公共基礎(chǔ)知識之核能的開發(fā)和利用(4)
其次,除氫核僅由一個質(zhì)子組成外,其它核中都包括質(zhì)子和中子。核力不僅存在于質(zhì)子間,而且在中子間或中子和質(zhì)子間都有核力存在,它們所表現(xiàn)的性質(zhì)也基本相同。此外,從它們之間的結(jié)合能進(jìn)行分析比較,發(fā)現(xiàn)它們的數(shù)值幾乎是相等的。由此可得強(qiáng)大的核力近似和電荷無關(guān)。
最后,核內(nèi)所有核子之間并不是都有核力相互作用的。也就是說在核中,某個核子只與相互鄰近的數(shù)目有限的幾個核子之間存在著核力的作用。而與那些遠(yuǎn)離的核子之間不發(fā)生任何作用,這種現(xiàn)象被稱為核力的飽和性。相比之下,庫侖力的范圍就要大得多,而且也不受帶電粒子數(shù)的限制,故是一種不會飽和的長程力。
當(dāng)然,如果假設(shè)核力不存在飽和性,這樣由于核子間強(qiáng)相互作用,使得核子數(shù)多的原子核,核子間的排列就更緊密。也就是說,質(zhì)量數(shù)越大的核,其單位體積內(nèi)聚攏的核子數(shù)也越多。這樣就和前面所述,原子核單位體積中的平均核子數(shù)與質(zhì)量數(shù)無關(guān)的結(jié)論發(fā)生矛盾。由此可知,核力確是具有飽和性的。
此外,核力與核子的自旋等也有關(guān)。但是核力的性質(zhì)至今尚未完全搞清,這是有待于核科學(xué)家們繼續(xù)解決的難題。然而值得注意的是,對核質(zhì)量作精確測定時,發(fā)現(xiàn)它總比核所包含的質(zhì)子和中子質(zhì)量之和要小。這就表明,單個核子的質(zhì)量和要比多個核子結(jié)合成核的質(zhì)數(shù)致大。即由于核子間強(qiáng)大的核力作用,迫使核子間排列得很緊密,結(jié)果發(fā)生了質(zhì)量減小的現(xiàn)象。為此,核科學(xué)家把核子結(jié)合前后的質(zhì)量差值,稱作謂核的“質(zhì)量虧損”。例如,氦核是由4 個核子(2 個質(zhì)子和2 個中于)所組成,2 個質(zhì)子的質(zhì)量加上2 個中子的質(zhì)量2×1.007875+2×1.008665=4.032980u,而質(zhì)譜儀測得的氦核質(zhì)量為4.002603u,這樣結(jié)合前后的質(zhì)量虧損4.032980-4.002603=0.030377u。根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能公式,把氦核的質(zhì)量虧損換算成能量為28.30 電子伏。就單個氦核而言,此數(shù)值可能很小。然而,我們?nèi)缒苄纬? 克氦,則所釋放的能量將大得驚人,相當(dāng)于190000 千瓦小時電能。
后來,人們通常把這種由核子結(jié)合成原子核時所放出的能量叫做核的總結(jié)合能。它隨原子核中的核子數(shù)不同而不同,即核子數(shù)越多,則核的總結(jié)合能也越大。另外,為了便于對各種原子核的結(jié)合能進(jìn)行比較,往往采用每個核子的平均結(jié)合能更為有利,有時也稱它們比結(jié)合能。
在科學(xué)家們利用質(zhì)譜儀對各種元素的核質(zhì)量精確測定后,就能方便地從質(zhì)量虧損計算出不同核的總結(jié)合能。發(fā)現(xiàn)它們隨著核子數(shù)的增加,總結(jié)合能也不斷增加。如果把質(zhì)量數(shù)作為橫坐標(biāo),而縱坐標(biāo)為對應(yīng)的比結(jié)合能,就可得到核的比結(jié)合能曲線。
(編輯:姜芃)
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