在從事核物理學研究時，用原子序數作橫坐標，原子核中的中子數作縱坐標，製作的一張圖表。
基本介紹
- 中文名：核素圖
- 類別：從事核物理學研究
- 橫坐標：原子序數
- 縱坐標：原子核中的中子數
歷史概況,歷史意義,
歷史概況
現在，往往和核工業有關的、擁有許多雇員的複雜機構，也製作一些類似的圖表，現在指揮核艦隊的將軍們在拍攝他們的肖像時，常常喜歡把這種核數據圖表放在身後當作背景。最近出版的(1979年)原子核數據，塞滿了超過1500頁的一本書，就象是本電話號碼薄。對專家來說，研究這些圖表是項有趣的消遣，也是獲得新思想的有效途徑。把觀察到的材料累積起來，可以發現過去不知道的一些規則，因而能建立非常詳盡的、具有驚人的預言能力的核模型。最成功的核模型之一是殼層模型。它是原子軌道模型在原子核中的推廣。殼層模型是一個老的而又很自然的觀點，它的出現要追溯到30年代，但當時它在原理和實際套用方面都遇到了困難。首先，不清楚軌道為什麼能在原子核記憶體在，因為當時都認為核子間碰撞會中斷所有的周期性運動。不過核子碰撞是不會發生的，因為，終態被占據時，泡利的不相容原理不允許發生這類碰撞。
此外，在戰後，積累的實驗數據清楚地表明，殼層是存在的。可以成功地給軌道分配能級和量子數。而且還出現了“幻數”，幻數表明了殼的填充情況，就象化學周期表中那樣，出現惰性氣體時，就表明殼已填滿了。原子核的幻數為2，8，20，28，50，82，126，若原子核內質子或中子數為幻數時，則顯出特別穩定的結構。
瑪麗亞-邁厄(Maria Mayer，1906——1972)在芝加哥(圖13．4)詳細地研究了一種殼層模型，但這種模型得出的幻數是錯誤的。她說她曾向費米談起這個問題，而費米卻問她：“你有沒有把核子的自旋—軌道耦合包括進去？”她馬上回答說：“沒有，因為這會把所有東西都固定死的。”情況確是如此。
圖13.4 瑪麗亞-邁厄在芝加哥研究原子核圖表。這種系統的研究，使她創建了原子核的殼層模型。這個模型類似於玻爾的原子模型，能解釋許多原子核的規律性。
在遭受戰爭破壞的德國，H．D．延森，P．哈克塞爾(P Haxel)和H．休斯(H．Suess)也在獨立地進行和邁厄所做的相類似的研究。這個休斯和我們在42頁上提到的休斯屬同一家族，按照家庭的傳統，他也成了一個地質學家，當時正在研究元素的豐度，他對某些幻數所表現出的特殊穩定性很有興趣，並就這個問題與他的一些搞物理學的朋友進行了探討。最後他們得出了和邁耶相同的結論。
雖然殼層模型對核子數接近幻數的原子核是很適用的，但對有一半是空殼的原子核卻不能適用。在殼層模型形成後不久，有幾位物理學家針對一半是空殼這種情況提出了相應的模型。
奧格-玻爾和B.莫特爾森(B．Mottelson)發展了哥倫比亞大學的詹姆士-雷恩沃特(James Rainwater)原來的思想，認為所有的原子核在作集體運動，在這個運動中，核物質的行為或多或少象是種液體。奧格-玻爾是尼爾斯-玻爾的兒子，他曾作為一個年輕的物理學家，陪他父親到洛斯阿拉莫斯去。殼層模型和集體模型代表的是兩種極端的情況。在實際情況中，兩種行為彼此共存並相互影響。現在這兩種模型結合得非常好，解釋了包括所有原子核在內的許多事實。
歷史意義
第一批超鈾元素鎿和鈽的發現，有著深遠的意義，包括我們在第十章中已看到的那些實際影響。但是，事情並未到此為止，出現了許多原子序數不斷增加的元素。製備的方法總是相同的：中子加到原子核內，然後經β衰變，使中子轉變成質子。例如，在核反應堆中輻照Pu239，俘獲中子形成Pu240和Pu242，它們又通過β衰變轉變成質量數為241和243的鎇的同位素，其原子序數均為95。再用中子轟擊元素95，然後再進行β衰變，就得到了元素96(鋦)，等等。要產生新的超鈾元素時，用非常強的中子源，甚至象核子彈這樣的中子源，是非常有利的。人們在核子彈爆炸的廢墟中，已經發現了一些新的元素。但是，並不能無限制地這樣進行下去，因為中間同位素的平均壽命太短了，而且在和我們所希望的反應進行的競爭中，其它的反應會變得更加有利了。
在增加原子序數的競賽中，中子添加法終於不再能取得效益，物理學家們然後又轉而採用重離子轟擊方法。例如，用O16，作為入射粒子，一次可以添加八個質子，但這要用特殊的加速器才行，而且產額很低，最後通過測量α粒子輻射和自發裂變來一個—個地觀察原子的。就這樣，已經形成了元素95(鎇)、96(鋦)、97(錇)、98(鐦)、99(鑀)、100(鐨)、101(鍆)、l02(鍩)、103(鐒)。從元素錒開始的十四個元素，形成一個新的稀土族，這可從它們的一些命名中看出來，所以鎇是稀土元素銪的同族元素。所有的超鈾元素都是不穩定的，或是發出α或β輻射，或是自發裂變。伯克利的一些科學家小組，已經用中子轟擊或重離子轟擊製備了許多超鈾元素，這些科學家中有G．T．西博格，A．吉奧素(A．Ghiorso)，S稧．湯普森(S．G．Thompson)和R.A．詹姆士(R．A．James)。最近，在弗列羅夫(Г．H．ФπерОВ)的領導下，蘇聯的科學家們發展了他們自己的技術，在獲得更高原子序數的競賽中，最後已拿到了原子序數為105和106的元素。
