星系團(tuán)，決定了宇宙的現(xiàn)狀和未來(lái)。
2.電磁力：在原子核外，電磁力使電子不脫離原子核而形成原子，使原子結(jié)合成分子，使分子結(jié)合成液體與固體。
電磁力和萬(wàn)有引力都是“長(zhǎng)程力”，即它們可以作用到無(wú)限遠(yuǎn)的距離，當(dāng)然距離越遠(yuǎn)，力就越小
3.強(qiáng)相互作用：作用范圍在原子核內(nèi)，強(qiáng)力將核子束縛在一起。
4.弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子－質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比強(qiáng)力更短，為10－18m，作用強(qiáng)度則比電磁力小。
物理學(xué)家一直夢(mèng)想將自然界的四種相互作用納入某種統(tǒng)一的理論中，即物理學(xué)大一統(tǒng)思想。愛因斯坦為此做了大半生的努力，但沒(méi)有成功。
核力的定義及特點(diǎn)
定義：能夠把原子核中的核子（質(zhì)子和中子）束縛在一起的強(qiáng)相互作用力的力，叫做核力。
特點(diǎn)：
（1） 核力是強(qiáng)相互作用（強(qiáng)力）的一種表現(xiàn)。在原子核尺度內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大得多。
（2）核力是短程力。作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi)，大于0.8×10-15m時(shí)為吸引力, 隨距離增大而減小，超過(guò)1.5×10-15m時(shí)核力幾乎消失，小于0.8×10-15m時(shí)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一起也不會(huì)四散分開
（3）核力具有飽和性。每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱之為核力的飽和性。
（4）核力具有電荷無(wú)關(guān)性。（見書本P79圖）
原子核內(nèi)中子與質(zhì)子數(shù)量的關(guān)系
特點(diǎn)1：輕核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)大致相等；
原因分析：對(duì)輕核而言，核子數(shù)量相對(duì)較小，核子間距處于核力作用范圍之內(nèi)，由于核力遠(yuǎn)大于電磁力，即使質(zhì)子和中子成對(duì)出現(xiàn)，強(qiáng)大的核力也可以將核子緊緊地束縛在原子核的范圍之內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核。
特點(diǎn)2：重核的質(zhì)子數(shù)明顯少于中子數(shù)。
原因分析：對(duì)于重核而言，核子數(shù)量大，核子間距也大，由于核力的飽和性，核力因核子間距的變大而顯著減小，甚至小于電磁力。如果質(zhì)子和中子再成對(duì)出現(xiàn)，原子核不穩(wěn)定；但如果只增加中子，由于中子之間只有相互吸引的核力卻不存在庫(kù)侖力，故有助于維系原子核的穩(wěn)定，所以重核內(nèi)中子數(shù)會(huì)明顯大于質(zhì)子數(shù)。
思考：若不斷增大原子核的中子數(shù)，能不斷增大原子核嗎？為什么？
不能；由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，如果我們我們繼續(xù)增大原子核，一些核子間的距離會(huì)大到其間根本沒(méi)有核力的作用，這時(shí)即使再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的。
在宇宙演化的進(jìn)程中，各種粒子有機(jī)會(huì)進(jìn)行各種組合，但那些不穩(wěn)定的組合很快就瓦解了，只有200多種穩(wěn)定的原子核長(zhǎng)久地留了下來(lái)。現(xiàn)在觀察到的天然放射性元素，則正在瓦解之中。
結(jié)合能與比結(jié)合能
1.概念：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能。 如：
2.組成原子核的核子越多，它的結(jié)合能越高。
那么就有個(gè)問(wèn)題了：結(jié)合能越大原子核是不是越難被拆散？即：結(jié)合能的大小能不能反映原子核的穩(wěn)定程度？
答案：不是！
比結(jié)合能：結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱做為比結(jié)合能。也叫平均結(jié)合能。
比結(jié)合能=
意義：比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。
理解：核子結(jié)合成原子核時(shí)，平均每個(gè)核子所釋放的結(jié)合能，它也等于把原子核拆散成每個(gè)核子時(shí)，外界提供給每個(gè)核子的平均能量。
規(guī)律：較輕核和較重核的核子平均結(jié)合能較小,穩(wěn)定性較差;中等質(zhì)量核的核子平均結(jié)合能較大，穩(wěn)定性較好。
用兩張圖來(lái)描述這個(gè)規(guī)律

從圖中可以發(fā)現(xiàn)：中等大小的核的比結(jié)合能最大，但是每個(gè)核子的平均質(zhì)量最小，這些核最穩(wěn)定。
這邊可以解釋上文中出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題，為什么核反應(yīng)方程中質(zhì)量數(shù)守恒但是質(zhì)量不守恒，因?yàn)椴煌雍藘?nèi)每個(gè)核子的平均質(zhì)量發(fā)生了變化。這部分確實(shí)的質(zhì)量就是叫做質(zhì)量虧損
質(zhì)量虧損：把組成原子核的核子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量之差叫做核的質(zhì)量虧損。
原子分解為核子時(shí)，質(zhì)量增加；
核子結(jié)合成原子核時(shí)，質(zhì)量減少。
注意：質(zhì)量虧損并非質(zhì)量消失,而是減少的質(zhì)量m以能量形式輻射，這個(gè)在大學(xué)物理中稱為動(dòng)質(zhì)量。（愛因斯坦在廣義相對(duì)論中提出的概念），因此質(zhì)量守恒定律不被破壞.
愛因斯坦質(zhì)能方程：E=mc2
關(guān)于質(zhì)能方程的計(jì)算運(yùn)用
1.根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算，計(jì)算時(shí)Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”。這個(gè)比較好理解，相當(dāng)于數(shù)值的直接帶入。
2.根據(jù)ΔE＝Δm×931.5 MeV計(jì)算。因1個(gè)原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931 .5MeV的能量，所以計(jì)算時(shí)Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”。
對(duì)第二種方法進(jìn)行分析：
碳12的質(zhì)量為1.993×10- 26kg,一個(gè)原子質(zhì)量單位是碳12質(zhì)量的1/12.
1eV=1.60×10^-19J
根據(jù)質(zhì)能方程E=mc^2,當(dāng)這些物質(zhì)全部轉(zhuǎn)化為能量
E=1.993×10- 26kg*(299792458m/s)^2/12
=931.5MeV
例：（原子量為232.0372u）衰變?yōu)椋ㄔ恿繛?28.0287u）時(shí)，釋放出粒子（的原子量為4.0026u）。
（1）寫出衰變方程，（2）計(jì)算衰變過(guò)程中釋放的能量
解：（1）衰變方程

（2）衰變后的質(zhì)量虧損
=232.0372u(222.0287u+4.0026u)= 0.0059u
釋放的能量：
= 0.0059931.5MeV=5.5MeV
這種計(jì)算過(guò)程在今年的高考中也出現(xiàn)了，所以重點(diǎn)提一下

六、核裂變
原子核裂變?cè)诮裉炜磥?lái)原理好像不是那么難以理解，一般的高中生都能略知一二，但是在歷史上該過(guò)程的發(fā)現(xiàn)確實(shí)非常曲折。這里我簡(jiǎn)單描述一下這個(gè)歷史故事。一下內(nèi)容參考于
《原子核裂變的發(fā)現(xiàn):歷史與教訓(xùn)——一紀(jì)念原子核裂變現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)60周年》
作者：何澤慧，顧以藩(中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所,北京100039)
原子核裂變本來(lái)在1934-1935年就可以完成，但是推遲到1938年年底才得以實(shí)現(xiàn)。
1934年3月,費(fèi)米開始了利用中子轟擊原子核誘生人工放射性的實(shí)驗(yàn)研究.兩個(gè)月后,當(dāng)他和他的合作者用氡一鈹中子源照射鈾樣品時(shí),他們實(shí)際上是在實(shí)驗(yàn)室中首次實(shí)現(xiàn)了鈾核裂變;當(dāng)他們采用自制的蓋革計(jì)數(shù)管在照射后的鈾樣品.上測(cè)得多種感生的強(qiáng)放射性時(shí)，他們實(shí)際上觀測(cè)到的是裂變產(chǎn)物的放射性;當(dāng)他們采用淀積方法分離出了半衰期為13min的放射性元素并排除其為鉛、鉍以及從氡到鈾的同位素的可能性時(shí),他們實(shí)際上得到的(根據(jù)事后的推斷)是裂變碎片锝的同位素。然而費(fèi)米本人對(duì)于他們觀察到的實(shí)驗(yàn)事實(shí)作出了錯(cuò)誤的解釋，認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了生成超鈾元素的反應(yīng)，而半衰期為13min的放射性產(chǎn)物是第93號(hào)元素(也可能是94或95號(hào)元素),但是關(guān)于重核裂變的正確答案實(shí)際上就在那時(shí)已經(jīng)被提出來(lái)了。
猜到正確答案的是德國(guó)女化學(xué)家諾達(dá)克，她針對(duì)費(fèi)米的發(fā)現(xiàn)在1934年9月發(fā)表《論第93號(hào)元素》，認(rèn)為費(fèi)米等人采用“排除其他可能性的方法”來(lái)證明第93號(hào)元素的存在是“決非成功的”，并設(shè)想一種“全新的核反應(yīng)” 圖像：“可以想象，當(dāng)重核被中子轟擊時(shí)，該核可能分裂成幾大塊，這些裂片無(wú)疑將是已知元素的同位素，而不是被輻照元素的近鄰.”然而，諾達(dá)克的論文沒(méi)有得到重視。如果諾達(dá)克的這些意見在當(dāng)時(shí)能得到足夠的重視的話，那么眾多科學(xué)家的共同努力下核裂變現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)就指日可待了。然而歷史卻向著另外一個(gè)方向錯(cuò)誤的越走越遠(yuǎn)。
當(dāng)時(shí)費(fèi)米小組成員在對(duì)待諾達(dá)克的質(zhì)疑甚至批評(píng)時(shí)的態(tài)度其實(shí)是拒絕的，也沒(méi)有公開回應(yīng)。與此同時(shí)，遠(yuǎn)在柏林的哈恩--邁特鈉小組和巴黎的居里小組也都看到了諾達(dá)克的論文。從一些當(dāng)事者的回憶來(lái)看，其態(tài)度也是拒絕的。
那么在1934~1938年這四年年時(shí)間，人們到底在干什么呢？
他們想發(fā)現(xiàn)“超鈾元素”，鈾238是當(dāng)時(shí)最終的原子，人們將所有的熱情都放在的發(fā)現(xiàn)一個(gè)比鈾238更重的原子上。
在1937~1938年居里和薩維奇先后發(fā)表了4篇論文，報(bào)道了令人驚訝的結(jié)果，他們改變了哈恩小組的一貫做法，對(duì)經(jīng)過(guò)快中子及慢中子照射的鈾樣品的全部放射性(而不是僅僅分離出具有過(guò)渡元素性質(zhì)的放射性成分)進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)了一個(gè)先前未曾報(bào)道過(guò)的新放射性,其半衰期為3.5h,而化學(xué)性質(zhì)似乎與釷相仿(1937年8月1日)由于哈恩和邁特納的強(qiáng)烈質(zhì)疑,她們作了進(jìn)一步的研究，肯定了R3. 5h放射性(她們把它稱作R3. 5h)的存在而放棄了認(rèn)為是釷的看法.隨后，又根據(jù)R3.5h在進(jìn)行化學(xué)分離時(shí)隨同鑭載體沉淀出來(lái)的特點(diǎn)將它設(shè)想為錒(1938年3月21日).當(dāng)她們進(jìn)--步試行把設(shè)想為錒的R3. 5h與鑭分離時(shí)，卻得到了R3. 5h濃集在鑭的那部分中的意外結(jié)果（1938年5月30日）
到那個(gè)時(shí)候居里和薩維奇也沒(méi)有得出R3. 5h是鑭的裂變產(chǎn)物的結(jié)論。但是這個(gè)新發(fā)現(xiàn)引起了哈恩小組的探索。
隨后敘述他們“頗費(fèi)躊躇地發(fā)表”的新實(shí)驗(yàn)結(jié)果.文章宣稱:“我們得出了我們的‘鐳同位素’具有鋇的性質(zhì)的結(jié)論.”在接著的討論中,若明若暗地點(diǎn)到了核裂變的概念，說(shuō)“Ba十Ma[锝]質(zhì)量數(shù)之和=138+ 101,得到了239 !文章結(jié)尾生動(dòng)地描繪出了作者在確認(rèn)核裂變的歷史性時(shí)刻從核物理舊框框中掙脫出來(lái)的惶感心情:“作為化學(xué)家,我們實(shí)在應(yīng)該修訂上面給出的衰變綱圖，在Ra, Ac和Th的地方寫上Ba,La和Ce的符號(hào).然而,作為工作十分接近物理學(xué)領(lǐng)域的核化學(xué)家’,我們還不能邁出這么大的一步,因?yàn)樗`反了核物理的所有以往經(jīng)驗(yàn).或許這里有一系列不尋常的巧合給我們?cè)斐闪思傧?”
哈恩在這篇論文發(fā)表以前將結(jié)果寄給了那時(shí)已經(jīng)流亡到瑞典的原合作者邁特納.后者和她的外甥弗里施進(jìn)行了深入的討論,從物理上確認(rèn)了鈾核在中子作用下分解為兩部分的反應(yīng)形式，并在不久發(fā)表在《自然》(Nature)雜志.上的文章中首次使用了“裂變”這個(gè)名詞.于是,哈恩和斯特拉斯曼在他們的下一篇論文（發(fā)表日期1939年2月10日)中，一改上一篇論文的不肯定的保留語(yǔ)氣,開始信心十足地根據(jù)核裂變的圖像來(lái)報(bào)道他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果了。
在自然科學(xué)的探索道路上存在很多類似這種對(duì)新事物的彷徨和不確定，就像現(xiàn)在的量子力學(xué)，足以顛覆99%的人的世界觀，我們需要的是對(duì)新事物的探索精神，而不是一味的守舊。

下面正式講解核裂變
重核裂變：物理學(xué)中把重核分裂成兩個(gè)較輕的核時(shí)，釋放出核能的反應(yīng)叫做核裂變。
1939年，德國(guó)物理學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)，用中子轟擊鈾核時(shí)，鈾核發(fā)生了裂變。
教材中主要以鈾為例進(jìn)行了講解
鈾235的裂變方式有多種
1、
2、
3、
鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：確定了核裂變反應(yīng)以后，各國(guó)物理學(xué)家立即想到根據(jù)原子核的組成規(guī)律，重核中中子數(shù)多于質(zhì)子數(shù)，輕核質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)相等.重核裂變成兩個(gè)輕核，必將出現(xiàn)中子過(guò)剩的情況.如果過(guò)剩的中子繼續(xù)轟擊別的重核，就可以進(jìn)行鏈?zhǔn)椒磻?yīng)了
定義：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過(guò)程，叫做核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．
鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生的條件：鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量，或者鈾塊的體積大于臨界體積。
解釋：從反應(yīng)原理上來(lái)看，只要有中子進(jìn)入鈾塊就會(huì)發(fā)生核反應(yīng)，其實(shí)并不是如此，因?yàn)樵雍朔浅Ｐ。绻檳K的體積不夠大，中子從鈾塊中通過(guò)時(shí)，可能還沒(méi)有碰到一個(gè)鈾核就跑到鈾塊外面去了。我們把能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的鈾塊的最小體積叫做它的臨界體積。所以如果鈾235的體積超過(guò)臨界體積，只要有中子進(jìn)入，就會(huì)立即引起鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，在極短時(shí)間內(nèi)釋放出大量核能，發(fā)生猛烈的爆炸。
鈾235的臨界質(zhì)量是1kg。所以想要制造原子彈，必須先獲得1kg的純鈾。美國(guó)是核武器大國(guó)，他們把核電站發(fā)電產(chǎn)生的核廢料有償?shù)倪\(yùn)送到朝鮮，核廢料中其實(shí)也含有微量的鈾235，朝鮮試圖在廢料中提取純鈾，好像目前還沒(méi)有研制成功。
重核裂變的應(yīng)用：
1、原子彈原子彈原理圖，如圖是兩種引爆方式，普通炸藥爆炸推動(dòng)并壓縮反射層和核料，使之達(dá)到臨界狀態(tài)，核點(diǎn)火部件適時(shí)地提供中子，使核料內(nèi)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，并猛烈釋放能量。
2、核電站
核電站也是重核裂變的應(yīng)用之一，但是有別于原子彈的是，核能的釋放是可控的。原理如右圖，利用鎘幫吸收核反應(yīng)釋放的部分中子即可。
核心設(shè)施：核反應(yīng)堆，即濃縮鈾制成的鈾棒
減速劑：石墨、重水或普通水，用于減小中子的速度
控制棒：鎘棒，用于吸收中子，控制核反應(yīng)的快慢。
解決能源危機(jī)根本途徑——核能。可開發(fā)的核裂變?nèi)剂腺Y源可使用上千年。核聚變資源可使用幾億年。但是目前還沒(méi)有技術(shù)可以對(duì)巨變能量進(jìn)行控制。因?yàn)榈厍蛏蠜](méi)有沒(méi)有任何容器可以承受如此高的溫度。目前世界上比較流行的思想是利用磁約束和慣性約束達(dá)到對(duì)熱核反應(yīng)的控制。如果這
個(gè)技術(shù)被發(fā)現(xiàn)并利用，那么靠石油為生的國(guó)家將迅速?zèng)]落。目前我國(guó)的可控核聚變裝置“中國(guó)環(huán)流器1號(hào)”和“2號(hào)”已取得不少研究成果，值得期待。

輕核聚變
定義：兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核，這種核反應(yīng)叫做聚變，也叫熱核反應(yīng)。
能量的變化：輕核聚變后，比結(jié)合能增加，反應(yīng)中會(huì)釋放能量。
反應(yīng)條件：要使輕核發(fā)生聚變,必須使它們達(dá)到10^-15的近距離。由于原子核都帶正電,要使它們接近到這種程度,必須克服它們之間巨大的靜電斥力,為此,輕核必須獲得足夠的動(dòng)能并處于很高密度下才能引起聚變。所以需要超高溫和超高壓條件下進(jìn)行，所以又叫熱核反應(yīng)。
輕核的聚變實(shí)例:


能量感知：以，
氘核的質(zhì)量：mD＝2.014102u
氚核的質(zhì)量：mT＝3.016050u
氦核的質(zhì)量：mα＝4.002603u
中子的質(zhì)量：mn=1.008665u
Δm=mD+mT-（mα+mn）=0.018884u
ΔE=Δmc2=0.01884×931.5MeV=17.59MeV
平均每個(gè)核子釋放的能量為
而重核裂變通過(guò)同樣的計(jì)算可得平均每個(gè)核子釋放的能量為=0.852MeV
所以輕核聚變的能量是重核裂變能量的4倍左右
輕核聚變的應(yīng)用
氫彈，首先普通炸藥爆炸來(lái)引爆U235裂變，其實(shí)就是先引爆一個(gè)小型的原子彈，用于提供熱核反應(yīng)的條件，超高溫超高壓，然后再讓輕核發(fā)生聚變。
太陽(yáng)內(nèi)部的反應(yīng)
通過(guò)對(duì)太陽(yáng)光譜的研究發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)內(nèi)部也進(jìn)行著輕核聚變。

輕核聚變相比重核裂變的優(yōu)勢(shì)
1.輕核聚變產(chǎn)能效率更高
2.地球上聚變?nèi)剂蟽?chǔ)量豐富，1L海水中就有0.03g的氘，如果發(fā)生巨變相當(dāng)于300L汽油所釋放的能量。
3.輕核聚變更安全，因?yàn)榫圩兎磻?yīng)需要高溫高壓的維持，一旦設(shè)備發(fā)生故障以后，這個(gè)條件就無(wú)法維持，反應(yīng)就終止了。

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