打开原子的大门-第13节
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原子核转的电子相应的也正好是两个。
在原子核中，带阴电荷的电子像胶水一样把较多的带阳电荷的质子粘在一起。科学家们非常简单地把一些困难问题都解决了。
为了更清楚地标明各种预制件的情况，人们把第一个预制件用 1 1 H表示，在左上角的1表示原子核的质量数，也就是原子核中的质子的数目，左下角的1表示原子核的阳电荷数，也就是原子序数。
第二个预制件是 4 2 He。这说明氦原子核中有4个质子，带两个阳电荷。当然为了中和多余的阳电荷，核中还应该有2个（4－2＝2）电子。
只要有质子和电子，就能搭配成各种预制件。例如，周期表上第8号元素氧是 16 8 O。显然，它的原子核要用16个质子和8个（16－8＝8）电子组成，而核外的电子是8个。
周期表中第17号元素是氯。阿斯顿发现氯有两种同位素，所以这种元素又分为两种原子：一种影 35 17 Cl，它的原子核是由35个质子和18个（35－17＝18）电子构成的；另一种是 37 17 Cl，它的原子核是由37个质子和20个（37－17＝20）电子构成的。这两种原子外围的电子数都是17。
这一切是多么简单啊！只要用最简单的加减法就能解决问题。
那些天然放射性元素可以看作是一些大型预制件。这些预制件不很牢固，常常会自动掉下一两块东西，就变成另外型号的预制件。
居里夫人发现的镭的符号是 226 88 Ra，它放射出α粒子——也就是氦原子核 4 2 He，结果变成镭射气——氡 222 86 Rn。我们可以写成一个原子核反应方程：
226 88 Ra→ 222 86 Rn＋ 4 2 He
氡还要继续放射出α粒子，反应方程是：
222 86 Rn→ 222 86 Po＋ 4 2 He
你们看，在反应方程的箭头两边，元素符号左上角的数目的和是相等的，226＝222＋4，222＝218＋4；元素符号左下角的数目的和也是相等的，88＝86＋2，86＝84＋2。
很清楚，一种放射性元素放出α粒子以后，它的原子核的质量数就减少4，阳电荷数减少2。结果，这种元素就蜕变为原子序数比它少2的另一种元素。88号元素镭放出α粒子蜕变成86号元素氡，86号元素氧放出α粒子蜕变成84号元素钋。 222 84 Po是钋的一种同位素，最初发现时把它叫做镭A（RaA）。卢瑟福实现人工核反应用的镭C′，也是钋的一种同位素—— 214 84 Po。
放出β射线的情形又怎样呢？这也很简单，β射线就是电子流。由于电子的质量仅仅是质子的1/1836，可以当作零，它的符号可以写成 0 …1 e，通常简写成e … 。
天然的锕是 227 89 Ac，它放出β射线后变成了钍的同位素。也就是：
227 89 Ac→ 227 90 Th＋ 0 …1 e
反应方程式的箭头两边：元素符号左上角的数目的和仍然相等，就是：
227＝227＋0；
左下角数目之和也相等：89＝90－1。
也就是说：一种放射性元素放出β射线后，它的原子核的质量数不变，而原子核带的阳电荷数增加1，结果就蜕变为原子序数增加1的另一种元素。89号元素锕放出β射线以后，就蜕变成90号元素钍。
那么，把α粒子打到一个原子核中去的人工核反应，情况又是怎样呢？比如卢瑟福把α粒子打到氮原子核中去，打出了质子，氮原子核会变成什么呢？按照质子…电子模型，这个人工核反应可以表示为：
4 2 He＋ 14 7 N→ 17 8 O＋ 1 1 H
也就是说，氮原子核变成了氧原子核。
这种原子核的质子…电子模型看来好像很合理，不仅对原子核的质量数和电荷数都解释得很好，而且对天然放射性和人工核反应也解释了。说原子核中有电子，似乎也是有道理的，因为天然放射性元素的确会放射出电子流——β射线。
但是，进一步的研究，终于否定了这种模型。
中子的发现
根据上面所讲的原子核模型预测，卢瑟福的实验中氮原子核被α粒子轰击后放出质子而变成氧原子核。真的是这样吗？还需要作实验证实。
科学家布拉克特用云雾室研究了这个核反应。
云雾室是卢瑟福的老同事威尔逊发明的。这是一个圆盒子，盒子中的空气含有过饱和的水蒸气，当带电粒子穿过盒子里的空气时，沿途就会产生一串离子，而水蒸气就会围绕这串离子结成小水珠，形成一条白色的云雾，因此可以很清楚地显示出带电粒子飞过的径迹。加上磁场以后，从这条白色的云雾的长短、浓淡和弯曲的方向、程度就可以分析出带电粒子的性质。这可以用照相的方法记录下来。
布拉克特使α粒子打进充有氮气的云雾室，然后拍照。他拍了23000张照片，结果只照到了8张人工核反应的照片。这是1925年的事情。在照片上，像扫帚一样的一簇白线是α粒子的径迹，其中有一条中途停止了（说明α粒子打到氮核里去了），然后又分为两个叉，一条细而长的是质子的径迹，另一条短而粗的是生成的氧原子核的径迹。卢瑟福的发现被研究得更清楚了。
新的发现、新的理论、新的方法鼓舞着各国的科学家去作新的实验和新的探索。
德国有个青年科学家叫贝特。他想：为什么α粒子打到核里去只会放出质子呢？难道就不可能放出电子（也就是β射线）和γ射线吗？那些天然放射性元素大都会放出α射线或β射线，并且常常伴有γ射线，但是不放出质子。
他研究了卢瑟福做的实验，注意到卢瑟福是通过观察硫化锌荧光屏是否发生闪光来判断有无核反应发生的。贝特知道，α粒子或质子打在硫化锌上会发出闪光，但是，如果有β射线或γ射线射在硫化锌上，却不会发出闪光。因此，即使有放出β射线和γ射线的核反应发生，卢瑟福也观测不到。
卢瑟福曾经用α粒子射击过锂、铍、硼，他没有看到闪光，所以他认为用α粒子射击这几种元素不发生核反应。
贝特想，α粒子既然能打到氮、镁、硫、钾等的原子核中去，为什么就不会打到锂、铍和硼的原子核中去呢？可能打进去以后放出来的不是质子，而是不会使荧光屏闪光的β射线、γ射线等别的什么粒子。如果真是这样，用什么方法才能观测到它们呢？
这时候，卢瑟福的学生盖革也在德国工作，他发明了计数器，利用电子学仪器，可以测量各种射线，并计算粒子的数目或射线的强度。用了这种新仪器就不需要躲在黑屋子里数荧光屏上的闪光了。
贝特用计数器去进行研究。他用钋作为α粒子的放射源，因为钋只放射α粒子，不放射β射线和γ射线，这就使实验简单多了。
对着α粒子源安装了计数管，由于钋不发射β射线和γ射线，而发射出来的α粒子又穿不透计数管的玻璃壁，所以计数管没有计数。
但是，只要在α粒子源和计数管之间放上涂有锂、铍或硼的片，计数管就开始计数了。这说明α粒子打到了锂的、铍的或硼的原子核上，发生了核反应，并且放出了某种射线。其中以铍放出来的射线最强烈。
这是什么射线呢？贝特作了测试实验。他加上电场和磁场试了试，发现射线在电场和磁场中不会偏转，说明射线不带电荷，不是β射线，也不是α粒子和质子。他又用2厘米厚的铅板试了试，射线还是穿透过去了，强度只减弱13％。他认为，这种射线是极强的γ射线。
贝特发现用α粒子射击锂、铍和硼也会发生核反应，这是完全正确的。他认为反应结果是放出γ射线，这一点后来证明是错误的。
在法国，居里夫人的女儿伊伦·居里和女婿约里奥…居里已经成长为原子科学家。小居里夫妇也在做贝特做过的实验。他们让铍发出的射线通过石蜡，结果产生了高速的质子。看来是石蜡中的氢被铍发出的射线碰出来了。
这个实验又转到英国，查德威克用铍发出来的射线射击氢，发现了高速的质子；射击氮原子，氮原子也被推动了，只是速度比质子小得多；射击氩，氩原子也被推动了，速度又小一些。这说明铍发出来的射线不应该是γ射线，而是具有一定质量的某种粒子。
经过反复的实验，查德威克认为α粒子打在铍核上产生的不是γ射线，而是一种高速的不带电荷的中性粒子。这种粒子同氢、氮、氩的原子核碰撞，就把它们弹开了，正像他和卢瑟福以前研究的α粒子弹开氢原子核的情形一样。
那么这种不带电荷的中性粒子的质量有多大呢？查德威克根据实验结果算出来，它的质量与质子几乎一样大。
查德威克把这种不带电荷的中性粒子叫做“中子”。
中子是人们过去还不知道的粒子，现在由铍原子核中打了出来，这说明原子核中有中子。
这样一来，组成宇宙间万物的基本砖石就不只是质子和电子两种了，又多了一种——中子。
就在发现中子的1932年，人们利用云雾室还发现了由地球外面的宇宙空间射来的一种电子，它带着阳电荷，而质量和普通的带阴电荷的电子一样。这就是正电子。
问题又复杂起来了。
中编 打开原子的大门
（三）
新的原子核模型
中子是1932年发现的。人们想起了卢瑟福的预言，他在1920年就认为原子核里会有不带电荷的中性粒子。现在中子真的发现了。就在这一年，德国青年物理学家海森堡根据物理学的一些原理，指出原子核里不可能有电子；他认为原子核是由质子和中子组成的。他的这种原子核模型很快就为科学界所接受，成为今天我们所熟知的常识。
海森堡的模型不同于质子…电子模型，一些符号却仍然保持原样，不过符号的意义有所不同。
α粒子是氦原子核，仍写作 4 2 He，左上角是质量数，也就是核中的质子和中子的总数；左下角是原子序数，就是核电荷数，也就是核中的质子数；左上角数字减去左下角数字，就是核中的中子数。氦原子核是由2个质子和2个中子组成的。
同样，氯有两种同位素， 35 17 Cl核中有17个质子，有18个（35－17＝18）中子； 37 17 Cl核中有17个质子，有20个（37－17＝20）中子。
中子的符号是 1 0 n，左上角的1说明中子的质量是一个单位质量，左下角的0说明中子所带电荷为0。
发现中子的核反应是α粒子打到被核里，放出来一个中子。可以写成：
4 2 He＋ 9 4 Be→p12 6 C＋ 1 0 n反应式两边的符号的左上角是4＋9＝12＋1，左下角是2＋4＝6＋0。
原子核里只有两种粒子——质子和中子，而电子只在核外面运动，原子核里面是没有电子的。因此，人们又把质子和中子通称为“核子”。
但是，问题又来了。已经知道，有些放射性元素放出β射线（电子流）。如果原子核里没有电子的话，又怎么能够放出来电子呢？再有，原子核里有中子，那么为什么没有单个的中子在我们周围自由飘荡呢？
直到1950年，人们用实验证明了，自由的中子不稳定——中子有放射性，每13分钟就有一半的中子变成质子和电子。质子就是氢原子核，它是稳定的。
中子只有在原子核里，并且和质子按一定比例结合在一起的时候，它才是稳定的，原子核也才是稳定的。如果原子核里的中子偏多了，同质子不成比例了，中子在原子核里也会变成质子，同时放出一个电子。这个电子不能在核里呆下去，立刻以极大的速度从原子核里射了出来，这就是β射线。
反过来，如果原子核里面的质子偏多了，又会发生什么情况呢？原子核里质子不会和电子结合而变成中子，因为原子核里没有电子。质子只能把原子核外面的电子俘获一个到原子核里面来。还会发生一种情况，那就是质子放出正电子而变成一个中子，这是一种新的放射性。这种放射性是小居里夫妇首先发现的。
人工制造放射性元素
1934年11月15日，法国科学院召开会议，一位名叫约里奥…居里的年轻科学家在会议上提出科学报告，宣布他和他的夫人伊伦·居里一起得到的重要发现。
大家还记得在36年前，正是在这个讲台上，居里夫妇宣布他们发现了放射性元素钋和镭。那时候，小伊伦还只有1岁。如今青年一代科学家成长起来了，小居里夫妇发现了人工放射性。
这个重要发现还得从头说起。
前面已经讲过，贝特怀疑卢瑟福的实验丢掉些什么没有被探测到，他们用新的探测放射性的仪器发现了新的放射现象，并且由此发现了中子。小居里夫妇积极地参加了发现中子的研究工作�
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