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一、天然放射現(xiàn)象

1896年，法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，軸和含軸的礦物能夠發(fā)出看不見的射線，它能穿透黑紙使照相底版感光。受到貝克勒爾的發(fā)現(xiàn)的鼓舞，波蘭裔法國(guó)物理學(xué)家瑪麗·居里和她的丈夫皮埃爾·居里

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對(duì)軸和含軸的各種礦石進(jìn)行了深入研究。他們發(fā)現(xiàn)了一種瀝青中的含鈾物質(zhì)，根據(jù)它的含軸量計(jì)算發(fā)出的射線不會(huì)太強(qiáng)，但實(shí)際測(cè)得的射線要強(qiáng)得多。進(jìn)一步研究后，發(fā)現(xiàn)這種瀝青中還存在著兩種能夠發(fā)出更強(qiáng)射線的新元素，居里夫人把其中一種元素命名為釙（Po），另一種元素命名為鐳（Ra）。

物質(zhì)發(fā)出射線的性質(zhì)稱為放射性（radioactivity），具有放射性的元素稱為放射性元素。后來發(fā)現(xiàn)，放射性并不是少數(shù)元素才有的，原子序數(shù)大于83的元素，都能自發(fā)地發(fā)出射線，原子序數(shù)小于或等于83的元素，有的也能發(fā)出射線。放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象，叫作天然放射現(xiàn)象。

二、射線的本質(zhì)

發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象之后不久，人們就在想，這些射線到底是什么呢？

把放射源軸、釙或鐳放入用鉛做成的容器中，射線只能從容器的小孔射出，成為細(xì)細(xì)的一束。若在射線經(jīng)過的空間施加磁場(chǎng)，可以發(fā)現(xiàn)射線分裂成三束，其中兩束在磁場(chǎng)中向不同的方向偏轉(zhuǎn)，這說明它們是帶電粒子流；另一束在磁場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn)，說明它不帶電（圖）。

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于是，人們把這三種射線分別叫作α射線、射線和y射線。

?如果α射線、β射線都是帶電粒子流，按照?qǐng)D中標(biāo)出的徑跡判斷，它們分別帶什么電荷？

如果不用磁場(chǎng)而用電場(chǎng)判斷它們帶電的性質(zhì)，兩個(gè)電極怎樣放置可以使三種射線大致沿圖示的方向偏轉(zhuǎn)？

物理學(xué)家們經(jīng)過多方面的研究后確認(rèn)α射線、β射線和γ射線具有以下特征。

α射線 是高速粒子流，粒子帶正電，電荷量是電子的2倍，質(zhì)量是氫原子的4倍，其組成與氦原子核相同。α粒子的速度可以達(dá)到光速的1/10。由于α粒子帶電，質(zhì)量又比較大，通過氣體時(shí)很容易把氣體分子中的電子剝離，使氣體電離。由于與物質(zhì)中的微粒作用時(shí)會(huì)損失自己的能量，α粒子穿透能力較弱，在空氣中只能前進(jìn)幾厘米，用一張紙就能把它擋住。

β射線 是高速電子流，它的速度更大，可達(dá)光速的99％。它的電離作用較弱，穿透能力較強(qiáng)，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板。

γ射線 是能量很高的電磁波，波長(zhǎng)很短，在10?1?m以下。它的電離作用更弱，穿透能力更強(qiáng)，甚至能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果一種元素具有放射性，那么，無論它是以單質(zhì)存在的，還是以化合物形式存在的，都具有放射性。放射性的強(qiáng)度也不受溫度、外界壓強(qiáng)的影響。由于元素的化學(xué)性質(zhì)決定于原子核外的電子，這就說明射線與這些電子無關(guān)，也就是說，射線來自原子核。這說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的。

α射線、β射線都是高速運(yùn)動(dòng)的粒子，能量很高，γ射線是波長(zhǎng)很短的光子，能量也很高。

?從原子內(nèi)部能夠射出這樣高能的粒子，這使人們意識(shí)到原子核是一個(gè)能量的寶庫(kù)。

?射線使原子中的電子脫離核的束縛成為自由電子，這樣的過程叫作電離。射線的上述作用叫作電離作用。

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三、原子核的組成

1919年，盧瑟福用鐳放射出的α粒子轟擊氮原子核，從氮原子核中打出了一種新的粒子（圖）。

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根據(jù)這種粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)，測(cè)出了它的質(zhì)量和電荷量，原來它就是氫原子核，叫作質(zhì)子（proton），用p表示。以后，人們用同樣的方法從氟、鈉、鋁等原子核中都打出了質(zhì)子，由此斷定，質(zhì)子是原子核的組成部分。

質(zhì)子帶正電荷，電荷量與一個(gè)電子的電荷量相等。質(zhì)子的質(zhì)量為

mp＝1.672621898×10?2?kg

?原子核是只由質(zhì)子組成的嗎？如果原子核中只有質(zhì)子，那么，任何一種原子核的質(zhì)量與電荷量之比，都應(yīng)該等于質(zhì)子的質(zhì)量與電荷量之比。但事實(shí)是這樣的嗎？

實(shí)際情況并非如此。絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量與電荷量之比都大于質(zhì)子的相應(yīng)比值。盧瑟福猜想，原子核內(nèi)可能還存在著另一種粒子，它的質(zhì)量與質(zhì)子相同，但是不帶電，他把這種粒子叫作中子（neutron）。1932年，盧瑟福的學(xué)生查德威克通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這個(gè)猜想（圖）。

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中子不帶電，用n表示。中子的質(zhì)量是

mn＝1.674927471×10?2?kg

它與質(zhì)子的質(zhì)量非常接近，只比質(zhì)子質(zhì)量約大千分之一。質(zhì)子和中子除了是否帶電的差異以及質(zhì)量上的微小差別外，其余性質(zhì)十分相似，而且，都是原子核的組成成分，所以統(tǒng)稱為核子（nucleon）。

由于中子不帶電，原子核所帶的電荷等于核內(nèi)質(zhì)子電荷的總和。所以，原子核所帶的電荷總是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍，通常用這個(gè)整數(shù)表示原子核的電荷量，叫作原子核的電荷數(shù)，用Z表示。原子核的質(zhì)量等于核內(nèi)質(zhì)子和中子的質(zhì)量的總和，而質(zhì)子與中子的質(zhì)量幾乎相等，所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個(gè)核子質(zhì)量的整數(shù)倍，這個(gè)倍數(shù)叫作原子核的質(zhì)量數(shù)，用A表示。

原子核的電荷數(shù)就是核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，也就是這種元素的原子序數(shù)，而原子核的質(zhì)量數(shù)就是核內(nèi)的核子數(shù)。原子核常用符號(hào)??X表示（圖），

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X為元素符號(hào)，A表示核的質(zhì)量數(shù)，Z表示核的電荷數(shù)（即原子序數(shù)）。

?原子核的電荷數(shù)不是它所帶的電荷量，質(zhì)量數(shù)也不是它的質(zhì)量。

例如，氫原子核可以表示為1?H，有時(shí)也用它表示質(zhì)子。

氦原子核可以表示為??He，它有2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子，所以電荷數(shù)是2，質(zhì)量數(shù)是4。又如，23???U代表一種軸核，它的質(zhì)量數(shù)為238，電荷數(shù)為92，即核內(nèi)有92個(gè)質(zhì)子、146個(gè)中子。

元素的性質(zhì)與原子核外的電子有密切的關(guān)系。同種元素的原子，質(zhì)子數(shù)相同，核外電子數(shù)也相同，它們就會(huì)具有相同的化學(xué)性質(zhì)。但是，它們的中子數(shù)可能不同。這些具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核組成的元素，在元素周期表中處于同一位置，因而互稱同位素（isotope）。

氫有三種同位素，分別叫作氕（也就是通常說的氫）、氘（也叫重氫）、氚（也叫超重氫），符號(hào)分別是1?H、2?H、3?H（圖）。

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