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卢瑟福的α粒子散射实验彻底否定了汤姆生提出的“枣核镶嵌式”原子模型,并直接导致原子“核式模型”的建立。贝克勒耳发现天然放射现象后,人们自然地把视觉伸向了原子核内部,随着卢瑟福找到质子,查得威克找到中子,以及普朗克量子理论的引入,原子核的面目逐渐清晰。原来,原子核是介于原子与粒子之间,由质子与中子(统称核子)组成的量子多体体系,而核内的质子与中子能够紧密挤在一起,依靠的是一种强短程力——核力。
目前人类对核力仍知之不多,于是尽管卢瑟福原子核式模型早已深入人心,但核内部的天地却众说纷纭。我更赞同以下看法:核中质子、中子较均匀地相间排列,并首尾相连成环(核子环),核子环不停转动,转速较小时,原子核像乒乓球一样呈球状,转速增大后,原子核逐渐变扁,成椭球形,如同鸡蛋壳。同时,由于质子间的较大库仑斥力,会使核子环向外伸展。需要明确的是,在核子环上,每个核子只与它两侧的核子产生核力作用,与其他核子间一般没有核力。
现在让我们进入想象时空:原子核内核子环上质子均匀排列,核子环整体顺时针或逆时针自转。质子带正电,旋转产生环系电流,中子不带电,却能产生中子流。中子流与质子流具有各自的能级。核子与核子间有其相对独立性,近似地保持着原来的运动状态,但通过相互作用,可以不断交换能量、动量。
下面让我们的思维锁定在某个量子轨道上的核子上:它在平衡形状附近不停地做或强或弱的振动,这种振动对原子核体积影响不大。突然,这个核子吸收到外界能量,动能增大很多,它开始剧烈动荡,迫使核子环发生形变,逐渐变成椭圆环。伴随着众多核子的转动,原子核外观上成为椭球体。此时,原子核中的电荷具有了旋转椭球的对称性。理论证明:同一量子轨道上运动着一对核子。
有同学可能想到,既然核子不断振动,那么原子核稳定性如何呢?事实上,在原子核中,质子与中子的组合是一个统一的有机整体,质子通过中子连接,中子与质子互相限制,彼此制约。因此,在通常情况下,原子核是相当稳定的。对于中子数多于质子数较多的中等核及重核,虽然核子环上会每相隔两个中子再排列一个质子,形成的核同样是稳定的。不过,一旦中子数少于质子数,原子核就变得不稳定了。如中等核及重核中某个中子动能很大,就会放出电子而衰变成质子,然后与两侧的中子相互作用达到稳定,这就是β衰变。如果核环变为椭圆,核的两端尖部就会释放氦核,使核环恢复成圆环状,这就是α衰变。显然,千变万化的核反应,实质上是通过发射粒子(或γ射线)使新结合的核子环向圆环状恢复,期间,原核子环上局部核子间核力被破坏,产生新核,由于核力更强而变得更加稳定。
目前人类对核力仍知之不多,于是尽管卢瑟福原子核式模型早已深入人心,但核内部的天地却众说纷纭。我更赞同以下看法:核中质子、中子较均匀地相间排列,并首尾相连成环(核子环),核子环不停转动,转速较小时,原子核像乒乓球一样呈球状,转速增大后,原子核逐渐变扁,成椭球形,如同鸡蛋壳。同时,由于质子间的较大库仑斥力,会使核子环向外伸展。需要明确的是,在核子环上,每个核子只与它两侧的核子产生核力作用,与其他核子间一般没有核力。
现在让我们进入想象时空:原子核内核子环上质子均匀排列,核子环整体顺时针或逆时针自转。质子带正电,旋转产生环系电流,中子不带电,却能产生中子流。中子流与质子流具有各自的能级。核子与核子间有其相对独立性,近似地保持着原来的运动状态,但通过相互作用,可以不断交换能量、动量。
下面让我们的思维锁定在某个量子轨道上的核子上:它在平衡形状附近不停地做或强或弱的振动,这种振动对原子核体积影响不大。突然,这个核子吸收到外界能量,动能增大很多,它开始剧烈动荡,迫使核子环发生形变,逐渐变成椭圆环。伴随着众多核子的转动,原子核外观上成为椭球体。此时,原子核中的电荷具有了旋转椭球的对称性。理论证明:同一量子轨道上运动着一对核子。
有同学可能想到,既然核子不断振动,那么原子核稳定性如何呢?事实上,在原子核中,质子与中子的组合是一个统一的有机整体,质子通过中子连接,中子与质子互相限制,彼此制约。因此,在通常情况下,原子核是相当稳定的。对于中子数多于质子数较多的中等核及重核,虽然核子环上会每相隔两个中子再排列一个质子,形成的核同样是稳定的。不过,一旦中子数少于质子数,原子核就变得不稳定了。如中等核及重核中某个中子动能很大,就会放出电子而衰变成质子,然后与两侧的中子相互作用达到稳定,这就是β衰变。如果核环变为椭圆,核的两端尖部就会释放氦核,使核环恢复成圆环状,这就是α衰变。显然,千变万化的核反应,实质上是通过发射粒子(或γ射线)使新结合的核子环向圆环状恢复,期间,原核子环上局部核子间核力被破坏,产生新核,由于核力更强而变得更加稳定。