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原子核及原子核的转变
来源:医学全在线 更新:2007/12/3 字体:

  一、原子核

  原子核(nucleus)是由带正电的质子(proton)和不带电的中子(neutron)组成,质子和中子统称为核子(nucleon)。在中性原子中,原子核内的质子数等于核外电子数,也代表核电荷数,称为原子序数,用Z表示。原子核内的质子数与中子数之和称为质量数,用A表示。原子核内的中子数即为A-Z,若以X代表某种元素,则 AZX表示元素的原子核组成。

  (一)元素(element):原子核内具有相同电荷数的同一类原子称为元素。

  (二)核素(nuclide):原子核内质子数、中子数完全相同的一类原子称为核素。32P和60Co等具有放射性,称为放射性核素。

  (三)同位素(isotope):一种元素可以包含多种核素,这些原子核中的质子数都相同,但中子数不相同。同一种元素的各种核素又称为同位素,因为它们在“元素周期表”中占同一位置,例如:1H、2H、3H是不同的核素,但它们都是氢元素,故把它们叫同位素。医学.全在.线www.med126.com

  (四)同质异能素(isomer):两种核素若中子数和质子数都相同,而仅仅是能量状态不同,被称为同质异能素。例如:99Tcm99Tc是同质异能素。

  二、质量、能量守恒和原子核结合能

  (一)质量亏损(mass defect)

  原子核是由中子和质子组成,但原子核的质量与核内中子的质量和质子的质量之和并不相等。例如:

  氦原子的质量M()=4.002603原子质量单位(u)

  氢原子的质量M()=1.007825u

  中子的质量M(n)=1.008665u

  氦核()是由2个质子(即2个氢原子)与2个中子组成的,把2个氢原子和2个中子的质量相加为:

  2×M()+2×M(n)=2×1.007825u+2×1.008665u=4.032980u与氦()的原子量不相等,其差值为:

  △M=[2M()+2M(n)]-M()=4.032980u-4.002603u=0.030377u

  以上计算表明,当二个中子和二个质子组成一个氦核时,要损失△M=0.030377u的质量。对于其它所有的原子核,都可通过计算证明,原子核的质量并不等于其核内中子质量和质子质量之和,△M即为“质量亏损”。

  (二)核力(nuclear potential)

  原子核是由核子(中子和质子)组成的,在核内的核子间还存在着一种特殊的相互作用力——核力。它的特性是:核力是“短程作用”的力;核力作用与核子带不带电无关;核力具有“饱和”的性质,一个核子只能与邻近的、而不能同所有的核子都起相互作用。

  原子核是由核子依靠核力相吸而紧密地结合在一起构成。核子在组成原子核时,必然会对外作功,即放出能量。

  (三)质量和能量联系定律

  质量和能量是物质同时具有的两种属性。任何具有一定质量的物质必然与一定的能量相联系。

  设:E=能量(J),M=质量(kg),C=光速(3×108m/s),则E=MC2

  在任何有能量变化的场合总是伴随着有质量的变化。同样如果任何物质的质量改变了,那么它相应的能量也发生改变。

  (四)原子核结合能(binding energy of nucleus)

  若干个核子结合成原子核时释放出来的能量叫该原子核的结合能。结合能越大,表示核子结合成原子核时放出的能量也越大,也表示这个核结合得越紧。原子核的结合能与核的质量数(即核子数)的比值称为“核子的平均结合能”(图1-1)。

 

图1-1 核子平均结合能曲线

  对于质量数为中等数值的那些原子核,每一个核子的平均结合能最大;而质量数较大的重核区,或较小的轻核区的原子核中,核子的平均结合能都比较小,因此,当重原子核分裂成中等质量的核时,核子在较轻的核内会结合得更紧密,就可能会大量释放能量;当两个较轻的核发生聚合时,释放出的能量更大。

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