有可能通过添加质子和电子把一种元素变成另一种元素吗?

时间:2021-07-02 09:02:51   作者:
你可能知道,一个元素是由它的Z数来定义的,也就是它原子核中的质子数。如果你能改变原子核里的质子数,那么你就把它变成了一种不同的元素。有很多不同的方法可以做到这一点。


添加质子


把质子加到原子核上的困难在于它们都带正电荷,因而相互排斥。如果你设法使质子足够接近原子核,那么在某一点,强大的核力克服了电磁排斥力,质子可以被吸收到原子核。为了实现这一点,你必须用足够的能量将质子射向原子核,使之被吸收。这可能发生在恒星内部,这个过程被称为核聚变。例如这里是发生在太阳内部的质子-质子链。在这个过程中,4个质子被挤在一起,由氢原子核形成氦核。

有可能通过添加质子和电子把一种元素变成另一种元素吗?

注意,当两个质子合并在这个过程中,其中一个质子将发射一个正电子,并转化为一个中子。

你也可以将氦核与更大的核融合来产生更大的元素。例如,在阿尔法过程中,恒星可能结合碳(6个质子)和氦(2个质子),产生氧气(8个质子)。

上面的例子发生在正在进行核聚变的恒星内部,很难在实际中实现。你需要极高的温度和压力,即便如此,这些事件也相对罕见。然而,在更实际的层面上做类似的事情是可能的。人工诱导放射性很容易做到。一些放射性元素,比如钋210,会自然衰变并释放出阿尔法粒子(氦核)。你可以取一个像这样的粒子源把它放在其他元素旁边一些粒子可能会被目标吸收。在上面的链接中,它描述了卢瑟福是如何向氮气发射阿尔法粒子并产生氧气的。


添加电子


也可以把电子加到原子核中并使之发生变化。通常,涉及到的能级使这变得困难,电子更喜欢留在它们的原子轨道上,但在某些情况下,电子捕获是可能的。查看维基百科的链接,你可以看到,如果发生这种情况,原子核中的一个质子就会转变成一个中子,从而减少原子核的Z数。例如,一个镍原子核俘获了它自己的一个电子,变成了钴原子。


添加中子


另一种改变元素的方法是用中子轰击它们。一些放射性元素衰变并释放出中子,这些中子随后会被目标材料吸收。现在你可能会想,给原子核加一个中子不会改变它的Z值,因此你不会得到一个新元素。你是对的,你会得到相同元素的新同位素。但是对于一些目标元素,如果它们吸收了一个中子,那么这个新的同位素就会变得不稳定,它们会衰变并在放射性衰变后产生一个新的元素。

诱发放射性连接超过两个中子捕获的例子:

1、铀235吸收一个中子就变成铀236。然后自发地裂变成钡和氪释放出大量的能量和3个额外的中子。这些额外的中子可以被其他u235原子吸收,然后裂变,产生更多的中子。

2、cobol59吸收一个中子变成cobol60。这是不稳定的,一个中子通过释放一个电子衰变成一个质子,这就产生了镍60。

由于中子是电中性的,它们不被带正电的原子核排斥。这使得慢中子相对容易被吸收。这在一些产生中子的核反应堆中可能是个问题,因为你可以在反应堆周围的设备中产生诱发放射性。你可以看到,正在欧洲建造的ITER核聚变实验将缓慢地使反应容器具有放射性,因为中子捕获和由此产生的诱发放射性。幸运的是,中子不会传播很远,所以这是可以解决的。

可能还有其他涉及其他类型粒子的嬗变方法。例如,如果你向原子核发射反质子,这会使其中一个质子湮灭,降低Z数,尽管我不确定原子核的其他部分是否会在碰撞中幸存。还有很多其他的粒子你也可以考虑,它们都可能会有不同的结果取决于能级和所涉及的确切的粒子相互作用。
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