為什麼說,天然放射現象,說明了原子核具有複雜結構?

小不溫柔

天然放射性現象是由法國物理學家安東尼·亨利·貝克勒爾於1896年發現的。此前,倫琴已經發現X射線,並指出X射線能夠讓底片感光,穿透皮膚肌肉拍出骨頭的照片。法國科學家龐加萊介紹了倫琴的工作,貝克勒爾在現場對其提問,於是龐加萊建議他去熒光物質中尋找類似的放射性。貝克勒爾嘗試了許多材料,發現最具有放射性的物質是鈾鹽,起初他還以為必須結合陽光的照射才能感光,後來連續的陰雨天氣,他偶然發現放在抽屜裡的鈾鹽也讓裹著黑紙的底片感光了,於是發現了天然放射性。

理解天然放射性的本質經過居里夫婦及其女兒 女婿等人的一系列努力,最後在盧瑟福的阿爾法粒子轟擊原子的實驗中證明了輻射來自原子內部。

為什麼說天然放射現象說明了原子的結構?我們需要認識清楚放射性究竟是什麼。自然界的輻射有很多,主要分為非電離輻射和電離輻射。非電離輻射主要是能量不太高的電磁輻射(電磁波),包括我們常見的無線電波、可見光、紫外線、紅外線、微波等. 電離輻射包括高能的電磁輻射,如x射線和γ射線,它們穿透力極強,可以讓裹著黑紙的底片感光。電離輻射還可以是高能粒子流,包括阿爾法輻射(氦原子核)、貝塔輻射(電子)、中子、中微子、宇宙射線等。我們常說的核輻射主要是電離輻射,即物質受到輻射後會發生電離現象。

天然輻射的存在,說明原子內部發生了電離效應,即釋放出來帶電粒子或能量。例如原子釋放出阿爾法粒子或貝塔粒子,那麼原子必然損失一部分質量或能量,也就是說原子有一部分東西是可以“剝離”的。這很自然地推斷,原子絕對不是一顆實心的不可分割的球體,它應該具有內部結構。因為天然輻射類型的多種多樣,說明原子內部結構並不是那麼簡單,而是非常複雜的。

我們生活的世界存在許多天然輻射。其中地表釋放的氡氣、宇宙射線、地表和建設輻射、食物輻射等佔據了大部分。氡氣容易令人產生幻覺,這或許是“鬼屋”的一種科學解釋。食物裡的輻射最為可怕,因為一旦攝入體內,無論劑量大小,只要半衰期足夠長,都可能乘以一輩子的壽命而被極度放大,造成不可挽回的惡果。菸草裡含有放射性物質,雖然比較微量,但是對於長期吸菸的人來說,輻射造成的傷害也是非常巨大的。所以,在生活中也要注意防護天然輻射。


飛賊克斯和康德馬特

這個說法不錯。我認為答案是:因為“天然放射性”的複雜性,表明了原子核結構的“複雜性”。

“天然放射性的複雜性”體現在哪裡呢?我想有以下幾點。

1. 釋放出來的“射線”複雜。除了有大家知道的α、β和γ射線外,還有極少量的碳-12等重離子射線,以及像“雙β衰變”(就是同時釋放兩個β粒子)的衰變。釋放α粒子,代表這是“強相互作用”的結果;釋放β粒子,代表這是“弱相互作用”的結果;而釋放γ射線,代表這是“電磁相互作用”的結果。

2. 半衰期有長有短,差別很大。在“天然放射性核素”中,存在著半衰期比“宇宙年齡”都長(達幾百億年)的核素,也存在著半衰期只有“納秒級”的核素。

3. 自然衰變方式的複雜性。有些核素可以通過兩種不同的方式(例如α和β)發生衰變。

4. 存在著奇怪的“同質異能”核素。例如鉭-180m,它的半衰期很長,能級比鉭-180的基態高,但退激時又不是回到鉭-180的基態,而是發生β衰變,變成鎢-180和鉿-180(既會發生β-衰變,又會發生β+衰變),簡直是奇怪極了。

以上的理由就是這些。可以說是“無奇不有”啊。


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