原子核物理

原子核的構造、原子核的放射性和衰變、半衰期、夸克

連鎖反應

連鎖反應 (Chain Reaction)
國立彰化高級中學物理科李明中老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

原子內部結構是由科學家拉塞福(Rutherford)先生於 1911 年以 $$\alpha$$ 粒子高速撞擊金箔所發現的。在這股研究原子內部特性的風潮中,義大利物理學家費米(Fermi)在 1934 年以中子撞擊鈾元素後,發現會有新的元素產生,這也是人類第一次發現核分裂反應。

核融合

核融合 (Nuclear Fusion)
國立彰化高級中學物理科李明中老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

提供核能的主要形式有三種,核衰變、核分裂以及核融合。

核融合是指由質量小的原子,例如說是氘或氚,在一定條件下(如超高溫和高壓),發生原子核互相聚合作用,生成新的質量更重的原子核,並伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應形式。

核衰變(Nuclear Decay)

核衰變(Nuclear Decay)
國立彰化高級中學物理科李明中老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

提供核能的主要形式有三種,核衰變、核分裂以及核融合。

核衰變是原子核因放射出某種粒子,而蛻變為另一種原子核的過程。穩定性原子核中,中子與質子總數有一定限度(一般而言小於 $$209$$),而且中子數和質子數應保持一定的比例(一般而言約 $$1$$~$$1.5$$)。任何含有過大質量數,或中子數與質子數比值不適當的原子核,都是不穩定的。質量數大於 $$209$$ 的原子核,即元素週期表中釙($$\bf Po$$)之後的所有元素的原子核,都具有放射性(釙之前的元素,有的原子核也具有放射性)。

基本粒子

基本粒子 (Elementary Particle)
臺南市私立光華女子高級中學物理科楊盛智老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

宇宙的起源一直是天文學中想要探討的問題,而要瞭解宇宙更早期的情況,就必須研究「基本粒子」(物質組成的最基本單位,稱為基本粒子),例如原子是由電子以及原子核所組成的,而原子核是由質子與中子所組成的,質子與中子又分別是由三個夸克 (quark) 以不同的方式組成(質子:兩個上夸克和一個下夸克;中子:一個上夸克和兩個下夸克)。其中電子與夸克是基本粒子,質子和中子則不是。除了電子與夸克之外,還有許多基本粒子,共同組成宇宙中所有已知的物質。

核分裂(Nuclear fission)

核分裂(Nuclear fission)
國立臺中女子高級中學物理科陳正昇老師/國立彰化師範大學吳仲卿教授責任編輯

核分裂,又稱核裂變,是指由較重的(原子序較大的)原子核,主要是指鈾或鈽,分裂成較輕的(原子序較小的)原子核的一種核反應形式。按核分裂的方式,核分裂可分為自發分裂 (spontaneous fission)和感生分裂 (induced fission)。

半衰期(Half-Life)

半衰期(Half-Life)
國立臺中女子高級中學物理科陳正昇老師/國立彰化師範大學物理學系吳仲卿教授責任編輯

半衰期廣義而言是指某一種數量減為初始數值一半所需的時間,這個概念起源於我們要描述某些原子經過放射性衰變之後其數目減半所需的時間,但是它也適用在其他的領域的各式問題上。半衰期最適合用來描述指數衰減的現象,例如:放射性衰變,在指數衰減的過程中半衰期始終是一個定值,而且是指數衰減方程式最自然的一個特徵單位。

半衰期經常用來描述不連續的實體的數目變化,在這種情況下千萬不要把半衰期理解成物體數目減半的所需時間,例如:現在有一顆放射性的原子核,它的半衰期是1秒鐘,這絕對不是意味著在1秒後這顆原子會變成半顆原子,事實上,它可能衰變成其他的原子核或仍然維持原貌不衰變。所以正確理解半衰期的意義要從機率的觀點出發。譬如我們可以觀察很多顆上例中的原子,其中有一些在1秒後會衰變,但是也有一些在1秒後不會衰變,當觀察的數目很大時,就會有一半數目的原子會衰變成他種原子核。

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