2017年6月8日 星期四

整合管理~3.1格物致知~02粒子冒險奇境~04粒子衰變與滅絕1

整合管理~3.1格物致知~02粒子冒險奇境~粒子衰變與滅絕1
衰變是什麼?
標準模型解釋了為什麼有些粒子衰變成別種粒子。
在核子的衰變中,原子核會分裂成更小的核子,這使我們了解:一群質子和中子被分成更小群質子和中子,但基本粒子的衰變不是指分裂成它的單位要素,因為“基本”意指它沒有單位要素,在這裡粒子衰變談到基本粒子轉變成別的基本粒子,這類的衰變很奇怪,因為最後產生的不是初始粒子一類,而是全新的粒子。
 
核子衰變      粒子衰變
 
    
在這個部份我們將會討論到各種衰變的類型,且在什麼狀況下衰變會或不會發生。
放射性
在19世紀末,德國物理學家侖琴( Wilhelm Röntgen)發現到當一電子束射到一塊金屬時,產生了一種新奇的射線,由於這是未知大自然中的射線,所以叫做“X 光”。 

兩個月後,一個研究螢光的法國物理學家亨利貝克洛(Henri Becquerel)有了新發現,當他發現照片的底片會在一些礦石下曝光,甚至是用黑紙覆蓋的底片也一樣,貝克洛才知道這些含有鈾的物質不用提供任何能量就能發射出有能量的射線。

貝克洛的實驗顯示出,一些自然現象必定是某些元素釋放帶有能量的 x 射線所造成,這使人聯想到一些元素本來就不穩定,因為這些元素會自發性的放出不同形式的能量,帶能粒子的釋放是因為原子內不穩定核的衰變,這就叫做輻射。
放射性粒子
科學家終於發現不同種的輻射,也就是粒子產生放射性衰變,這三種輻射以希臘的三個字母α (阿爾發),β (貝他), andγ (加馬)命名:
阿爾發粒子是氦核 (2 p, 2 n):

貝他粒子是高速電子:
加馬輻射是高能光子:
這三種輻射能用磁場分離出來,因為帶正電荷的阿爾發粒子旋向一個方向,帶負電的貝他粒子旋向相反方向,而電中性的加馬輻射不旋轉。

阿爾發粒子能被一張紙擋住,貝他粒子貝則可以用鋁片抵擋,而加馬輻射則需要鉛板,雖然和放射物質工作時所有種類的輻射都非常危險,但加馬輻射能貫穿物質非常遠,它是最危險的;令人難過的是,科學家很多年後才知道放射能的危險性…。
衰變的疑惑
許多重元素衰變成較簡單的東西,但仔細的觀察這些衰變顯示出幾 個令人迷惑的問題。
考慮鈾-238 衰變
一塊紬-238 會在4,460,000,000年以一定的速率衰變(至多相差一些日子)一半的鈾會不見;但我們沒有辦法知道當特殊的鈾原子衰變,它會從現在起衰變五分鐘,還是十兆年;為什麼原子只根據一些機率而衰變呢?

鈾-238有238.0508u的原子量,它能衰變成釷(234.0436 u)和一個阿爾發粒子 (4.0026 u),但鈾的質量減去它衰變產生物的質量是0.0046 u,為什麼會有質量消失了?
進入核世界
我們馬上回答這些問題,但首先我們必需要深入研究原子核的本質和量子力學。
質子是正電性的,且彼此強烈地排斥著,原子核如果沒有被膠子(它影響到原子核的每個部分)“黏”在一起它就會散開,這就叫做剩餘的強作用力。

把原子核看作是一個緊繃的螺旋狀彈簧,它代表強烈的斥力,被一個非常大的繩索固定在一個適當的地方,即使在彈簧中有很多儲存起來的能量,它也不能釋放出來,因為繩子實在太堅固了。


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