原子核轉變Nuclear Transformations

化學原理啟迪507

RALPH LAUREN Spring/Summer 2015

1.     在1919年，拉塞福發現第一個原子核轉變，原子核轉變是某個元素轉變成另一個元素的程序。拉塞福發現用「α粒子」衝擊「¹⁴₇N」會產生「¹⁷₈O」的核種：

¹⁴₇N＋⁴₂He→¹⁷₈O＋¹₁H

2.     14年後，居禮夫人和她的先生從「鋁」變為「磷」的核轉變作用，發現類似的反應：

²⁷₁₃Al＋⁴₂He→³⁰₁₅P＋¹₀n

注：¹₀n代表中子。

3.     經過這許多年的努力，我們可以做出許多核轉變反應。絕大部分核轉變反應使用「粒子加速器」進行，「粒子加速器」能使粒子的運動速度增加到非常快的速度，為什麼我們需要「粒子加速器」加快粒子的運動速度？

4.     因為我們要撞擊的目標原子核，與我們用來撞擊的正電離子間，存在靜電推斥electrostatic repulsion，因此我們需要「加速器」增加「撞擊粒子」的速度，才能使「正電離子」變成能轟炸開目標原子核的「撞擊粒子」。

5.     粒子，加速到非常高的速度，就能克服「原子核」與「正電離子」間的斥力，穿越目標原子核，產生核轉變作用。

6.     有一種粒子加速器稱為回旋加速器cyclotron，離子被倒入「迴旋加速器」的中心，我們將這個「迴旋加速器」放置在磁場中，藉由磁場的交流電場驅動力，粒子通過迴旋加速器的螺旋狀路徑，不斷加速。

7.     線型加速器linear accelerator描述如下圖：

8.     線型加速器改變磁場的方式，讓沿著線型路徑移動的粒子的速度，達到高速率。

9.     除了正電離子，中子也常被當成促進轉化的轟炸粒子。因為中子沒有極性，而且不會被目標原子核靜電排斥。

10. 中子很容易被原子核吸收，生成新的核種，因此科學家將中子製造成轟炸粒子。製造新核種最常見的儀器是分裂反應爐fission reactor。藉由中子和正離子轟炸，科學家得以擴充元素週期表。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl《Chemical Principles》；圖片來源／revisionworld.com、atomic.lindahall.org