在從事核物理學研究時，用原子序數作橫座標，原子核中的中子數作縱座標，制作的一張圖表。雖然殼層模型對核子數接近幻數的原子核是很適用的，但對有一半是空殼的原子核卻不能適用。要產生新的超元素時，用非常強的中子源，甚至像原子彈這樣的中子源，是非常有利的。
基本介紹
在從事核物理學研究時，用原子序數作橫座標，原子核中的中子數作縱座標，制作的一張圖表。
現在，往往和中核集團有關的、擁有許多雇員的復雜機構，也制作一些類似的圖表，現在指揮核艦隊的將軍們在拍攝他們的肖像時，常常喜歡把這種核數據圖表放在身后當作背景。最近出版的(1979年)原子核數據，塞滿了超過1500頁的一本書，就像是本電話號碼薄。對專家來說，研究這些圖表是項有趣的消遣，也是獲得新思想的有效途徑。把觀察到的材料累積起來，可以發現過去不知道的一些規則，因而能建立非常詳盡的、具有驚人的預言能力的核模型。最成功的核模型之一是殼層模型。它是原子軌道模型在原子核中的推廣。殼層模型是一個老的而又很自然的觀點，它的出現要追溯到30年代，但當時它在原理和實際應用方面都遇到了困難。首先，不清楚軌道為什么能在原子核內存在，因為當時都認為核子間碰撞會中斷所有的周期性運動。不過核子碰撞是不會發生的，因為，終態被占據時，沃爾夫岡·泡利的不相容原理不允許發生這類碰撞。
此外，在戰后，積累的實驗數據清楚地表明，殼層是存在的。可以成功地給軌道分配能級和量子數。而且還出現了“幻數”，幻數表明了殼的填充情況，就像化學周期表中那樣，出現惰性氣體時，就表明殼已填滿了。原子核的幻數為2，8，20，28，50，82，126，若原子核內質子或中子數為幻數時，則顯出特別穩定的結構。
瑪麗亞-邁厄(Maria Mayer，1906——1972)在芝加哥(圖13．4)詳細地研究了一種殼層模型，但這種模型得出的幻數是錯誤的。她說她曾向恩里科·費米談起這個問題，而費米卻問她：“你有沒有把核子的自旋—軌道耦合包括進去？”她馬上回答說：“沒有，因為這會把所有東西都固定死的。”情況確是如此。
圖13.4 瑪麗亞-邁厄在芝加哥研究原子核圖表。這種系統的研究，使她創建了原子核的殼層模型。這個模型類似于奧格·玻爾的原子模型，能解釋許多原子核的規律性。
在遭受戰爭破壞的德國，H．D．延森，P．哈克塞爾(P Haxel)和H．休斯(H．Suess)也在獨立地進行和邁厄所做的相類似的研究。這個休斯和我們在42頁上提到的休斯屬同一家族，按照家庭的傳統，他也成了一個地質學家，當時正在研究元素的豐度，他對某些幻數所表現出的特殊穩定性很有興趣，并就這個問題與他的一些搞物理學的朋友進行了探討。最后他們得出了和邁耶相同的結論。
雖然殼層模型對核子數接近幻數的原子核是很適用的，但對有一半是空殼的原子核卻不能適用。在殼層模型形成后不久，有幾位物理學家針對一半是空殼這種情況提出了相應的模型。
奧格·玻爾和B.莫特爾森(B．Mottelson)發展了哥倫比亞大學的詹姆士-雷恩沃特(James rainwater)原來的思想，認為所有的原子核在作集體運動，在這個運動中，核物質的行為或多或少像是種液體。奧格-玻爾是尼爾斯·玻爾的兒子，他曾作為一個年輕的物理學家，陪他父親到洛斯阿拉莫斯去。殼層模型和集體模型代表的是兩種極端的情況。在實際情況中，兩種行為彼此共存并相互影響。現在這兩種模型結合得非常好，解釋了包括所有原子核在內的許多事實。
第一批超鈾元素和的發現，有著深遠的意義，包括我們在第十章中已看到的那些實際影響。但是，事情并未到此為止，出現了許多原子序數不斷增加的元素。制備的方法總是相同的：中子加到原子核內，然后經β衰變，使中子轉變成質子。例如，在核反應堆中輻照Pu239，俘獲中子形成Pu240和Pu242，它們又通過β衰變轉變成質量數為241和243的的同位素，其原子序數均為95。再用中子轟擊元素95，然后再進行β衰變，就得到了元素96(鋦)，等等。要產生新的超鈾元素時，用非常強的中子源，甚至像原子彈這樣的中子源，是非常有利的。人們在原子彈爆炸的廢墟中，已經發現了一些新的元素。但是，并不能無限制地這樣進行下去，因為中間同位素的平均壽命太短了，而且在和我們所希望的反應進行的競爭中，其它的反應會變得更加有利了。
在增加原子序數的競賽中，中子添加法終于不再能取得效益，物理學家們然后又轉而采用重離子轟擊方法。例如，用O16，作為入射粒子，一次可以添加八個質子，但這要用特殊的加速器才行，而且產額很低，最后通過測量α粒子輻射和自發裂變來一個—個地觀察原子的。就這樣，已經形成了元素95(镅)、96(鋦)、97()、98()、99()、100()、101()、l02()、103()。從元素開始的十四個元素，形成一個新的稀土族，這可從它們的一些命名中看出來，所以镅是稀土元素的同族元素。所有的超鈾元素都是不穩定的，或是發出α或β輻射，或是自發裂變。伯克利的一些科學家小組，已經用中子轟擊或重離子轟擊制備了許多超鈾元素，這些科學家中有G．T．格倫·西博格，A．吉奧素(A．Ghiorso)，S．湯普森(S．G．Thompson)和R.A．詹姆士(R．A．James)。最近，在弗列羅夫(Г．H．ФπерОВ)的領導下，蘇聯的科學家們發展了他們自己的技術，在獲得更高原子序數的競賽中，最后已拿到了原子序數為105和106的元素。
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