世界上有两个一样的原子吗?

来源: 中科院物理所

发布日期: 2016-12-09 10:53:58

文章讨论了微观世界中基本粒子的内在属性,以及X射线的阻挡原理和选择铅作为防护材料的原因。

世界上有两个一样的原子吗?

在宏观世界,“同类”的事物总可以通过更细致、复杂的结构(比如两片叶子的叶脉)加以区分。但在微观世界,同类的基本粒子则具有完全相同的“内在的”属性(内禀属性):比如所有的电子都具有相同的电荷、静质量、自旋…,在此之外我们可以认为它们不再具有其他的自由度或更精细的结构,因此我们可以认为同类的基本粒子都是相同的。

即使是具有细致结构的同类粒子,例如两个氢原子,我们也可以设想它们的状态完全相同(比如说电子占据相同的轨道…),这样具有完全相同状态的粒子则可以被认为是“一样的”。

X射线家族占据了波长从0.01纳米到10纳米的波段,能量从100eV到100000eV,是光谱中相对比较健壮的光,在传播过程中横冲直撞,穿透力强,目前人类发现的能阻挡X射线的方案主要有如下两种:1.光电效应,即原子中一个比较外围的电子把这个X光光子吃掉,这样X光的能量就被电子吸收了,一般来说这个能量足够电子摆脱原子核的束缚,并且以很快的速度飞出去,能量也比入射的X光子低一些。

对于能量较低的X光,这个效应占主导,2.康普顿散射,也就是入射的X光光子和自由电子撞在一起,电子被撞飞,而X光的能量也损失掉一部分,并且会改变X光光子的方向,这个效应对于能量较高的光子占主导。

由于光电效应对于原子序数较大的元素吸收效果较好,而且在生活中接触到的X光中主要考虑光电效应就好了,因此选用铅这种原子序数(铅为82)较大密度较高而且还没那么贵的材料来防护,这是效果与成本综合考虑的结果,并且原子序数更大的金属可能本身也有辐射。你说的材料中原子序数分别为钨74铂78金79,还是铅更理想。

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