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核反应

指数 核反应

核反应指的是某种微观粒子与原子核相互作用(碰撞)时,使核的结构发生变化,形成新核,放出一个或几个粒子的过程;重核可以发生裂变。 从原子物理学上来说,参与核反应碰撞的粒子数目可以超過两个,但因三个以上的粒子在同一时间在同一位置相撞的几率远低于两个粒子,因此实际上这种情况几乎不会出现。(從\mathrm.

11 关系: 原子物理学原子核反中子反質子介子粒子質能等價超子核裂变欧内斯特·卢瑟福放射性同位素

原子物理学

原子物理學是研究原子的結構和性質及原子與電磁輻射和其它原子相互作用的科學。.

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原子核

原子核(德语:Atomkern,英语:Atomic nucleus)是原子的组成部分,位于原子的中央,占有原子的大部分质量。組成原子核的有中子和質子。当周围有和其中质子等量的电子围绕时,构成的是原子。原子核極其渺小,如果将原子比作一座大廈,那麼原子核只有大廈裡的一張桌子那麼大。.

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反中子

反中子(antineutron)是中子的反粒子,1956年,反質子被發現一年後,美國物理學家在勞倫斯伯克利國家實驗室發現了反中子,這種粒子的質量與中子相同,也不帶電荷,但反中子是由三個反夸克所構成,分別是兩個反下夸克和一個反上夸克,有別於中子的夸克。 反中子的磁矩也與中子相反,一般中子的數值為-1.91 µN,而反中子則為+1.91 µN,當中 µN 是磁矩中的常數。 由於反中子與中子一樣不帶電荷,因此要直接觀測反中子並不容易,但可看到它與中子湮滅成能量。 現時有人認為,中子與反中子互相振動是存在的,並在一種未知的物理定律下發生,並違反重子數量守恆的定律。.

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反質子

反質子(antiproton)是質子的反粒子,其質量及自旋與質子相同,但電荷及磁矩則與質子相反,帶有與電子相同的負電荷。 保羅·狄拉克在他的1933年諾貝爾物理學獎演講中預言反質子的存在。1955年,加州大學柏克萊分校物理學家埃米利奥·塞格雷和欧文·张伯伦透過粒子加速器,而發現了這種反粒子,他們二人於1959年獲得諾貝爾物理學獎。 反質子是質子的反粒子,符號為,其質量、自旋與質子相同,且壽命也與質子相當;但其電荷及磁矩則與質子相反,且帶有與電子同電量的負電荷。這些性質與量子場理論的基礎--CPT對稱理論預測相符合。一個反質子是由兩個上反夸克及一個下反夸克所組成()。雖然反質子本身是穩定的,但由於反質子與質子撞擊會發生湮滅的現象,並且轉化為能量,是故反粒子無法在一般的自然環境中保存。 由於這些粒子在與質子撞擊時會相湮滅,轉化為能量,因此這些粒子在自然界中的壽命極短。在歐洲核子研究組織實驗室作出的研究中,他們以同步加速器把質子加速至達26GeV量的水平,然後與金屬銥棒撞擊,其能量足夠產生反質子,在所得到的粒子與反粒子中,科學家用磁鐵把反粒子隔離在真空中。 物理學家塞格雷和張伯倫証實了反質子與質子的相應性質,以及相反的電荷和磁矩。他們二人因而於1959年獲得諾貝爾物理學獎。反質子可以於宇宙射線中被偵測到,目前普遍認為是宇宙射線中的高速正質子與星際間的原子核相互撞擊所產生的,其反應式為: 其中,A表示一個被撞擊的原子核。上式產物中的反質子遂散佈於宇宙中,並受到星際磁場的束縛。 反質子的特性已可由宇宙射線的觀察中略見端倪:反質子的能量分佈會隨著其與星際物質的碰撞而改變,這個性質可以被用來驗證宇宙射線中反質子的成因,目前我們觀測到宇宙射線中反質子的能量分佈跟相互撞擊機制所預測的結果是大體符合的,從這個比較中,科學家們還可以推估宇宙中經由超對稱暗物質粒子湮滅、或黑洞霍金輻射等等特殊機制中產生出的反質子數量的上限。同樣地,科學家也可由目前宇宙中觀測到的反質子的保存時間,推測反質子壽命的下界。迄今科學家多半經由氣球運載實驗(balloon-borne experiment)來偵測宇宙射線中反粒子的存在與性質,此類實驗會在氣球上裝載磁場偵測儀,用以偵測範圍內帶電粒子的性質。 此外也有為了偵測宇宙射線以及反物質的太空任務,例如2006年發射的搭載於人造衛星上的PAMELA偵測模組(Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics),該實驗於2011年報告.發現28個反質子在南大西洋異常區。 2015年,發表論文報告,已成功測量反質子與反質子之間的強作用力,其與質子彼此之間的強作用相同。.

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介子

介子是自旋为整数、重子数为零的强子,参与强相互作用。介子属于强子类。它是比电子重的带电或不带电的粒子。 根据夸克模型,介子是由一个夸克和一个反夸克组成的束缚态,这一对夸克和反夸克可以是不同味的,例如π+=(ud¯),π-=(ūd),J/ψ=(cc),F=(cs)等。 自旋为0的介子,在量子场论中是用标量波函数描述,根据其宇称为-1或+1分别称为赝标介子和标量介子。自旋为1的介子,在量子场论中是用矢量波函数描述,根据其宇称为-1或+1分别称为矢量介子或轴矢介子。根据其内部量子数,已发现的介子可分为非奇异介子(π、ρ、J/ψ等)、奇异介子(K、Q、K*等)、粲-非奇异介子(D)、粲-奇异介子(F)、底-非奇异介子(B)等。.

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粒子

物理科學中,粒子為佔有微小局域的物体,能夠以數個物理性质或化学性质,如体积或质量加以描述。.

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質能等價

E.

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超子

超子是含有上夸克、下夸克、奇夸克,並且至少含有一個奇夸克的重子。超子的自旋是半奇數,而且都遵守費米-狄拉克統計,是費米子。它們都是通過強核力彼此之間相互作用,是一種強子。當超子弱衰變時宇稱不守恆。 最早關於超子的研究是開始於1950年代。這促成物理學者給出井然有序的粒子分類。當今,歐洲核子研究組織、費米國立加速器實驗室、史丹佛線性加速器中心、布魯克哈芬國家實驗室等都有在研究关於超子的論題,這包括CP破壞、自旋測量、激發態研究(一般指為光譜學)、尋找像五夸克或雙重子一類的奇特態。 超子的例子有:Δ、Λ、Σ、Ξ和Ω,他們鲜为人知,一般比核子重,而且寿命非常短。.

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核裂变

核裂变(;),--,是指由較重的(原子序数較大的)原子,主要是指鈾或鈽,分裂成较輕的(原子序数较小的)原子的一種核反應或放射性衰變形式。核裂变是由莉澤·邁特納、奥托·哈恩及奥托·罗伯特·弗里施等科學家在1938年發現。原子彈以及核电站的能量来源都是核裂变。早期原子彈應用鈽-239為原料製成。而鈾-235裂變在核電廠最常見。 重核原子經中子撞擊後,分裂成為兩個較輕的原子,同時釋放出數個中子,並且以伽马射线的方式釋放光子。釋放出的中子再去撞擊其它的重核原子,從而形成鏈式反應而自發分裂。原子核分裂時除放出中子還會放出熱,核電廠用以發電的能量即來源於此。因此核裂变產物的結合能需大於反應物的的結合能。 核裂变會將化學元素變成另一種化學元素,因此核裂变也是核遷變的一種。所形成的二個原子質量會有些差異,以常見的可裂变物质同位素而言,形成二個原子的質量比約為3:2。大部份的核裂变會形成二個原子,偶爾會有形成三個原子的核裂变,稱為,大約每一千次會出現二至四次,其中形成的最小產物大小介於質子和氬原子核之間。 現代的核裂变多半是刻意產生,由中子撞擊引發的人造核反應,偶爾會有自發性的,因放射性衰變產生的核裂变,後者不需要中子的引發,特別會出現在一些質量數非常高的同位素,其產物的組成有相當的機率性甚至混沌性,和质子发射、α衰變、等單純由量子穿隧產生的裂变不同,後面這些裂变每次都會產生相同的產物。原子彈以及核电站的能量来源都是核裂变。核燃料是指一物質當中子撞擊引發核裂变時也會釋放中子,因此可以產生鏈式反應,使核裂变持續進行。在核电站中,其能量產生速率控制在一個較小的速率,而在原子彈中能量以非常快速不受控制的方式釋放。 由於每次核分裂釋放出的中子數量大於一個,因此若對鏈式反應不加以控制,同時發生的核分裂數目將在極短時間內以幾何級数形式增長。若聚集在一起的重核原子足夠多,將會瞬間釋放大量的能量。原子彈便應用了核分裂的這種特性。製成原子彈所使用的重核含量,需要在90%以上。 核能發電應用中所使用的核燃料,鈾-235的含量通常很低,大約在3%到5%,因此不會產生核爆。但核電廠仍需要對反應爐中的中子數量加以控制,以防止功率過高造成爐心熔毀的事故。通常會在反應爐的慢化劑中添加硼,並使用控制棒吸收燃料棒中的中子以控制核分裂速度。從鎘以後的所有元素都能分裂。 核分裂時,大部分的分裂中子均是一分裂就立即釋出,稱為瞬發中子,少部分則在之後(一至數十秒)才釋出,稱為延遲中子。.

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欧内斯特·卢瑟福

欧内斯特·卢瑟福,第一代尼爾森的卢瑟福男爵,OM,FRS(Ernest Rutherford, 1st Baron Rutherford of Nelson,),新西兰物理学家,世界知名的原子核物理學之父。學術界公認他為繼法拉第之後最偉大的實驗物理學家。 卢瑟福首先提出放射性半衰期的概念,證實放射性涉及從一個元素到另一個元素的--。他又將放射性物質按照貫穿能力分類為α射線與β射線,並且證實前者就是氦離子。因為「对元素蜕变以及放射化学的研究」,他榮獲1908年諾貝爾化學獎。 卢瑟福領導團隊成功地證實在原子的中心有個原子核,創建了卢瑟福模型(行星模型)。他最先成功地在氮與α粒子的核反應裏將原子分裂,他又在同實驗裏發現了質子,並且為質子命名。第104号元素为纪念他而命名为“鑪”。.

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放射性同位素

放射性同位素(radionuclide,或radioactive nuclide),一種具有放射性的核素。是一種原子核不穩定的原子,每個原子也有很多同位素,每組同位素的原子序雖然是相同,但是卻有著不同的原子量,如果這原子是有放射性的話,它會被稱為物理放射性核種或放射性同位素。放射性同位素會進行放射性衰變,從而放射出伽瑪射線,和次原子粒子。 化學家和生物學家都把放射性同位素的技術應用在我們的食品、水和身體健康等事項上。不過他們也察覺到危險性,因而制訂使用的安全守則。有些放射性同位素是天然存在的,有些則是人工製造的,稱為人造放射性同位素。.

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