為什么核子數(shù)多到一定程度的原子，原子核就極不穩(wěn)定？
原子結構其實原子核的問題，我們就應該從原子核的角度來思考，要了解原子核，我們就得先來了解一下原子的結構，因為原子核和一般人所想象的還不太一樣 。在上初高中時，我們最常見到的原子結構一般是下面這樣：這個模型其實是有問題的，那問題到底在哪呢？首先，電子并沒有特定的軌道，而是呈現(xiàn)概率云的形式 。我們只知道，某個時刻，電子出現(xiàn)在某個位置的概率是多少，而無法具體知道它在哪 。
其次，原子核的大小也是有問題的 ?？茖W家盧瑟福曾經(jīng)利用α粒子轟擊金箔，然后就發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的α粒子都直接穿過去，只有極其少的α粒子的軌跡發(fā)生偏折 。通過這個實驗，以及后來的科學家一系列的對撞實驗，我們知道原子99.999%以上的空間是空心的 。原子核其實非常非常小，如果把原子比喻成足球場那么大，而原子核可能只有一只螞蟻那么大 。
所以，問題就來了，為什么原子核會這么小呢？四大作用上世紀，科學家就發(fā)現(xiàn)宇宙中存在著四種基本作用力，它們分別是電磁力、引力、強力和弱力 。同時，他們還發(fā)現(xiàn)了100多種粒子 。所以，他們一直在思考如何將這些東西整合起來，變成一個大一統(tǒng)的理論 。不過，這和我們這次要講的關系不大，我們這里就不贅述了 。我們就來說說，強力和弱力，他們也被稱為強核力和弱核力 。
這里的“核”指的就是原子核 。要了解強力和弱力的作用，我們就得進一步來了解原子核內(nèi)部的構造 。原子核內(nèi)有質(zhì)子和中子，但是質(zhì)子和中子并不是基本粒子，它們還可以再分，再分下去就是夸克 。而強核力和弱核力實際上都是在原子核內(nèi)的作用，首先，我們來說強核力 。強核力分兩種，一種是由膠子傳遞的強相互作用，它是用來將夸克束縛在質(zhì)子或者中子中的一種作用力 。
還有一種是介子傳遞的強相互作用，是把質(zhì)子和中子束縛在原子核內(nèi)的核力 。而弱相互作用是通過W玻色子和Z玻色子傳遞的力，它和衰變有關 。衰變是指放射性元素的原子核內(nèi)射出粒子，轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖环N元素的過程，比如，鐳放出α粒子后，就會變成氡 。其實不僅僅強相互作用和弱相互作用，電磁相互作用也被統(tǒng)一到了這個粒子物理學標準模型當中，其中傳遞電磁力的是光子 。
除此之外，還有粒子的質(zhì)量來源，也就是希格斯玻色子 。物理學家正是通過這套理論，建立起了粒子物理標準模型，給上百個粒子找到了歸宿，同時也解釋了除引力之外的三種作用的機制 。至于引力的本質(zhì)，目前主流的科學理論是愛因斯坦的廣義相對論 。通過上文的講述，我們就可以簡單粗暴地來理解原子核的結構，說白了，三個夸克被膠子綁在一起構成中子或者質(zhì)子，而質(zhì)子和中子被綁在一起構成原子核 。
但是我們要知道的是，強相互作用力實際上是四大作用當中強度最大的，但同時它的作用范圍很窄 。這個范圍大概就是10^-15米左右，正是因為強核力的作用范圍很小，因此，原子核才會那么小 。但這么小的范圍意味著，原子核內(nèi)的原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)不可以無限多 。當太多時，就有可能會發(fā)生核裂變的趨勢 。如果太少時，就有核聚變的趨勢 。
那多少是正合適的呢？鐵原子核實際上，最穩(wěn)定的原子核是鐵原子核 。我們也說鐵原子核的比結合能最高 。原子序數(shù)大于鐵元素的原子核就會裂變的趨勢，比如：原子彈的原理其實就是高順位的元素核裂變 。原子序數(shù)小于鐵元素的原子核就有聚變的趨勢，比如：氫彈和太陽內(nèi)核的燃燒就是氫核聚變 。而你要讓鐵原子核甚至是原子序數(shù)更高的元素原子核發(fā)生核聚變反應，那就需要輸入大量的能量，而同時釋放出的能量極其小，說白了，這就是一筆賠本的買賣 。
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