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物理学前沿问题探索(6)
低温超导现象和原子的特性
从以上的分析不难得出，很有可能低温超导现象的幕后幽灵就是物质在低温时产生了某种特殊的放射性物质后, 这些新的物质的电学性质发生了根本性的改变而使其导电性能发生了质的变化，因为在低温条件下, 物质的抗裂变背景压力下降了, 核子中的中子会克服外界的较低的背景压力衰变成质子和低能电子, 并发出一定的热能. 衰变出来的电子在低温约束时成为物质的自由电子. 由于原子核外自由电子数的增加, 原子半径也随之增大, 从而增加了物质的导电能力. 当物质温度恢复正常时, 抗裂变背景压力也就增加了, 这时低温条件下产生的自由电子在高的抗裂变背景压力的作用下回到原子核内与质子结合变成中子. 吸收一定热量. 原子的核外电子数和核半径也缩回到原来的值, 这时物质的导电性能又降低而回复到原初态。中子衰变成质子和电子以及质子和中子结合成中子的过程中, 伴随有能量的发射和吸收. 温度升高, 电子吸收能量后动能增加, 从而提供了电子回到核内与质子结合所需的能量.
从低温核子放射出电子可知, 由于温度极低, 放射出来的电子的能量也极小, 所以能够滞留在放射出电子的物质附近而成为自由电子. 该电子具有遇冷就出、遇热就进的两重特性, 人们很难摸清其运作的详细细节. 因为在超低温条件下所做的一切实验都显得不方面.
如果我们能找到一种物质, 能在较高的温度下发射出具有以上两重特性的电子, 超导的广泛应用就可以在不久的将来变成现实了, 这种物质必定是β放射性的.其放射出来的β粒子能量很小, 能够约束在物质的原子尺寸范围内, 在高温时又能回到原子核内.
根据以上分析我们还能得出，元素周期表中的原子序数是常温下的情况, 当物质温度发生变化时, 原子序数也将发生相应变化。物质密度不变时，温度升高, 核外电子进入原子核内的可能性就越大, 因为温度越高, 抗裂变背景压力就上升了, 核子的结合性增强了. 当温度进一步增加, 原子核外电子数就越少, 核中的质子与电子结合生成中子的数目就会增加. 原子序数随之降低, 当温度升高到一定程度时, 所有原子核外的电子都进到原子核内与质子结合成中子, 这时核子就变成了一个裸核. 随着温度的升高, 核外电子数减少,物质的导电性能下降, 当变为裸核时, 原子核显中性, 这时完全不导电. 所以物质的导电性能随温度的升高而降低. 但是, 在整个升温过程中, 原子核外部分电子也获得能量后离开原子核成为自由电子.
当温度升高到原子核成为全裸时, 抗裂变背景压力也就会很高了, 核子与核子之间的结合就更加容易了, 由于裸核不显电性, 核子外围又没有厚厚的电子云覆盖屏蔽, 既使核子之间的对心碰撞速度很低, 也容易结合成大核, 当所需要的使原子核变为全裸核的高温条件在实验室达不到, 核外仍有少部分电子存在的情况下, 可以通过带电核子加速的办法, 使核子之间发生高速对心非弹性碰撞, 克服电子云的屏蔽使核子相互结合. 此时核子所需速度必须比裸核时高出许多.
氢核的热核聚变, 就是通过原子核裂变产生极高的抗裂变背景压力, 来达到其聚变所需的极高温条件的. 在极高温条件下, 氢原子变成全裸核(核外电子进入核内或成为自由电子). 两个小核结合生成氦原子核, 同时放射出巨大的能量. 待能量释放完后, 氦原子核周围的温度开始下降, 当降到一定温度时, 氦原子核中的两个中子放射出电子, 这两个电子就成为氦原子核的核外电子.
同样, 我们也可以得出以下结论. 要想使原子核稳定, 在不同的温度和密度条件下, 核内的质子数和中子数的比例也应发生变化. 温度越高, 核能的中子/质子比必须很高, 才能保持核子的相对稳定. 中子/质子比的改变是通过吸收核外电子使其与质子结合成中子而完成的. 这时原子核外电子数目也会相应减少. 温度越低, 原子核内质子就会裂变成质子和电子，使核内中子、质子比降低来达到保持核子的相对稳定，这时核的质子数增加了，核外的电子数也就增加了。因此可以说，原子的核质子数、中子数、电子数是温度、核密度的函数。只有三者有机的配比结合才能保持整个原子的相对稳定性。温度升高，质子数减少，原子序数降低，中子数增加，核外电子数随质子数的变化而变化。
低温超导现象。不同的物质其低温超导的临界温度不同。这跟原子核中子数和质子数有关。有些原子核中的中子放射出电子后，原子的电离降低明显，这样的原子的超导临界温度就较高；有些原子核的中子放射出电子后，原子的电离能降低不多，这时超导临界温度就会较低，它有可能要等到原子核中的中子放射出第二个电子后才使得原子的电离能降低明显，自由电子的自由能力才加强。因此，要出现超导现象，必须使核外自由电子数目多且自由能力很强。也就是在小的电场作用下，就有极为活跃的自由电子和足够的自由电子数目。
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