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人工核反应和人工放射性


铜臭 / 2022-08-11

   上面已提到天然放射性元素的蛻变是自发的,不受溫度和压力等外界条件的影响。現在会发生一个問題:是否可用人工方法使一种原子核变为另一种原子核?

一、人工核反应的发現
  卢瑟福于1919年在实验中实現了第一一次的人工蛻变,也就是人工进行的原子核反应。他的实验装置如图27-15所示。使一个可以移动的α粒子源A射击容器内的氮,可以在熒光屏B上观察到有閃亮发生的閃亮。他所用的是RaC⁷的α源,其射程是6.87厘米,但是当α源距葵光屏40厘米处还能观察到閃亮。这样远射程图27-15.卢瑟籍人工蜕变装置。的粒子,不得不是較輕的,因此除α粒子外只能是质子。但是质子和α粒子的质量比值是1:4。如果α粒子和氫(假定它存在于氮中作为杂质)的核撞击,按照动量守恒定律,质子的速度将为α粒子的四倍,即能射至28厘米远。这样,无論如何不能解釋40厘米远的射程。卢瑟福由此推論,认为质子是由氨核之内被α粒子所击出的;这个作用涉及原子核的就变反应,同时有能量的变化,这項能量足以使质子射得那末远。他将所发生的人工蜕变以下列核反应式表示之:
¹⁴₇N+⁴₂He→¹⁷₈O+¹₁H
式中的¹⁷₈O是假定的,因为它是唯一一可能产生的新核。
  由此可見,原子核反应和化学反应不同。化学反应是原子間电子的轉移,而原子核反应是核間质点的轉移,所涉及的核反应能要大得多,大出6个数量级。
  在上述实驗中,使用的射彈是天然的a质点。1930 年考克洛夫特(Cockroft)和瓦尔登(Walton)首先用人工加速的质子射击鋰而实現人工核反应:
⁷₃Li+¹₁H→⁴₂He+⁴₂He
  自1932年发现中子(3-8节)以后,科学家又以中子为有效的射彈。它不像α粒子或质子带有阳电荷而和核发生庫侖力排斥作用,所以容易射人具有多阳电荷的重核。自1934年起,费尔米(Farmi)进行了很多的中子射击的人工蜕变。
二、人工放射性
  1934年,約里奥.居里(J.Curie)夫妇用α粒子射击鋁,得出下列核反应:
²⁷₁₃Al+⁴₂Ee→³⁰₁₅P +¹₀n
  但当α粒子停止射击后,他們发现仍然有射线发射出来,并确定发射出来的质点就是阳电子:
³⁰₁₅P→³⁰₁₄Si+⁰₁θ
这一核反应的特点是,用人工方法产生了放射性核。用人工方法获得的新核的放射性,叫做人工放射性。然后,发现了很多的人工放射性核。在已知的600多种放射性同位素中,超大部分是由人工产生的。放射性同位素广泛地应用来作为标記原子。
三、基本粒子
  在上节中提到的阳电子,是安德生(Anderson)在1932年由宇宙接中发现的。它和普通的电子(阴电子)有相同的质量,所带的电荷都是一-个元电荷,但是电荷的符号恰相反。电子质量和元电荷的大小如下:
电子质量=9.1056x10⁻²⁸克
元电荷=48029x10⁻¹⁰静电单位
  阳电荷也是一个基本粒子,或称元粒子。基本粒子是不能再分割的粒子。
  正象阴电子和阳电子相互对照样,质子也有 反质子,质量相同, 但电荷符号相反;中子也有反中子,由反质子轉化而生成。这两个基本粒子,是分别在1955和1956年用人工方法获得的。
  中微子ν是伴着β而放射的,它沒有电荷,质量要比电子质量小得多。
  核子間的交换力,依靠ν介子的轉移。π介子是中性的,則其质量比电子大265倍,如有带一个阳电荷或阴电荷的,則其质量比电子大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,质量为电子质量的2185倍。

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