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| 原子核 | |
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原子核(atomic nucleus)简称"核"。位于原子的核心部分，由质子和中子两种微粒构成。而质子又是由两个上夸克和一个下夸克组成，中子又是由两个下夸克和一个上夸克组成。
原子核极小，它的直径在10m~10m之间，体积只占原子体积的几千亿分之一，在这极小的原子核里却集中了99.96%以上原子的质量。原子核的密度极大，核密度约为10^17kg/m，即1m的体积如装满原子核，其质量将达到10^14t，即1百万亿吨。
原子核的能量极大。构成原子核的质子和中子之间存在着巨大的吸引力，能克服质子之间所带正电荷的斥力而结合成原子核，使原子在化学反应中原子核不发生分裂。当一些原子核发生裂变(原子核分裂为两个或更多的核)或聚变(轻原子核相遇时结合成为重核)时，会释放出巨大的原子核能，即原子能(例如核能发电)。利用这一性质，方便人们的生活。整个原子不显电性是中性。
原子核简介
原子核是原子的中心部分，由质子和中子组成。原子的质量几乎全部集中在原子核中。各种元素的原子核中所含的质子和中子数都不相同。原子核有的稳定，有的不稳定，不稳定的原子核能放出射线，并衰变成另一种元素的原子核。
原子核极小，体积只占原子体积的几千亿分之一，但原子核的密度却极大，在极小的原子核里却集中了99.96%以上原子的质量。而且原子核的能量极大，构成原子核的质子和中子之间存在着巨大的吸引力，能克服质子之间所带正电荷的斥力而结合成原子核，使原子在化学反应中原子核不发生分裂。当一些原子核发生裂变或聚变时，会释放出巨大的原子核能，即原子能。
迄今为止，已发现的稳定原子核265种，60种天然放射性核，人工合成有2400种核，然而在核素图上，由中子滴落线、质子滴落线及自裂变半衰期大于1μs的限制边界内所包围的核素应有8000余种，这表明有一大半核尚未被人们认识。根据目前的情况，考虑到可能的生成与鉴别方法，估计还可能被生成或鉴别600种左右的新核素，它们是世界各地有关实验室不惜耗费重金搜索的目标。[1]
原子核的发现
实验测到的原子核的质量都接近于氢原子核质量的整数倍。1919年，卢瑟福通过反应发现了一种粒子，它带一个单位正电荷的电量，其质量与氢原子核质量相等，这种粒子被称为质子。同时，用快速α粒子轰击其他元素的原子核时也能产生这种粒子。这个发现说明了原子核内是包含质子的。
但是原子核一般不能只由质子组成。就拿最简单的氘原子核来说.它的电荷等于质子电荷，但质量却为质子的两倍。原子核中还应包含什么成分呢?直到1932年查德威克(Chadwick)发现了中子。人们才搞清了核的基本组成。原子核是由质子与中子组成的。
1930年，玻特(W.Bothe)等人利用反应即用α粒子轰击锂、铍等轻元素时.发现一种贯穿力较强的辐射，它能穿过厚的铅板被计数管记录下来。同年，约里奥·居里夫妇重复实验.用钋α源照射铍靶，并用所放出的那种穿透性强的“射线”去轰击石蜡。遗憾的是，玻特和约里奥·居里夫妇都把这种辐射看成γ射线。实际上，根据康普顿散射计算得到的γ射线能量与通过吸收法测得的此“射线”能量相矛盾。可以说，他们走到一个重大发现的边缘，但没有想到“中子”的可能。
中子的发现是核物理发展史上一个重要的里程碑。中子的发现不但说明原子核由质子和中子组成，更重要的是.人们找到了极好的轰击和分裂原子核的炮弹，开始了一系列重要的核反应研究。大大推动了原子核物理的发展。
不同的原子核所含有的质子和中子数目不同。中子和质子统称为核子，它们的质量差不多相等，但中子不带电，质子带正电.其电量为Ze。因此，电荷数为Z的原子核含有Z个质子。原子核所含有的中子数用N表示，则原子核的质量数A=Z+N。具有一定Z，A的原子核称为核素。
随着实验手段的发展，更高性能的中高能重离子加速器、高能加速器等的投入使用。人们发现核内成分除了质子、中子外还存在非核子自由度。这些非核子自由度包括介子和夸克。[2]
原子核的结构
原子核是物质结构的一个层次，它介于原子与粒子之间，是由质子与中子（统称核子）组成的非相对论量子多体体系。此量子多体体系的结构图象是由核内的质子与中子依靠一种短程的强相互作用力来维系的。这种核子间的强相互作用，称为核力或者强力。
原子核并不是那种单纯的“核”，而是由质子和中子较均匀地相间排列成键，然后首尾相连而构成的核子环，围绕其自身的轴线高速转动而形成的壳层结构的带电液滴球核。由于核子都集中在核子环上，因此核内是空心的，即原子核具有空虚的质心。核环转动形成的球形核就象乒乓球一样，形成的椭圆形核就象蛋壳一样。
核环的成环张力是由核子环上所有质子相互推斥提供的。这样，原子核外观表现为质子间的较大库仑斥力，使核环伸张，内观则表现为核子间的核力，这种强力使核子一个拉着一个，使核收缩，从而产生核的表面张力，但核的表面张力远大于质子间的斥力，之所以能维持平衡，是因为核力具有饱和性的缘故。另外，因核的转动使核子产生离心力。原子核内的斥张力及离心力同核的表面张力的相互抗衡，维持着原子核空间结构的相对稳定存在。 [3]
原子核的大小
原子核极小，它的直径在10-15m~10-14m之间，体积只占原子体积的几千亿分之一，在这极小的原子核里却集中了99.96%以上原子的质量。原子核的密度极大，核密度约为1017kg/m3，即1m3的体积如装满原子核，其质量将达到1014t，即1百万亿吨。
原子核是由质子和中子组成的。不同核素的原子核可以用三个数来表征，质量数A，质子数Z，和中子数N。质量数等于质子数加中子数。
原子核的大小可以通过阿尔法粒子散射，高能质子散射，电子，中子散射等实验测量。散射实验表明原子核比原子的尺寸要小得多，只有飞米(fm)量级。即比原子的尺寸要小几万分之一。随着A的增大，原子核的半径将越来越大。对氢原子核来说，其直径为约1.75fm，对比较重的原子核，比如铀，则可达到15fm。大小差了一个数量级。[4]
性能介绍
原子核衰变
原子核衰变也叫核衰变，是原子核自发射出某种粒子而变为另一种核的过程。认识原子核的重要途径之一。原子核衰变的类型有α衰变、β衰变和γ衰变三种，分别放出α射线、β射线和γ射线。
1、α衰变
放射性核素放射出α粒子后变成另一种核素。子核的电荷数比母核减少2，质量数比母核减少4。α粒子的特点是电离能力强，射程短，穿透能力较弱。
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2、β衰变：
β衰变又分β-衰变、β+衰变和轨道电子俘获三种方式。
①β-衰变：放射出β-粒子(高速电子)的衰变。一般地，中子相对丰富的放射性核素常发生β-衰变。这可看作是母核中的一个中子转变成一个质子的过程。
②β+衰变：放射出β+粒子(正电子)的衰变。一般地，中子相对缺乏的放射性核素常发生β+衰变。这可看作是母核中的一个质子转变成一个中子的过程。[5]
③轨道电子俘获：原子核俘获一个K层或L层电子而衰变成核电荷数减少1，质量数不变的另一种原子核。由于K层最靠近核，所以K俘获最易发生。在K俘获发生时，必有外层电子去填补内层上的空位，并放射出具有子体特征的标识X射线。这一能量也可能传递给更外层电子，使它成为自由电子发射出去，这个电子称作“俄歇电子”。
3、γ衰变
处于激发态的核，通过放射出γ射线而跃迁到基态或较低能态的现象。γ射线的穿透力很强。γ射线在医学核物理技术等应用领域占有重要地位。
原子核裂变
原子核裂变也叫核裂变，是指由重的原子核(主要是指铀核或钚核)分裂成两个或多个质量较小的原子的一种核反应形式。
铀-235和铀-238是两种主要的铀同位素，在自然界，主要以铀-238的形式存在，大概占99.3%，而铀-235只占0.7%。尽管铀-235含量很低，但却是主要的核燃料。因此，我们在核电利用之前，需要经过浓缩过程，使氧化铀的含量处于3%~6%,最好处于5%水平。进一步浓缩，就可用于制造原子弹。
铀-235在一个中子的轰击下产生铯-137和铷-96两个碎片，也可能产生碘-131和钇-102，这个过程叫做“原子核裂变”，同时释放出能量。1 千克的铀-235完全裂变可释放4.1×1011焦耳的能量。
除了铀-235，可用于大规模核能利用的核素还有钚-239和铀-233，不过，这两种皆属于人造核素，产生于反应堆。铀-238在反应堆里面经过几次裂变，会变成钚-239。钚-239可能存在两种用途：用作核燃料或作为原子弹基本材料。令人格外担心的是，钚-239不仅是放射性物质，本身还具有化学毒性，而且半衰期以万年计，清除难度非常高。
日本东京电力公司曾计划在柏崎-刈羽核电厂试用MOX技术，即组合使用钚-239和铀-235，据说这样可以大大提高反应堆的功率。后因2007年的地震而于2010年10月改在福岛第一核电站3号机组进行试验。[6]
相关视频
1、原子核
2、原子核外电子排布