【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』，此版叢書(shū)是“數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)編委會(huì)”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(shū)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(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書(shū)是大半個(gè)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(lái)自學(xué)。不過(guò)這套叢書(shū)卻很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫(xiě)的注解。

【山話嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)』其實(shí)還有新版，即80年代的改開(kāi)版，改開(kāi)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(guò)我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開(kāi)版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒(méi)在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』上傳成文字版。?

第八章原子的結(jié)構(gòu)

【山話||? 本系列專(zhuān)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(kù)（1庫(kù)倫=3×10?靜庫(kù)）；電勢(shì)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?！?

§8-2天然放射現(xiàn)象

【01】1896年，也就是發(fā)現(xiàn)倫琴射線的后一年，法國(guó)科學(xué)家貝克勒耳在進(jìn)行倫琴射線實(shí)驗(yàn)時(shí)注意到，在發(fā)出倫琴射線的玻璃管壁上同時(shí)有黃綠色的熒光，他就聯(lián)想到，這種熒光會(huì)不會(huì)是發(fā)生倫琴射線的原因呢？或許有熒光時(shí)就一定會(huì)有倫琴射線產(chǎn)生？目前看來(lái)，這種想法顯然是錯(cuò)誤的，然而在倫琴射線的性質(zhì)還沒(méi)有弄清楚的當(dāng)時(shí)，這種推測(cè)也是十分自然的。于是貝克勒耳就對(duì)各種熒光物質(zhì)進(jìn)行了研究，想用熒光物質(zhì)來(lái)發(fā)生倫琴射線，雖然他對(duì)這個(gè)問(wèn)題的研究并沒(méi)有得出結(jié)果，但卻在無(wú)意中發(fā)現(xiàn)了一種含鈾的熒光物質(zhì)（硫酸鉀鈾）能不斷自發(fā)地射出某種看不見(jiàn)的穿透能力相當(dāng)強(qiáng)的射線來(lái)。這一重大發(fā)現(xiàn)的意義不僅在于獲得了一種新的射線，而在于第一次發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)能不經(jīng)照射不斷自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象。物質(zhì)的這種性質(zhì)就叫做天然放射性。

【02】進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，所有的鈾化合物，不論它是不是熒光物質(zhì)，都具有天然放射性，而它們的放射性強(qiáng)度跟各自的含鈾量成正比，這就表明天然放射性是來(lái)自鈾元素(U)的。

【03】不久，物理學(xué)家瑪麗·居里夫人發(fā)現(xiàn)釷元素(Th)也具有天然放射性；同時(shí)她還發(fā)現(xiàn)一種瀝青鈾礦的放射性十分強(qiáng)烈，要比按照它的鈾含量計(jì)算所得到的放射性強(qiáng)度大 4 倍，因此她認(rèn)為在這種鈾礦中一定存在著放射性比鈾強(qiáng)得多的物質(zhì)。居里夫婦經(jīng)過(guò)耐心細(xì)致的分離工作，終于在這種礦石的雜質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了兩種放射性更強(qiáng)的元素一釙(Po)和鐳(Ra)。釙的放射性強(qiáng)度是鈾的 101o倍；鐳的放射性強(qiáng)度是鈾的 2×10? 倍。這兩種元素都是當(dāng)時(shí)化學(xué)元素表里所沒(méi)有的新元素。后來(lái)經(jīng)過(guò)科學(xué)家們繼續(xù)研究，發(fā)現(xiàn)位于門(mén)捷列夫周期表中原子序數(shù)【俄國(guó)科學(xué)家門(mén)捷列夫根據(jù)他所發(fā)現(xiàn)的化學(xué)元素的周期律，把所有的元素加以自然的分類(lèi)，制成了元素周期表。所謂原子序數(shù)就是元素周期表上按原子量從小到大的順序排列而得的元素編號(hào)】從 84 起的所有元素都具有天然放射性，原子序數(shù)比 84 小的某些元素也有天然放射性，我們把這些具有天然放射性的元素叫做放射性元素。

【04】象研究陰極射線一樣，把放射性元素發(fā)出來(lái)的射線放在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中加以研究，就會(huì)發(fā)現(xiàn)不同的放射性元素所發(fā)出的射線并不是完全一樣的。

【05】有些放射性元素，例如氡(Rn)所發(fā)出的射線，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)里偏轉(zhuǎn)的方向和陰極射線相反，這表明它是由帶正電的粒子組成的，我們把它叫做 α 射線，組成 α?射線的粒子叫做 α?粒子。進(jìn)一步的研究指出，α?粒子就是失去了兩個(gè)電子的氦原子，它所帶的電量是 3.204×10?1? 庫(kù)侖，相當(dāng)于基本電荷的 2 倍；它的質(zhì)量是 6.64×10?2? 克，相當(dāng)于氫原子質(zhì)量的 4 倍。

【06】有些放射性元素，例如錒(Ac)所發(fā)出的射線，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)里偏轉(zhuǎn)的方向和陰極射線相同，這表明它是由帶負(fù)電的微粒組成的，我們把它叫做 β 射線，組成?β?射線的微粒叫做?β?粒子，進(jìn)一步的研究指出，β?粒子就是速度很高的電子。不同的放射性元素在不同的情祝下，發(fā)出?β?射線中的電子速度也各不相同，例如在鐳和它的化合物所發(fā)出的?β?射線中，電子的速度范圍相當(dāng)于光速的 30~99%，而在陰極射線中，電子的速度只有光速的百分之幾。

【07】此外，有許多放射性元素，在發(fā)出 α 射線或者?β?射線的同時(shí)，還發(fā)出另一種穿透能力非常強(qiáng)的射線，這種射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)里都不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這表明它是由不帶電的微粒組成的，我們把它叫做 γ 射線。進(jìn)一步的研究指出，γ?射線是由波長(zhǎng)很短的光子組成的，我們把這種光子叫做?γ?光子，它們的波長(zhǎng)比倫琴射線的波長(zhǎng)還要短，約在 10?1o 厘米以下。

【08】雖然絕大多數(shù)純凈的放射性物質(zhì)都只發(fā)出兩種射線（γ 射線和 α 射線或者 γ 射線和 β 射線），但是一般的放射性物質(zhì)都不可能是純凈的，因此在放射性物質(zhì)所發(fā)出的射線中，α?射線、β 射線和 γ 射線總是同時(shí)存在的。圖8·7就是用來(lái)探測(cè)放射性物質(zhì)所發(fā)出的三種射線在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)情況的裝置的示意圖。在一個(gè)玻璃容器內(nèi)放一個(gè)鉛盒，盒內(nèi)穿一小孔，在孔的底上放入少量的放射性物質(zhì)；并在容器周?chē)才乓粋€(gè)強(qiáng)有力的磁場(chǎng)，它的磁力線方向跟紙面垂直，并離讀者而去。實(shí)驗(yàn)時(shí)可以先利用真空泵將容器內(nèi)空氣抽去，以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果。如果在 PP' 處放有照相底片，那么這三股射線就會(huì)在底片上留下三個(gè)黑點(diǎn)，根據(jù)黑點(diǎn)的位置可以推測(cè) α 射線和 β 射線的偏轉(zhuǎn)情況。關(guān)于這三種射線的其他性質(zhì)，我們將在下一章里再具體進(jìn)行研究。

【09】放射性元素在發(fā)出射線以后，它本身將會(huì)發(fā)生什么變化呢？實(shí)驗(yàn)表明它將變成具有不同性質(zhì)的新元素。例如把氯化鐳(RaCl?)放在一個(gè)封閉的容器中，它可以產(chǎn)生兩種氣體，利用光譜分析可知其中一種是氦氣，另一種是氡氣。這就是說(shuō)鐳原子在放出一個(gè) α 粒子以后就變成了氡原子。我們把放射性元素由于發(fā)出射線而變成另一種新元素的變化叫做放射性元素的蛻變。由放射性元素蛻變而成的新元素，如果也具有放射性，那它將繼續(xù)蛻變，直到最后變成不具有放射性的元素為止。

【10】既然各種放射性元素在發(fā)出射線后能蛻變成各種不同的元素，這就說(shuō)明原子并不是物質(zhì)存在的最小單元，并且原子并不是不可改變的。由此可知，原子的結(jié)構(gòu)也并不簡(jiǎn)單，而是十分復(fù)雜的。