一.自然辐射现象

1896年，法国物理学家贝克雷尔(Bekkerel)发现，轴和含有轴的矿物可以发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸，使照相底片变得敏感。波兰出生的法国物理学家玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里的发现鼓舞了他们。

对竖井及含竖井的各种矿石进行了深入研究。他们在沥青中发现了一种含铀物质。从它的轴向含量来看，发出的射线不算太强，但实测的射线强很多。经过进一步研究，发现这种沥青中有两种新元素可以发出更强的射线。居里夫人把一种元素命名为钋，另一种元素命名为镭。

物质发出射线的性质叫放射性，放射性元素叫放射性元素。后来发现，放射性并不是少数元素所独有的。原子序数大于83的元素可以自发辐射，原子序数小于等于83的元素也可以辐射。放射性元素自发发出射线的现象称为自然辐射。

二、雷的本质

自然辐射发现后不久，人们就在想，这些射线是什么？

把放射源轴、钋或镭放入铅制的容器中，辐射只能从容器的小孔中射出，变成细束。如果在射线经过的空之间施加磁场，可以发现射线分裂成三束，其中两束在磁场中向不同方向偏转，这表明它们是带电粒子流。另一束在磁场中不偏转，说明不带电(图)。

因此，人们将这三种射线分别称为α射线、X射线和Y射线。

如果α射线和β射线都是带电粒子流，根据图中标出的轨迹，它们分别带什么电荷？

如果用电场代替磁场来判断它们的带电性质，如何放置两个电极使三条射线大致偏转到图中所示的方向？

物理学家经过各种研究证实，α射线、β射线和γ射线具有以下特征。

α射线是一种高速粒子流，带正电荷，是电子的两倍，氢原子的四倍，成分与氦核相同。阿尔法粒子的速度可以达到光速的1/10。因为α粒子是带电的，质量比较大，所以在穿过气体时很容易从气体分子中剥离电子，从而电离气体。因为它在物质中与粒子相互作用会失去自身的能量，α粒子的穿透能力较弱，在空气体中只能前进几厘米，一张纸就能挡住。

β射线是一种高速电子流，速度更高，达到光速的99%。其电离作用弱，穿透能力强，容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。

γ射线是一种能量高、波长短的电磁波，在10m以下。它的电离更弱，穿透能力更强，甚至可以穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。实验表明，如果一种元素具有放射性，那么无论它是以单质还是化合物的形式存在，它都具有放射性。放射性的强度不受温度和外部压力的影响。既然元素的化学性质是由原子核外的电子决定的，那就意味着射线与这些电子无关，也就是说射线来自原子核。这说明细胞核内部是有结构的。

α射线和β射线是高速运动的高能粒子，γ射线是短波长高能光子。

这样的高能粒子可以从原子内部喷射出来，这让人们意识到原子核是一个能量的宝库。

射线使原子中的电子脱离原子核的束缚，成为自由电子。这个过程叫做电离。射线的上述作用叫做电离。

第三，原子核的组成

1919年，卢瑟福用镭放出的α粒子轰击氮核，从氮核中敲出一个新粒子(如图)。

根据这个粒子在电场和磁场中的偏转，测出它的质量和电荷量。原来它是一个氢核，叫做质子，用p表示..后来人们用同样的方法从氟、钠、铝等原子核中敲出质子，由此得出结论质子是原子核的一部分。

质子带正电，电荷等于一个电子的电荷。质子的质量是

mp=1.672621898×10⁻ ⁷kg

原子核只由质子组成吗？如果原子核中只有质子，那么任何一种原子核的质荷比都应该等于质子的质荷比。但事实是这样吗？

事实并非如此。大多数原子核的质荷比大于质子的质荷比。卢瑟福猜测原子核中可能存在另一种粒子，它与质子质量相同，但不带电。他把这种粒子称为中子。1932年，卢瑟福的学生查德威克通过实验证实了这个猜想(图)。

中子不带电荷，用n表示。中子的质量是

mn=1.674927471×10⁻ ⁷kg

它和质子的质量非常接近，只比质子的质量大一千分之一左右。质子和中子除了是否带电外，其他性质都非常相似，都是原子核的组成部分，所以统称为核子。

因为中子不带电荷，原子核携带的电荷等于原子核内质子电荷的总和。因此，原子核携带的电荷总是质子电荷的整数倍。通常用这个整数来表示原子核的电荷，称为原子核的电荷数，用z表示，原子核的质量等于原子核中质子和中子的质量之和，质子和中子的质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个原子核质量的整数倍，称为原子核的质量数，用a表示。

原子核的电荷数就是原子核中的质子数，也就是这个元素的原子序数，原子核的质量数就是原子核中的核子数。原子核通常用符号X表示(图)，

x是元素的符号，A代表原子核的质量数，Z代表原子核的电荷数(即原子序数)。

原子核的电荷数不是它携带的电荷，质量数也不是它的质量。[/s2/]

比如氢的原子核可以表示为H，有时也用来表示质子。

氦核可以表示为He，有两个质子和两个中子，所以电荷数是2，质量数是4。再比如，U代表一个轴核，质量数为238，电荷数为92，即核内有92个质子和146个中子。

元素的性质与原子核外的电子密切相关。同一种元素的原子，质子数相同，核外电子数相同，所以会有相同的化学性质。然而，它们的中子数可能不同。这些由质子数相同但中子数不同的原子核组成的元素，在元素周期表中的位置相同，所以称为同位素。

氢有三种同位素，分别是氘(也叫重氢)和氚(也叫超重氢)，符号是H、H、H(如图)。