【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實的學(xué)酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。?

第九章原子核的結(jié)構(gòu)

【山話||? 本系列專欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳；電荷的單位靜庫（1庫倫=3×10?靜庫）；電勢的單位靜伏等于300伏特。另外這套老教材中力的單位常用公斤、克等，但如今是不允許的，力是不能使用質(zhì)量單位的。】??

§9-4原子的人為嬗變

【01】自從發(fā)現(xiàn)了天然放射性物質(zhì)以后，人們開始知道，在自然界里有些元素的原子核能自發(fā)地進(jìn)行嬗變。所謂嬗變，就是指一種原子變成了性質(zhì)上不同的另一種原子的過程。這些事實給科學(xué)家們一個啟發(fā)：有可能人為地將一種物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N物質(zhì)。于是科學(xué)家們就開始研究如何通過人為的方法使一些穩(wěn)定元素的原子發(fā)生嬗變。他們曾在水銀蒸氣中進(jìn)行高壓放電，或者用陰極射線去射擊氮氣，但是都失敗了。因為原子核是一個相當(dāng)堅固的組織，要想使它內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化就必須使用具有相當(dāng)高能量的“炮彈”轟擊它。后來他們終于想到利用由放射性元素發(fā)射出來的 α 粒子作為“炮彈”，由于?α?粒子是帶電的粒子，所以用它來轟擊重元素的原子核必然會遭到散射，但用它來轟擊輕元素的原子核，擊中原子核的可能性就大了。

【02】1919年，盧瑟福在用鐳C'(RaC')原子所放出的具有 2×10? 米/秒這樣高速度的粒子作為“炮彈”來轟擊氮氣的時候，發(fā)現(xiàn)了一種新的粒子。后來通過分析才知道這個實驗第一次實現(xiàn)了用人為的方法使原子發(fā)生嬗變。

【03】圖9·8就是當(dāng)時盧瑟福所用的實驗裝置示意圖。其主要部分是一個密閉的容器 C，其中裝有純凈的氣體。同時在 C 室內(nèi)有一個可以滑動的座架，其上放著?α?粒子的放射源(RaC') A，在 C 室的側(cè)面上有一小窗，窗上貼著一層銀箔 F，它的厚度是以恰好能吸收由室內(nèi) A 處射出的?α?粒子為準(zhǔn)。（或者通過調(diào)整 AF 間的距離來做到這一點）窗外放一涂有硫化鋅的熒光屏 S，顯微鏡 M 是用來觀察 S 屏上的閃光的。

【04】當(dāng) C 室內(nèi)裝著純凈的氧氣或者碳酸氣時，S 屏上并沒有閃光出現(xiàn)，這表示由 A 處發(fā)出的?α?粒子已被 F 箔所吸收。但是當(dāng) C 室內(nèi)裝著純凈的氮氣時，雖然?α?粒子仍然不能穿過 F 箔，但在屏上卻可以觀察到閃光。盧瑟福認(rèn)為，這些閃光是由于 C 室內(nèi)的氮原子核在?α?粒子的轟擊下發(fā)射出來的一種貫穿本領(lǐng)很強的新粒子所引起的。進(jìn)一步的探測證明，這些新粒子就是氫原子核 ?H1? 。我們把它叫做質(zhì)子，它們在空氣中的射程可以達(dá)到 40 厘米；而由鐳C' 放出的 α 粒子在空氣中的射程只有 7 厘米。

【05】根據(jù)玻爾的解釋，氮原子核在 α 粒子的轟擊下發(fā)生嬗變的過程分為兩個階段：第一階段是快速的?α?粒子在擊中靶核，?N1? 后被靶核所俘獲，形成了一個不穩(wěn)定的復(fù)核 ?F1?（氟的不穩(wěn)定同位素）；第二階段是這個不穩(wěn)定的復(fù)核在極短的時間內(nèi)【不穩(wěn)定的復(fù)核存在的時間約10?1?秒】放出一個質(zhì)子而嬗變成反沖核 ?O1?（氧的穩(wěn)定同位素）。

【06】原子核由于受到外來的原因而引起的嬗變叫做核反應(yīng)。盧瑟福實驗中的核反應(yīng)過程可以用下列的核反應(yīng)方程來表示?? 。由于核反應(yīng)過程也同樣遵守電荷守恒定律和質(zhì)量守恒定律，因此反應(yīng)前后的電荷總數(shù)和質(zhì)量總數(shù)保持不變。

【07】幾年以后，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，除了氧和碳以外，原子序數(shù)在 21 以下的輕元素的原子核，在 α 粒子的轟擊下幾乎都能產(chǎn)生類似的核反應(yīng)。例如：?（釋放能量）；?（釋放能量）；（吸收能量）?。

【08】上述核反應(yīng)方程還可以簡寫成 F1?(α,p)Ne22，Al2?(α,p)Si3o，Sc??(α,p)Ti?? 等。括號中前一個字母 α 表示入射的粒子是 α 粒子，后一字母 p 表示反應(yīng)后放出的粒子是質(zhì)子，括號前面的 F1?、Al2? 等表示受到轟擊的靶核，括號后面的 Ne22，Si3o 等表示復(fù)核放出質(zhì)子后嬗變成的反沖核。通常我們就把這種核反應(yīng)叫做 α-p 型核反應(yīng)。

【09】α-p?型核反應(yīng)在威耳遜云室里被探測到的機會是非常少的。有人曾經(jīng)在充有 90% 氮氣和 10% 氧氣的威耳遜云室中，攝取了成千成萬張 α 粒子的徑跡照片，結(jié)果只在很少的照片上發(fā)現(xiàn)?α?粒子的徑跡中有了“分叉”。圖9·9就是其中的一張照片。分析證明，在發(fā)生“分叉”后形成的兩條新的徑跡中，細(xì)而長的一條是質(zhì)子的徑跡，粗而短的一條是新生成的反沖氧原子核的徑跡?！胺植妗钡钠瘘c就是發(fā)生 α-p?型核反應(yīng)的地方。