原子很小,直徑只有一百億分之一米。在1根頭髮絲的端面上,能排下一萬億個原子。原子雖小,其內卻並非毫無結構,而是一個豐富多彩的“世界”:一個直徑為一千萬億分之一米的核(即核的直徑為原子的十萬分之一)和眾多(至少1個)繞核運動的電子。若將原子放大1021(即10萬億億)倍,它就像我們的太陽系了,太陽是核,眾多繞太陽運動的行星是電子。即便是核,其內也是一個色彩斑斕的世界:由眾多狀態各異的質子和中子組成。這些質子和中子以300多種不同的組合方式,構成一個天然龐大的原子核家族,家族“人員”達300多種。自1934年以來,人工還製造了2400多種核(元)素,這更壯大了原子核家族的氣勢。但這些人造核素“命運”多舛、壽命短,不穩定,叫做奇異原子核。 氫原子核只有一個質子,大多數氧核有8個質子和中子,記作168O8,鈾核有兩種,23892U146和23592U143,都是第92號原子的核心,但核內中子數不同,23892U146含146箇中子,則23592U143只含143箇中子。23592U143佔自然界所有鈾的千分之七,是核能利用的主要原料。上述各原子核均是自然界存在的穩定原子核,其內的質子數Z和中子數.滿足一定的關係。不滿足這種關係的原子核就不穩定,將發生放射性衰變。或者說穩定原子核的./Z的值是一定的(有一個允許範圍),偏離了這一範圍,原子核就不穩定。若偏離得太大,原子核就根本無法存在,“拼”不起來。人造核素的Z/.值越來越偏離穩定值,於是顯示出了一系列奇異的性質(故稱之為奇異原子核)。天然存在的300多種核素大部分是穩定的,約有十分之一是不穩定的,透過釋放α或β或γ射線(α即氦核42He2,β即電子或正電子,γ是高能光子)而衰變。按照核理論,若無放射性衰變,自然界應存在約8000種核素。因此,人類應還能製造出幾千種新核素或奇異原子核。 按照《辭海》,放射性是“不穩定原子核自發放出α、β、γ射線的現象。”現在,這個定義必須大大地加以擴充。1982年,科學家發現某些奇異原子核具有質子放射性,處於基態的人造核素151Lu(Lu表示鎦)和147Tm(Tm表示銩)能自發地釋放出一個質子[天然鎦(第71號元素)的大多數(97.4%)是175Lu,比人造的151Lu多24箇中子;天然銩(第69號元素)全部是169Tm,比人造的147Tm多22箇中子。151Lu和147Tm的“Z/.”值均遠離穩定的“Z/.”值中子極為貧乏而質子則大大過剩]。此外,還有β緩發粒子,包括β緩發α粒子(一個原子核經β衰變後,變成另一處於激發態的原子核,隨後新生原子核又發射出α粒子)、β緩發中子、β緩髮質子、β緩發雙中子、β緩發三中子、β緩發雙質子、β緩發氚,迄今已發現1000餘種核素存在β緩發粒子,理論上預告至少有1000個核素存在β緩發粒子。1984年發現某些重核可自發放射146C8,1985年發現自發發射2010Ne14,理論預言,處於基態的原子核應能自發發射雙質子、中子或雙中子。 中子數或質子數為2,8,20,28,40,50,82等的原子核特別穩定,叫作“幻數”核(1949年邁耶與簡森創立了核的殼層模型,解釋了“幻數”,邁耶與簡森因此榮獲1963年度諾貝爾物理學獎)。幻數核和鄰近幻數的核呈球形(閉殼層是球對稱的),與幻數偏離遠的原子核則有形變,有的如(扁盤式的)大餅形,有的如橄欖球形,甚至有的如雪茄煙狀(1953年,奧·玻爾與莫特遜建立了核的集體模型,解釋核的形變,榮獲1975年度的諾貝爾物理學獎)。這緣自於穩定或近穩定的原子核。人造核素遠離穩定區,在形體上也有獨特之處。有些奇異原子核在基態時呈球形,但到了激發態卻不是,有形變。例如人造18480Hg,其質子數Z=80,與質子幻數(82)接近,在基態時是球形,與天然穩定18480Hg類似,但處於激發態時就有形變,與22020Hg在激發態也呈球形不同。在奇異原子核中,還存在“變形幻數”。當中子數或質子數等於這種數時,相應的原子核形變很大。例如,38就是一個典型的形變幻數。 幻數與核能量有著巧妙的聯絡。球形核只有集體振動,“形變”核才有轉動。相應于振動的能量比較高,一般在1兆電子伏特(1電子伏特=1.6×10-19焦耳)左右。例如10268Ni34(Z=28,為幻數)是典型球核,第一激發態能量E1為1.17兆電子伏特。相應於轉動的能量比較低,例如,15464Gd90是典型形變核,E1只有0.123兆電子伏特。原子核24gPu,形變很厲害,其E1為0.0428兆電子伏特。最近發現了形變更厲害的“超”形變核:10038Sr62和7436Kr38,其E1分別為0.03兆電子伏特和0.028兆電子伏特,它們均具有形變幻數38(一個是質子數為38,另一個是中子數為38)。當原子核既具有形變幻數(Z=38),又具有球形幻數(.=40)時,核仍有形變,形變幻數(比球形幻數)“幻”得更厲害。現在,科學家正在尋找Z和.都等於38的原子核,期望創造形變新記錄。 奇異原子核的奇特性質,正在不斷地被揭露出來,這極大地豐富了核世界或核家族裡的核現象。也許,隨著奇異核一個個被製出來,Z/.值逐漸遠離穩定區,將會發現更加奇異的核現象,甚至導致現有核理論的重大修改和突破。
原子很小,直徑只有一百億分之一米。在1根頭髮絲的端面上,能排下一萬億個原子。原子雖小,其內卻並非毫無結構,而是一個豐富多彩的“世界”:一個直徑為一千萬億分之一米的核(即核的直徑為原子的十萬分之一)和眾多(至少1個)繞核運動的電子。若將原子放大1021(即10萬億億)倍,它就像我們的太陽系了,太陽是核,眾多繞太陽運動的行星是電子。即便是核,其內也是一個色彩斑斕的世界:由眾多狀態各異的質子和中子組成。這些質子和中子以300多種不同的組合方式,構成一個天然龐大的原子核家族,家族“人員”達300多種。自1934年以來,人工還製造了2400多種核(元)素,這更壯大了原子核家族的氣勢。但這些人造核素“命運”多舛、壽命短,不穩定,叫做奇異原子核。 氫原子核只有一個質子,大多數氧核有8個質子和中子,記作168O8,鈾核有兩種,23892U146和23592U143,都是第92號原子的核心,但核內中子數不同,23892U146含146箇中子,則23592U143只含143箇中子。23592U143佔自然界所有鈾的千分之七,是核能利用的主要原料。上述各原子核均是自然界存在的穩定原子核,其內的質子數Z和中子數.滿足一定的關係。不滿足這種關係的原子核就不穩定,將發生放射性衰變。或者說穩定原子核的./Z的值是一定的(有一個允許範圍),偏離了這一範圍,原子核就不穩定。若偏離得太大,原子核就根本無法存在,“拼”不起來。人造核素的Z/.值越來越偏離穩定值,於是顯示出了一系列奇異的性質(故稱之為奇異原子核)。天然存在的300多種核素大部分是穩定的,約有十分之一是不穩定的,透過釋放α或β或γ射線(α即氦核42He2,β即電子或正電子,γ是高能光子)而衰變。按照核理論,若無放射性衰變,自然界應存在約8000種核素。因此,人類應還能製造出幾千種新核素或奇異原子核。 按照《辭海》,放射性是“不穩定原子核自發放出α、β、γ射線的現象。”現在,這個定義必須大大地加以擴充。1982年,科學家發現某些奇異原子核具有質子放射性,處於基態的人造核素151Lu(Lu表示鎦)和147Tm(Tm表示銩)能自發地釋放出一個質子[天然鎦(第71號元素)的大多數(97.4%)是175Lu,比人造的151Lu多24箇中子;天然銩(第69號元素)全部是169Tm,比人造的147Tm多22箇中子。151Lu和147Tm的“Z/.”值均遠離穩定的“Z/.”值中子極為貧乏而質子則大大過剩]。此外,還有β緩發粒子,包括β緩發α粒子(一個原子核經β衰變後,變成另一處於激發態的原子核,隨後新生原子核又發射出α粒子)、β緩發中子、β緩髮質子、β緩發雙中子、β緩發三中子、β緩發雙質子、β緩發氚,迄今已發現1000餘種核素存在β緩發粒子,理論上預告至少有1000個核素存在β緩發粒子。1984年發現某些重核可自發放射146C8,1985年發現自發發射2010Ne14,理論預言,處於基態的原子核應能自發發射雙質子、中子或雙中子。 中子數或質子數為2,8,20,28,40,50,82等的原子核特別穩定,叫作“幻數”核(1949年邁耶與簡森創立了核的殼層模型,解釋了“幻數”,邁耶與簡森因此榮獲1963年度諾貝爾物理學獎)。幻數核和鄰近幻數的核呈球形(閉殼層是球對稱的),與幻數偏離遠的原子核則有形變,有的如(扁盤式的)大餅形,有的如橄欖球形,甚至有的如雪茄煙狀(1953年,奧·玻爾與莫特遜建立了核的集體模型,解釋核的形變,榮獲1975年度的諾貝爾物理學獎)。這緣自於穩定或近穩定的原子核。人造核素遠離穩定區,在形體上也有獨特之處。有些奇異原子核在基態時呈球形,但到了激發態卻不是,有形變。例如人造18480Hg,其質子數Z=80,與質子幻數(82)接近,在基態時是球形,與天然穩定18480Hg類似,但處於激發態時就有形變,與22020Hg在激發態也呈球形不同。在奇異原子核中,還存在“變形幻數”。當中子數或質子數等於這種數時,相應的原子核形變很大。例如,38就是一個典型的形變幻數。 幻數與核能量有著巧妙的聯絡。球形核只有集體振動,“形變”核才有轉動。相應于振動的能量比較高,一般在1兆電子伏特(1電子伏特=1.6×10-19焦耳)左右。例如10268Ni34(Z=28,為幻數)是典型球核,第一激發態能量E1為1.17兆電子伏特。相應於轉動的能量比較低,例如,15464Gd90是典型形變核,E1只有0.123兆電子伏特。原子核24gPu,形變很厲害,其E1為0.0428兆電子伏特。最近發現了形變更厲害的“超”形變核:10038Sr62和7436Kr38,其E1分別為0.03兆電子伏特和0.028兆電子伏特,它們均具有形變幻數38(一個是質子數為38,另一個是中子數為38)。當原子核既具有形變幻數(Z=38),又具有球形幻數(.=40)時,核仍有形變,形變幻數(比球形幻數)“幻”得更厲害。現在,科學家正在尋找Z和.都等於38的原子核,期望創造形變新記錄。 奇異原子核的奇特性質,正在不斷地被揭露出來,這極大地豐富了核世界或核家族裡的核現象。也許,隨著奇異核一個個被製出來,Z/.值逐漸遠離穩定區,將會發現更加奇異的核現象,甚至導致現有核理論的重大修改和突破。