原子核结构

　　原子核的半径为10-13~10-12cm,约为原子半径的万分之一。如果把原子设想成一个直径为10m的球体，那么原子核也只有芝麻那么大，所以说原子内部的绝大部分是空的。原子核虽小，却占有原子的99%以上的质量。通过散射实验可以测定核的近似半径，实验表明核的半径r与原子质量数A的1/3次方成正比。这说明无论哪一种元素，其核的密度是相同的。正如原子中的电子处于运动中一样，核中的粒子，即质子和中子也处于运动中，因而核具有角动量和磁矩。光谱分析表明，核的角动量和磁矩也是量子化的。原子核的总质量总是小于它的组成部分的质量和，这是因为其中的一部分质量用于转变成原子核的结合能。即把原子核中粒子结合在一起的吸引力有关的负电位能的质量当量。例如，氢同位素氘的核由1个质子和1个中子组成，已知两者质量之和为mp+mn=2. 015 942 u,而氘核的实际质量md=2. 013 552 u,质量差值mp+mn-ma=0. 002 390 u,由质能公式E=moc2可求得相应的能量为2. 225 MeV,这部分能量称为结合能。
　　在原子核内，带正电的质子间存着库仑斥力，但质子和中子仍能非常紧密地结合在一起，这说明核内存在着一个非常大的力，即核力。核力具有以下性质：
　　第一，核力与电荷无关，无论中子还是质子都受到核力的作用。第二，核力是短程力，只有在相邻原子核之间发生作用，因此，一个核子所能相互作用的其他核子数目是有限的，这称为核力的饱和性。
　　第三，核力比库仑力约大100倍，是一种强相互作用。第四，核力能促成粒子的成对结合（例如，两个自旋相反的质子或中子）以及对对结合（即总自旋为零的一对质子和一对中子的结合）。
　　根据以上核力的性质以及核力与库仑力之间的竞争，可以定性了解原子核的稳定性。由于核力促成原子核成对结合和对对结合，如果不考虑库仑力，最稳定的应是中子数和质子数相等的那些核，考虑库仑斥力后，则应是包含更多中子的核更稳定。但中子数过多的核又是不稳定的，因为没有足够的质子来与中子配对；质子过多的核也是不稳定的，因为库仑斥力将随之增大。核稳定性与中子数、质子数的关系为：对小质量数的核，N/Z=1附近较稳定，这个比值随核质量数的增大而增加；对大质量数的核，N/Z=1. 6附近的核较稳定。
　　采用人为的方法，以中子、质子或其他基本粒了作为炮弹轰击原子核，从而改变核内质子或中子的数目，便可以制造出新的核素，也可以使稳定的核素变为不稳定的核素。
　　现已发现的约2000种核素中，天然存在的有300多种，其中有30多种是不稳定的；人工制造的有1600多种，其中绝大部分是不稳定的。不稳定的核素会自发蜕变，变成另一种核素，同时放出各种射线，这种现象称为放射性衰变。
　　放射性衰变有多种模式，其中最主要的有：1.α衰变 放出带2个正电荷的氨核，衰变后形成的子核，核电荷数较母核减2,即在周期表上前移两位，而质量数较母核减少4.
　　2.β衰变 包括β-衰变、β+衰变和轨道电子俘获，其中：β衰变：母核放出电子，衰变后子核的质量数不变，而核电荷数增加1,即在周期表上后移一位。
　　轨道电子俘获：母核俘获核外轨道上的一个电子（最常见的是俘获K层电子，称为K俘获），核中的一个质子转为中子，即子核在周期表上前移一位。
　　3.γ衰变 放出波长很短的电磁辐射。衰变前后核的质量数和电荷数均不发生改变。γ衰变总是伴随着α衰变或β衰变而发生，母核经α衰变或β衰变到子核的激发态。这种激发态核是不稳定的，它要通过γ衰变过渡到正常态。所救γ射线是原子核由高能级跃迁到低能级而产生的。