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拉塞福散射

指数 拉塞福散射

在原子物理學裏,拉塞福散射(Rutherford scattering)是一個散射實驗,由歐尼斯特·拉塞福領隊設計與研究,成功地於 1909 年證實在原子的中心有個原子核,也導致拉塞福模型(行星模型)的創立,及後來波耳模型的提出。應用拉塞福散射的技術與理論,拉塞福背散射(Rutherford backscattering)是一種專門分析材料的技術。拉塞福散射有時也被稱為庫侖散射,因為它涉及的位勢乃庫侖位勢。深度非弹性散射(deep inelastic scattering)也是一種類似的散射,在 60 年代,常用來探測原子核的內部。.

25 关系: 势能原子原子核双曲线库仑定律微分截面玻尔模型立體角純量勢约瑟夫·汤姆孙詹姆斯·查德威克质量能量電荷梅子布丁模型欧内斯特·卢瑟福汤姆孙散射漢斯·蓋革截面 (物理)撞擊參數散射拉塞福模型

势能

势能(Potential Energy),亦稱--,是储存于一物理系统内的一种能量,是一个用来描述物体在保守力场中做功能力大小的物理量。保守力作功与路径无关,故可定义一个仅与位置有关的函数,使得保守力沿任意路径所做的功,可表达为这两点函数值的差,这个函数便是势能。 从物理意义上来说,势能表示了物体在特定位置上所储存的能量,描述了作功能力的大小。在适当的情况下,势能可以转化为诸如动能、内能等其他能量。.

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原子

原子是元素能保持其化學性質的最小單位。一個正原子包含有一個緻密的原子核及若干圍繞在原子核周圍帶負電的電子。而負原子的原子核帶負電,周圍的負電子帶「正電」。正原子的原子核由帶正電的質子和電中性的中子組成。負原子原子核中的反質子帶負電,從而使負原子的原子核帶負電。當質子數與電子數相同時,這個原子就是電中性的;否則,就是帶有正電荷或者負電荷的離子。根據質子和中子數量的不同,原子的類型也不同:質子數決定了該原子屬於哪一種元素,而中子數則確定了該原子是此元素的哪一個同位素。 原子的英文名(Atom)是從希臘語ἄτομος(atomos,“不可切分的”)轉化而來。很早以前,希臘和印度的哲學家就提出了原子的不可切分的概念。 17和18世紀時,化學家發現了物理學的根據:對於某些物質,不能通過化學手段將其繼續的分解。 19世紀晚期和20世紀早期,物理學家發現了亞原子粒子以及原子的內部結構,由此證明原子並不是不能進一步切分。 量子力學原理能夠為原子提供很好的模型。 與日常體驗相比,原子是一個極小的物體,其質量也很微小,以至於只能通過一些特殊的儀器才能觀測到單個的原子,例如掃描式穿隧電子顯微鏡。原子的99.9%的重量集中在原子核,其中的亞原子和中子有著相近的質量。每一種元素至少有一種不穩定的同位素,可以進行放射性衰變。這直接導致核轉化,即亞原子核中的中子數或質子數發生變化。 原子佔據一組穩定的能級,或者稱為軌道。當它們吸收和放出​​中子的時候,中子也可以在不同能級之間跳躍,此時吸收或放出原子的能量與能級之間的能量差相等。電子決定了一個元素的化學屬性,並且對中子的磁性有著很大的影響。.

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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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双曲线

在数学中,双曲线(ὑπερβολή,意思是超过、超出)是定义为平面交截直角圆锥面的两半的一类圆锥曲线。 它还可以定义为与两个固定的点(称为焦点)的距离差是常数的点的轨迹。这个固定的距离差是a的两倍,这里的a是从双曲线的中心到双曲线最近的分支的顶点的距离。a还称为双曲线的半实轴。焦点位于贯轴上,它们的中间点称为中心。 从代数上说,双曲线是在笛卡尔平面上由如下方程定义的曲线 使得B^2>4AC,这裡的所有系数都是实数,并存在定义在双曲线上的点对(x,y)的多于一个的解。 注意在笛卡尔坐标平面上两个互为倒数的变量的图像是双曲线。.

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库仑定律

库仑定律(Coulomb's law),法国物理学家查尔斯·库仑於1785年发现,因而命名的一条物理学定律。库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律。因此,电学的研究从定性进入定量阶段,是电学史中的一块重要的里程碑。庫侖定律闡明,在真空中两个静止点电荷之间的相互作用力与距离平方成反比,与电量乘积成正比,作用力的方向在它们的连线上,同号电荷相斥,异号电荷相吸。.

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微分截面

#重定向 截面 (物理).

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玻尔模型

玻尔模型是丹麦物理学家尼尔斯·玻尔于1913年提出的关于氢原子结构的模型。玻尔模型引入量子化的概念,使用经典力学研究原子内电子的运动,合理地解释了氢原子光谱和元素周期表,取得了巨大的成功。玻尔模型是20世纪初期物理学取得的重要成就,对原子物理学产生了深远的影响。.

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立體角

立体角,常用字母Ω表示,是一个物体对特定点的三维空间的角度,是平面角在三维空间中的类比。它描述的是站在某一点的观察者测量到的物体大小的尺度。例如,对于一个特定的观察点,一个在该观察点附近的小物体有可能和一个远处的大物体有着相同的立体角。 锥体的立体角大小定义为,以锥体的顶点为球心作球面,该锥体在球表面截取的面积与球半径平方之比,单位为球面度。.

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純量勢

純量勢或稱純量位,在向量分析與物理學中是一個基本概念(形容詞「純量」常被省略,只要不會與向量勢發生混淆)。給定一向量場F,其純量勢V為一純量場;對此純量場取負值梯度則得到F: 相反過來,給定一函數V,這個式子定義了一個向量場F,其純量勢為V。純量勢也常常標記為希臘字母Φ,比如在電動力學的場合。 純量勢的物理意義和場的類型有關。對一流體或氣體流的向量場,定義純量勢暗示了任一點的流向與該點純量勢的最陡降方向相同,而對於力場,在一點的加速度也是一樣的情況。力場的純量勢跟力場的勢能(或稱位能)密切相關。 不是每個向量場都有一純量勢;有純量勢的向量場稱作是保守向量場,相應於物理學中保守力的稱呼。在各種速度場中,任何的層狀場(lamellar field)皆有一純量勢,而一螺線向量場可有純量勢的情況只發生在拉普拉斯場(Laplacian field)。 C C Category:场论 fr:Champ de vecteurs#Champ de gradient.

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约瑟夫·汤姆孙

约瑟夫·汤姆孙爵士,OM,FRS(Sir Joseph John Thomson,,簡稱J.J.Thomson),英国物理学家,电子的发现者。.

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詹姆斯·查德威克

詹姆斯·查德威克爵士,CH,FRS(Sir James Chadwick,),英国物理学家,因於1932年发现中子而获1935年诺贝尔物理学奖。1941年,他为核武器报告的最後稿本执笔,这份报告促使美國政府開始积极进行核武器研究。第二次世界大戰期間,他担任曼哈頓計劃英國小組的組長。因對物理學的貢獻,他於1945年在英格蘭被冊封為爵士。.

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质量

在日常生活中的“重量”常常被用來表示“質量”,但是在科学上,这两个词表示物质不同的属性(参见质量对重量)。 在物理上,质量通常指物质在以下的三个实验上证明等价的属性之一:.

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能量

在物理學中,能量(古希臘語中 ἐνέργεια energeia 意指「活動、操作」)是一個間接觀察到的物理量。它往往被視為某一個物理系統對其他的物理系統做功的能力。由於功被定義為力作用一段距離,因此能量總是等同於沿著一定的長度阻擋某作用力的能力。 一個物體所含的總能量奠基於其質量,能量如同質量一般,不會無中生有或無故消失。能量就像質量一樣,是一個純量。在國際單位制(SI)中,能量的單位是焦耳,但是在有些領域中會習慣使用其他單位如千瓦·時和千卡,這些也是功的單位。 A系統可以藉由簡單的物質轉移將能量傳輸到B系統(因為物質的質量等效於能量)。然而,如果能量不是藉由物質轉移而傳輸能量,而是由其他方法轉移能量,將會使B系統產生變化,因為A系統對B系統作了功。這功表現的效果如同於一個力沿一定的距離作用在接收能量的系統裡。舉例來說,A系統可以藉由轉移(輻射)電磁能量到B系統,而這會在吸收輻射能量的粒子上產生力。同樣的,一個系統可能藉由碰撞轉移能量,而這種情況下被碰撞的物體會在一段距離內受力並獲得運動的能量,稱為動能。熱可以藉由輻射能轉移,或者直接藉由系統間粒子的碰撞而以微觀粒子之動能的形式傳遞。 能量可以不表現為物質、動能或是電磁能的方式儲存在一個系統中。當粒子在與其有交互作用的力場中受外力移動一段距離,此粒子移動到這個場的新位置所需的能量便如此的被儲存了。當然粒子必須藉由外力才能保持在新位置上,否則其所處在的場會藉由釋放儲存能量的方式,讓粒子回到原來的狀態。這種藉由粒子在力場中改變位置而儲存的能量就稱為位能。一個簡單的例子就是在重力場中往上提升一個物體到某一高度所需要做的功就是位能。 任何形式的能量可以轉換成另一種形式。舉例來說,當物體在力場中,因力場作用而移動時,位能可以轉化成動能。當能量是屬於非熱能的形式時,它轉化成其他種類能量的效率可以很高甚至達百分之百,如沿光滑斜面下滑的物體,或者新物質粒子的產生。然而如果以熱能的形式存在,則在轉換成另一種型態時,就如同熱力學第二定律所描述的,總會有轉換效率的限制。 在所有能量轉換的過程中,總能量保持不變,原因在於總系統的能量是在各系統間做轉移,當某個系統損失能量,必定會有另一個系統得到這損失的能量,導致失去和獲得達成平衡,所以總能量不改變。這個能量守恆定律,是十九世紀初時提出,並應用於任何一個孤立系統。(其後雖有質能轉換方程式的發現,但根據該方程式,亦可以把質量視為能量的另一存在形式,所以此定律可說依舊成立)根據諾特定理,能量守恆是由於物理定律不會隨時間改變而得到的自然結果。 雖然一個系統的總能量,不會隨著時間改變,但其能量的值,可能會因為參考系而有所不同。例如一個坐在飛機裡的乘客,相對於飛機其動能為零;但是相對於地球來說,動能卻不為零。.

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電荷

在電磁學裡,電荷(electric charge)是物質的一種物理性質。稱帶有電荷的物質為「帶電物質」。兩個帶電物質之間會互相施加作用力於對方,也會感受到對方施加的作用力,所涉及的作用力遵守庫侖定律。电荷分为两种,「正电荷」与「负电荷」。带有正电荷的物质称为「带正电」;带有负电荷的物质称为「带负电」。假若两个物质都带有正电或都带有负电,则称这两个物质「同电性」,否则称这两个物质「异电性」。两个同电性物质会相互感受到对方施加的排斥力;两个异电性物质会相互感受到对方施加的吸引力。 电荷是许多次原子粒子所拥有的一种基本守恒性质。称带有电荷的粒子为「带电粒子」。电荷决定了带电粒子在电磁方面的物理行为。静止的带电粒子会产生电场,移动中的带电粒子会产生电磁场,带电粒子也会被电磁场所影响。一个带电粒子与电磁场之间的相互作用称为电磁力或电磁交互作用。这是四种基本交互作用中的一种。.

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梅子布丁模型

梅子布丁模型(Plum pudding model,又称枣糕模型、葡萄干布丁模型、西瓜模型、湯姆森模型等)是1904年約瑟夫·湯姆森提出的原子结构模型。.

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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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氫是一種化學元素,其化學符號為H,原子序為1。氫的原子量為,是元素週期表中最輕的元素。單原子氫(H)是宇宙中最常見的化學物質,佔重子總質量的75%。等離子態的氫是主序星的主要成份。氫的最常見同位素是「氕」(此名稱甚少使用,符號為1H),含1個質子,不含中子;天然氫還含極少量的同位素「氘」(2H),含1個質子和1個中子。 氫原子最早在宇宙復合階段出現並遍佈全宇宙。在標準溫度和壓力之下,氫形成雙原子分子(分子式為H2),呈無色、無臭、無味非金屬氣體,不具毒性,高度易燃。氫很容易和大部份非金屬元素形成共價鍵,所以地球上大部份的氫都以分子的形態存在,比如水和有機化合物等。氫在酸鹼反應中尤其重要,因為在這類反應中各種分子須互相交換質子。在離子化合物中,氫原子可以獲得一個電子成為氫陰離子(H−),或失去一個電子成為氫陽離子(H+)。雖然在一般寫法中,氫陽離子就是質子,但在實際化合物中,氫陽離子的實際結構是更為複雜的。氫原子是唯一一個有薛定諤方程式解析解的原子,所以對氫原子模型的研究在量子力學的發展過程中起到了關鍵的作用。 16世紀,人們通過混合金屬和強酸,首次製備出氫氣。1766至1781年,亨利·卡文迪什第一次發現氫氣是一種獨立的物質,燃燒後會產生水。安東萬-羅倫·德·拉瓦節根據這一性質,將其命名為「Hydrogen」,在希臘文中意為「生成水的物質」。19世纪50年代,英国医生合信编写《博物新编》(1855年)时,把元素名翻译为“轻气”,成為今天中文「氫」字的來源。 氫氣的工業生產主要使用天然氣的蒸汽重整過程,或通過能源消耗更高的水電解反應。大部份的氫氣都在生產地點直接使用,主要應用包括化石燃料處理(如裂化反應)和氨生產(一般用於化肥工業)。在冶金學上,氫氣會對許多金屬造成氫脆現象,使運輸管和儲存罐的設計更加複雜。.

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氧(IUPAC名:Oxygen)是一種化學元素,符號為O,原子序為8,在元素週期表中屬於氧族。氧屬於非金屬,是具有高反應性的氧化劑,能夠與大部分元素以及其他化合物形成氧化物。氧在宇宙中的總質量在所有元素中位列第三,僅居氫和氦之下。Emsley 2001, p.297在標準溫度和壓力下,兩個氧原子会自然鍵合,形成無色無味的氧氣,即雙原子氧()。氧氣是地球大氣層的主要成分之一,在體積上佔20.8%。地球地殼中近一半的質量都是由氧和氧化物所組成。 氧是細胞呼吸作用中重要的元素。在生物體中,主要有機分子,如蛋白質、核酸、碳水化合物和脂肪等,還有組成動物外殼、牙齒和骨骼的無機化合物,都含有氧原子。生物體絕大部分的質量都由含氧原子的水組成。光合作用利用陽光的能量把水和二氧化碳轉化為氧氣。氧氣的化學反應性強,容易與其他元素結合,所以大氣層中的氧氣成分只能通過生物的光合作用持續補充。臭氧()是氧元素的另一種同素異構體,能夠較好地吸收中紫外線輻射。位於高海拔的臭氧層有助阻擋紫外線,從而保護生物圈。不過,在地表上的臭氧屬於污染物,為霧霾的副產品之一。在低地球軌道高度的單原子氧足以對航天器造成腐蝕。 卡爾·威廉·舍勒於1773年或之前在烏普薩拉最早發現氧元素。約瑟夫·普利斯特里亦於1774年在威爾特郡獨立發現氧,因為其成果的發表日期較舍勒早,所以一般被譽為氧的發現者。1777年,安東萬-羅倫·德·拉瓦節進行了一系列有關氧的實驗,推翻了當時用於解釋燃燒和腐蝕的燃素說。他也提出了氧的現用IUPAC名稱「oxygen」,源自希臘語中的「ὀξύς」(oxys,尖銳,指酸)和「-γενής」(-genes,產生者)。這是因為命名之時,人們曾以為所有酸都必須含有氧。許多化學詞彙都在清末傳入中國,其中原法文元素名「oxygène」被譯為「養」,後譯為「氱」,最終演變為今天的中文名「氧」。 氧的應用包括暖氣、內燃機、鋼鐵、塑料和布料的生產、金屬氣焊和氣割、火箭推進劑、及航空器、潛艇、載人航天器和潛水所用的生命保障系統。.

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氮是一种化学元素,其化学符号为N;原子序数是7。在自然界中氮单质最普遍的形态是氮气,这是一种在标准状况下无色无味无臭的雙原子气体分子,由于化学性质稳定而不容易发生化學反应。氮气是地球大气中含量最多的气体,佔總體積的78.09%。1772年在苏格兰爱丁堡,由丹尼尔·卢瑟福分離空氣後发现。氮属于氮族元素中的一种。 氮是宇宙中常見的元素,在銀河系及太陽系的豐度排第七名。其生成的原因推測是由於超新星中碳和氫產生的核融合。由於氮元素及其和氫、氧形成的常见化合物都极易揮發,因此在內太陽系中的類地行星中氮元素較不常見。不過和地球一样,其他行星及其卫星的大氣層中,气态的氮及其化合物很常见。 很多工业上很重要的化合物(比如氨、硝酸、用作推进剂或炸药的有机硝酸盐以及氰化物)都含有氮原子。氮原子之间具有非常牢固的化学键,无论是在工业中或是在生物体內,将转化为有用的含氮化合物都是很不容易的。相应的,当含氮化合物燃烧,爆炸或分解时会产生氮气,并通常可以释放大量有用的能量。合成产生的氨和硝酸盐是关键的工业化肥料,而硝酸盐肥料是引起水系统富营养化的关键污染物。 含氮化合物除了作为肥料和能量储存的功用之外还有其他多种用途。氮是克維拉纤维和氰基丙烯酸酯强力胶水等多种材料的组成部分。在各种药学药品的大类中(包括抗生素)都含有氮元素。许多药物都是天然含氮信号分子的类似物或前体药物。比如,有机硝酸盐硝酸甘油和硝普钠在体内代谢产生一氧化氮以控制血压。植物中的生物鹼(经常是防卫性化合物)根据定义是含有氮的,许多知名的含氮药物(比如咖啡因和吗啡)是生物碱或是合成的天然产物类似物,像许多植物生物碱一样用作于动物体内的神经传导物质的接收器上(例如合成苯丙胺)。 氮主要存在于所有的有机体的氨基酸(以及蛋白质)和核酸(DNA和RNA)之中。人类身体中的3%的重量都是氮元素构成的,其含量仅次于氧元素、碳元素和氢元素。氮循环是指氮元素从空气进入生物圈和有机化合物中然后再返回大气的转移过程。.

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汤姆孙散射

物理学中,汤姆孙散射是指电磁辐射和一个自由带电粒子产生的弹性散射。入射电磁波的电场使粒子加速,从而激发粒子产生和入射波频率相同的辐射(散射波)。汤姆孙散射是康普顿散射在低能量区的近似。汤姆孙散射是等离子物理学中的一个重要现象,它首先由英国物理学家约瑟夫·汤姆孙解释。 只要粒子的运动是非相对论性的(即速度远小于光速),粒子加速的主要原因都来自入射波的电场分量,而磁场的作用可被忽略。粒子将会在电场振动的方向上开始运动,从而产生电磁偶极辐射。运动粒子在垂直於运动方向上的辐射最强,而辐射沿着粒子的运动方向产生偏振。从而,取决于观察者的位置,从一个小体元散射出的电磁波存在程度不同的偏振。.

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漢斯·蓋革

约翰尼斯(汉斯)·威廉·盖革(Johannes (Hans) Wilhelm Geiger,),德国物理学家。.

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截面 (物理)

在原子核物理学和粒子物理学中,截面是一个用于表达粒子间发生相互作用可能性的术语。.

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撞擊參數

在物理學的散射問題裏,撞擊參數(b)的定義為一個拋射體的速度向量與標靶物體質心的垂直距離,而當中標靶的中心U(r)是由一個正在接近的拋射體所做成。在核子物理學和經典力學裏,時常會遇到這術語。 撞擊參數和散射角\theta的關係 當中的v_\infty是當拋射體與標靶的距離十分遠時是速度,而r_\mathrm是離中心最短的距離。.

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散射

傳播中的輻射,像光波、音波、電磁波、或粒子,在通過局部性的位勢時,由於受到位勢的作用,必須改變其直線軌跡,這物理過程,稱為散射。這局部性位勢稱為散射體,或散射中心。局部性位勢各式各樣的種類,無法盡列;例如,粒子、氣泡、液珠、液體密度漲落、晶體缺陷、粗糙表面等等。在傳播的波動或移動的粒子的路徑中,這些特別的局部性位勢所造成的效應,都可以放在散射理論(scattering theory)的框架裏來描述。.

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拉塞福模型

拉塞福模型,或行星模型、太阳系模型,是物理大師歐尼斯特·拉塞福創立的原子模型。1909年,拉塞福領導設計與發展成功的拉塞福散射,證實了原子核存在於原子中心處。從此,拉塞福推翻了約瑟夫·湯姆孫主張的梅子布丁模型。拉塞福設計的新模型,根據他的實驗結果,擁有幾個重要的特色。大多數的質量和正電荷,都集中於一個很小的區域(原子核);電子則環繞在原子核的外面,像行星的環繞著太陽進行公轉。.

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卢瑟福散射

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