核能利用、放射性同位素考古-全文預(yù)覽
【正文】 氘和氚發(fā)生聚變后， 2個原子核結(jié)合成 1個氦原子核，并放出 1個中子和 。 1克鈾裂變相當于20噸 TNT炸藥。 1938年，德國哈恩發(fā)現(xiàn)鈾蛻變后出現(xiàn)的新元素與鈾相距甚遠。 29/66 核能利用、放射性同位素考古 核能的缺點 切爾諾貝利核電站大爆炸有近萬人死亡，十萬人受到核輻射傷害，造成直接經(jīng)濟損失數(shù)十億美元，間接經(jīng)濟損失數(shù)千億美元，后患將影響一百年以上，是全世界已知是一次最大的核事故。因為這種反應(yīng)必須在極高的溫度下（或 107K以上）才會發(fā)生，所以也叫熱核反應(yīng)。 不同代的夸克除了質(zhì)量明顯不同之外，其他性質(zhì)都相同，即后一代可看成是前面的翻版。這就是所謂夸克的“漸近自由”。這也使夸克具有奇特的性質(zhì)： 第一，帶電荷是電子的三分之二 (或負三分之一 )倍。 ?四種相互作用統(tǒng)一的理論所謂“超統(tǒng)一理論”。這就喚起了人們統(tǒng)一這四種相互作用的希望。如果電磁相互作用的強度為 1，那末強相互作用的強度就是它的 137倍。 20/66 核能利用、放射性同位素考古 強相互作用 ： 原子核中帶正電荷的質(zhì)子之間的庫侖排斥力（電磁相互作用），會使得除氫原子核以外的所有原子核都會頃刻分崩離析。也就是說核的半衰期很長。質(zhì)量越大，引力也越大。后來又產(chǎn)生了“反氦 3” 18/66 核能利用、放射性同位素考古 基本粒子的相互作用 萬有引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用 引力相互作用：比其他三種相互作用要弱許多倍，但它卻是人類首先認識的一種相互作用。 1932【 美 】 安德森利用云室從宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了正電子。 np?13/66 核能利用、放射性同位素考古 從三十年代初期的四種粒子發(fā)展到 1947年的十四種粒子，基本粒子的家譜已有很大的發(fā)展。 ?M?12/66 核能利用、放射性同位素考古 基本粒子家族 ? 1947年（英）鮑威爾利用核乳膠在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)π介子。 ? 人們又相繼在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了 K介子，以及 Λ 超子等一系列新粒子。 ? 奧地利物理學家泡利（ 1900— 1958） 1930年提出了一個大膽的設(shè)想：如果認為在 β 衰變過程中還伴隨著一種未被查覺的未知粒子的話，矛盾可獲得解決。 ? 1947年英國物理學家鮑威爾在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了另一種粒子 —— π 。 電磁相互作用是由交換電磁場的場量子 Y光子而產(chǎn)生的 —— 由一粒子放出光子而另一粒子吸收光子的過程而產(chǎn)生的。 ? 同位素的本質(zhì)：它們是核中的質(zhì)子數(shù)相等，而中子數(shù)不等的一些原子，在周期表中位于同一位置。 ? 在現(xiàn)代原子論中，基本粒子可以轉(zhuǎn)化為輻射，反之亦然。因此物理學家把它們統(tǒng)稱為核子。 查德威克 CnBe 129 ????4/66 核能利用、放射性同位素考古 ?人們提出了核是由質(zhì)子和中子組成的核模型。盧瑟福認識到這些氫核唯一可能的來源是氮原子，因此氮原子必須含有氫核。 1918年他注意到在使用 α粒子轟擊氮氣時他的閃爍探測器紀錄到氫核的跡象。它是由中性微粒組成的，從而中子發(fā)現(xiàn)了。質(zhì)子和中于除了所帶電荷不同外，其他各方面都很相象。所有這些過程都受著已知的力學和電磁定律的支配。 ?中子、質(zhì)子、電子的質(zhì)量 1me = ?1031 kg 1mp = ?1027 kg 1mn = ?1027 kg 7/66 核能利用、放射性同位素考古 每種元素的原子序數(shù)是其原子核中的質(zhì)子的個數(shù) ? 而該元素的質(zhì)量即是其核內(nèi)質(zhì)子與中子的質(zhì)量和。 8/66 核能利用、放射性同位素考古 核力 人們最初認為這一相互作用是用場來傳遞的。 9/66 核能利用、放射性同位素考古 ? 1937年，美國物理學家安德遜在宇宙線中發(fā)現(xiàn)了一種質(zhì)量約為電子質(zhì)量 207倍的新粒子 —— μ ，但事后發(fā)現(xiàn)它只有弱相互作用，并不能傳遞核力，所以不是介子。 ? 但反應(yīng)前后能量不守恒。 ? 1956年，探測到反中微子 ， 1962年又發(fā)現(xiàn)了另一種反中微子 。然而能量越高的情況卻越難發(fā)現(xiàn)。如果按照質(zhì)量遞增的次序來排隊，可分為 ? 光子（ ?）， ? 輕子（質(zhì)量很輕，如 e, e+, ?， ,而 μ +和 μ 粒子只參加弱相互作用，故稱為輕子）， ? 介子（ π + ， π 0， π ）， ?重子（質(zhì)量很重，如 p， ， n， ）這么四種。 14/66 核能利用、放射性同位素考古 第二代基本粒子 15/66 核能利用、放射性同位素考古 反物質(zhì) —— 正電子與反粒子的發(fā)現(xiàn) ? 早在正電子發(fā)現(xiàn)之前，科學家們就在考慮這樣一個問題：對稱性在自然界里是普遍存在，可是為什么只有帶負電的電子而沒有帶正電的電子？為什么只有帶正電的質(zhì)子而沒有帶負電的質(zhì)子？ ? 1928年狄拉克描述單個電子的相對論性波動方程的量子力學理論 —— 狄拉克方程 —— 負能量的解預(yù)言正電子的存在。 張伯倫 17/66 核能利用、放射性同位素考古 ? 反質(zhì)子、反中子與正電子能否組成反原子而組成反物質(zhì)呢？我們的宇宙中是否有反物質(zhì)組成的天體呢？ ? 人工第一個反核素：美國長島的國立布魯克海文實驗室 ,美國科學家萊德曼在用七千兆電子伏的質(zhì)子轟擊鈹靶時，產(chǎn)生了一種由反質(zhì)子和反中子結(jié)合成的“反氘核”。物體只要有質(zhì)量，它們之間就一定有引力相互作用，所以稱它為萬有引力。不過這個過程進行得很慢，要許多年后，才有一半的核變掉。因此人們把它叫作弱相互作用力。這種保持原子核穩(wěn)定的力就叫
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