原子核内部组织:傅统先全集第1卷

原子的内部组织我们知道是电子与原子核的太阳系。然而现在物理学的进展更使我们知道原子核不仅包括正荷的质子（proton）并且也含有负荷的电子。电子非但绕原子核而运行，并且也是组织原子核的一分子。那末原子核的内部组织到底是什么呢？这是新物理学所努力追求的问题。

一、放射作用 放射作用（radioactivity）之发现对于原子核内部组织之研究有不可分离的关系。自一八九五年栾琴（Rontgen）发明X光线后三年居礼夫人等又发现了radium。镭有一种放射出来的光线能透入金属而不为其所阻。于是放射作用一辞乃渐普遍。有许多原素有放射作用的皆曰放射原素。其所放射之光线可分为三种：一名“阿耳发”线（alpha ray）；二名“培塔”线（beta ray）；三名“加马”线（gamma ray）。此三种皆由放射原素的原子核中放射出来。第一第二两种为电荷之物粒子，第三种含有极大能力之光子。α粒子即氦（helium）的原子核；“培塔”粒子即极大速度的电子。这两点都容易证明，因为α粒子经过电场或磁场即得与氦原子核同样的数量；β粒子经过电场或磁场就成了极速度的电子。

二、原子核之分裂性 在放射作用中α粒子最为组织他种原素之原子核的中心组织。许多复杂的原子核中所包括的电子与原子核总是组织为α粒子的。α粒子我们知即氦原子核；其原子重为四，电荷为二。如氧原子重为十六，其电荷为八。所以氧原子核当包括四个α粒子。因为16/4为四；8/2亦为四。又如炭原子重为十二，其电荷为六。是以炭原子核当包括有三个α粒子。

原子已经是够小的东西了，其直径当为一千万分之一生的米突。而原子核较原子自然尤为渺小，其直径当较原子之直径尤小十万倍。假使有人只有一粒质子那么小，他之视原子当似我们之视穹苍。说也奇怪，只要我们能在这极渺小的区域内——原子核里面——加以一粒质子的变动，我们就能得到一种完全不同的新原素。但是我们怎能涉足于原子核之内呢？在一九一九年剑桥克文实验室（Cavenish Laboratory）里面的拉塞福德替我们发现了这个秘密。这个秘密是原子核的分裂（disintegration of nuclei）。普通电子轰入原子而起游离作用（ionization）。但是原子核深处禁地，墙垣层层围住。于是非有极大能力之轰炸弹不足以击入核心。这种极大能力将由何而来呢？拉塞福德就利用从镭射放出来的α粒子，因为只有α粒子才有这样大量的能，且其质量当较电子之质量大过七千倍。拉塞福德即由此镭所放射之α粒子轰击氮原子。这种轰击虽是惊人，但是能深驱直入而得以击入核心者为数甚少。氮原子核被α粒子击射之结果乃把其中的一小粒质子——氢核——驱逐出来。我们以α粒子击射氮原子而使之从其核中逐出氢原子。这些被逐出的氢粒子向着四方纷射。若是以同样方法实验其他的原素，其结果也是质子的被逐。这就证明了原子核的分裂性。但有几种原素为α粒子轰击后而不放射质子，如炭因为它的原子核刚刚包括三个α粒子，如氧因为其原子核刚刚包含有四个α粒子。然氮之因α粒子击射而发出质子，其详细内容是怎样的呢？下详论之。

氮（nitrogen）——原子重为十四，原子数为七，则氮原子核当包括三个氦原子核和两个质子、一个电子（the nitrogen nucleus = 3 helium + 2 proton + 1 electron）。因为每一氦原子其原子重为四，三个氦则有原子重十二再加两个质子共原子重十四。故与氮原子重相符合。再如氦原子数为二。因为三氦原子，故有原子数六。再加一电子，共得原子数七。此亦与氮原子数相吻合。若是在此内容中我们加以从镭中所射出之α粒子，则其内部之变化结果当为四氢原子核和一个质子、一个电子。四氢原子核计原子重为十六，原子数为八。此系氧原子。所以氮原子核加α粒子其结果变为氧与氢（见右图）。因为氢即一质子。

原子核之内部组织由是而知为质子与电子两者组合而成，而两者之组合则总是氦原子核一样α粒子。欲深入原子核之内部以探讨物质之深渊，则尤预先创造更为强有力而极速度之轰炸弹。氮氧，炭及其他较重之原子核尚多未为α粒子所攻入。若是我们能实验出更强有力的α粒子，或其他速度较光速度尤高之α粒子，则吾等对原子核之知识尤为增加无穷。近数年新物理界即有此趋势，于不久之将来，关于原子核内部组织之神秘或有惊人之发现。

三、以质子分化原子核 在近两年来新物理学有三大发现：（一）以质子分化原子核；（二）中性粒子；（三）正子。这些发现都是剑桥克文实验室的成绩。其结果先发表于《自然》杂志中。兹先述第一发现。拉塞福德实验的结果，前已详论，兹再略以简单公式表示之：

原子核+α粒子=新原子核+逐出的质子

这个公式有两个特点：（一）即以镭所放射之α粒子轰击原子核；（二）即由原子核中被逐出者为质子。现在可克可乐夫特（Cockcroft）与华尔顿（Walton）实验出来若以质子光轰击原子核其结果必逐出氦原子核（即α粒子）。

原子核+质子=另一新原子核+α粒子

如以锂（lithium）实验之，其原子重为七，原子数为三。故其原子核当包括一个α粒子，三个质子和两个电子。若以一质子击入，其分化的结果为：

锂原子核（1α粒子+3质子+2电子）+1质子

=1α粒子+4质子+2因四质子+两电子

=一个α粒子

故锂原子核+1质子=2α粒子

照可华两氏实验之结果以质子击入锂原子核即得两个α粒子。总之，质子加入原子核必使原子核中射出α粒子。以其他原子实验之，无不相同。（见右图）(www.xing528.com)

四、中性粒子之发现 在一九三二年拉塞福德实验室里面的卡德惠克（Chadwick）照拉氏分化原子核的方法以α粒子击铍（beryllium）原子核，然始终未见质子之射出。层次实验的结果，乃产生出一种新颖奇异的光线。它既非α粒光，复非β粒子光。而且又不是质子。它有不可思议的透射力，虽极厚之金属片亦不能隔阻之。然它又不像“加马”光线一样的短波电磁光线。卡德惠克乃大胆的假定其为“中性粒子光”（neutron ray）。此新假定虽仅产生一年多，然其传播之广，结果之奇，以及其对原子核内部构造之新发现，殊足惊人。这种中子是什么东西呢？前面我们已经说过原子核也是太阳式的包括一个正电荷的质子而周围绕以一负电荷的电子。惟原子核系统之直径当较原子太阳系之直径小至数万倍。其正负两电荷数目相等洽得中和时则可得此中性粒子。在此中性粒子中质子和电子组合的坚强当数十万倍于氢原子内质子与电子之组合。因物质间所含之质子与电子之间有极大之距离而中性粒子当小数万倍，故中性粒子之透入力极强。兹再述其内部组织之变迁。

铍（berylium）的原子数=4；其原子重=9

α粒子之原子数=2；其原子重=4

故铍原子核之内部组织=2α粒子+1质子+1电子

在上面这个式子中原子核里面有两个α粒子而所余之一质子和一电子乃组合起来而成为中性粒子。故前公式又可写为：

the beryllium nucleus=2α粒子+1中子

若照此公式而击入以α粒子则此原子一变而为另一原子。其内部必有三α粒子而有一中子被逐出来。三个α粒子即是炭原子之核。故α粒子击入铍原子核则得炭原子及中子。

中性粒子确为原子核中极活跃之组织份子。其在核心中之电子总是组合而为中子。中子虽改变原子核中之原子重而不影响其电荷。中子的电荷是中和的。故中子加入原子核而不变其性质。

五、正子之发现 正子是一九三三年柏拉克特（Blackett）与阿哉立黎（Occhialini）两位的新发现。物质是电子与质子两者所组织。电子与质子有同样之价值而有相反之电荷。但是新物理学不把物质看得这样简单。中子就是一件奇怪的东西。然而近来又有正子（positron）的发现。其重要性不亚于中子。正子的内部既非质子与电子，复非α粒子。其质量较质子为小，置之于磁场中而有正电荷之活动。我们也可以说正子有电子相等之质量而为正电荷之活动。故名之曰正电子或正子。

综上所论，新物理学所描绘之物理世界其本质可综为以下四种：

（乙） 正荷而有与电子相等之质量……………………正子 ⊕

（丙） 正荷而质量较电子大一八五〇倍………………质子

（丁） 无电荷而与质子质量相等………………………中子

这几种本质复为一最后本质之变换乎？此四者即物质世界之实体乎？物质之本然为粒子乎？抑能否为如辐射之视为波动乎？于是物理学复有其新问题，新工作之亟需解决，而物理世界之日新月异几至不可摸捉。