Types of Decay
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0:01 - 0:03迄今爲止化學學習中
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0:03 - 0:05我們所討論的
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0:05 - 0:07都是圍繞著電子的水力安定性
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0:07 - 0:10電子更喜歡穩定的電子層
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0:10 - 0:12像生活中所有的東西一樣
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0:12 - 0:15如果你進一步研究原子
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0:15 - 0:18你會發現電子不是原子中
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0:18 - 0:19唯一運動的東西
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0:19 - 0:24原子核本身有一些運動
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0:24 - 0:25或者有一些不穩定
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0:25 - 0:27需要以某種方式緩解
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0:27 - 0:30這就是這集我們要討論一下的內容
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0:30 - 0:34然而其實它的機理超出了
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0:34 - 0:37第一年化學課的範圍
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0:37 - 0:40但至少了解一下也是不錯的
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0:40 - 0:43然後有一天如果我們學習強核力
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0:43 - 0:45和量子物理學之類的
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0:45 - 0:47這樣我們才能具體討論
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0:47 - 0:50爲什麽這些質子和中子
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0:50 - 0:52和它們的組分誇克
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0:52 - 0:54會這樣相互影響
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0:54 - 0:54但因此
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0:54 - 0:56我們至少要先認識一下不同類型的
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0:56 - 1:01原子核放射衰變
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1:01 - 1:04假設有許多質子
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1:04 - 1:05我這只畫一些
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1:05 - 1:08一些質子
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1:08 - 1:10一些質子 然後畫一些中子
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1:10 - 1:13我會用中性的顏色來畫
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1:13 - 1:17嗯 淺灰色應該不錯
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1:17 - 1:21那麽畫些中子在這
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1:21 - 1:22我畫了多少質子?
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1:22 - 1:24這兒有1,2… 7,8
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1:24 - 1:32我要畫1,2… 9個中子
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1:32 - 1:35那麽假設這是我們的原子核
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1:35 - 1:36記住 這是
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1:36 - 1:37你知道 在頭幾集裏
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1:37 - 1:39我講過原子 原子核
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1:39 - 1:43如果你要畫一個具體的原子
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1:43 - 1:44事實上是很難的
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1:44 - 1:46因爲它沒有明確的界限
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1:46 - 1:48電子真的可以在
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1:48 - 1:49你知道 在任一時刻
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1:49 - 1:50它可能在任何地方
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1:50 - 1:51但是如果你說 好啦
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1:51 - 1:5490%的時間電子在哪呢?
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1:54 - 1:55你可以說 在半徑以內
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1:55 - 1:58或者這是原子的直徑
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1:58 - 2:00在頭幾集中我們學到
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2:00 - 2:03原子核只占球的體積的
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2:03 - 2:06幾乎無限小的部分
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2:06 - 2:08而電子90%的時間會出現在這
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2:08 - 2:11這是簡潔的處理方法
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2:11 - 2:14呐 我們在生活中看到幾乎所有
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2:14 - 2:15都只是開放的空的空間
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2:15 - 2:17這些都只是開放空間
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2:17 - 2:19但是我只是想重覆一下
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2:19 - 2:21因爲我們前面講到的
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2:21 - 2:23無限小的點
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2:23 - 2:25盡管它是原子體積的
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2:25 - 2:27非常小的一部分
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2:27 - 2:29卻其實幾乎占了全部質量
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2:29 - 2:32這就是我放大的地方
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2:32 - 2:33這些不是原子 也不是電子
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2:34 - 2:36我們放大原子核
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2:36 - 2:38然後發現
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2:38 - 2:41有時候原子核有點不穩定
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2:41 - 2:44而它想達到一個更穩定的結構
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2:44 - 2:46我們不會深入探討具體的
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2:46 - 2:49不穩定原子核的定義之類的
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2:49 - 2:52但爲了變成一個更穩定的原子核
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2:52 - 2:56有時候它會釋放一個α粒子
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2:56 - 2:58或這稱作α放射衰變
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2:58 - 3:03α放射衰變
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3:03 - 3:06它釋放一個α粒子
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3:06 - 3:08這聽起來很高深
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3:08 - 3:13它只是中子和質子的集合體
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3:13 - 3:16而一個α粒子由兩個中子和兩個質子構成
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3:16 - 3:19或許是這些家夥
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3:19 - 3:22它們只是覺得自己不合群
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3:22 - 3:24所以它們就變成了集合體
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3:24 - 3:27然後它們被釋放了
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3:27 - 3:30它們離開了原子核
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3:30 - 3:33那麽想想原子發生了什麽變化
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3:33 - 3:35這樣的事發生的時候
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3:35 - 3:38那假設某個隨機的元素
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3:38 - 3:40我們就叫它元素E
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3:40 - 3:43假設它有p個質子
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3:43 - 3:45讓我用質子的顏色來寫吧
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3:45 - 3:47它有p個質子
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3:47 - 3:51然後是原子質量數
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3:51 - 3:56等於質子數加上中子數
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3:56 - 3:59用灰色寫中子數 對吧?
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3:59 - 4:06那麽當它經曆了α放射衰變
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4:06 - 4:08元素發生了什麽?
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4:08 - 4:11它的質子數要減少2
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4:11 - 4:16所以它的質子數變爲P-2
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4:16 - 4:18然後它的中子數
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4:18 - 4:19也要減少2
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4:19 - 4:21所以質量數要減少4
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4:21 - 4:25所以上邊將是P-2
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4:25 - 4:27加上中子數的-2
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4:27 - 4:29所以就有-4
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4:29 - 4:31所以質量數要減少4
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4:31 - 4:33而事實上就變成了一個新的元素
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4:33 - 4:35記住 元素是由質子數
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4:35 - 4:36定義的
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4:36 - 4:38所以在這個α放射衰變中
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4:38 - 4:41失去了兩個中子和兩個質子後
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4:41 - 4:43尤其多重點是質子數的改變
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4:43 - 4:44會使之變成了一個不同的元素
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4:44 - 4:46那麽如果我們叫這個元素1(E1)
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4:46 - 4:47我就這樣叫它吧
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4:47 - 4:50它要變成一個不同的元素 元素2(E2)
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4:50 - 4:53而且如果你想一下生成了什麽
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4:53 - 4:59原子核釋放了有兩個質子的東西
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4:59 - 5:00還有兩個中子
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5:00 - 5:02那麽它的質量數就是
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5:02 - 5:04兩個質子加兩個中子
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5:04 - 5:06那麽釋放的是什麽?
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5:06 - 5:09我們釋放了質量數爲4的粒子
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5:09 - 5:11那如果你查一下
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5:11 - 5:13兩個質子加兩個中子是什麽?
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5:13 - 5:15其實我沒有準備元素周期表
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5:15 - 5:17在這集前我忘了剪切粘貼了
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5:17 - 5:19但在周期表上找到有兩個質子的元素
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5:19 - 5:23不會花太長時間
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5:23 - 5:23而那就是氦(He)
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5:23 - 5:25而其實它的質量數是4
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5:25 - 5:28所以這就是一個氦核
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5:28 - 5:30伴隨著α放射衰變被釋放出來的
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5:30 - 5:35事實上這就是一個氦核
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5:35 - 5:37而且正因它是一個氦核
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5:37 - 5:39並且它沒有電子
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5:39 - 5:42來拉著兩個質子
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5:42 - 5:45所以這是一個氦離子
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5:45 - 5:48其實它沒有電子
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5:48 - 5:53它有兩個質子所以帶兩個正電荷
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5:53 - 5:58所以α粒子實際上是氦離子
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5:58 - 6:00一個帶兩個正電荷的氦離子
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6:00 - 6:03它自發地被原子核釋放
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6:03 - 6:05只爲了達到一個更穩定的狀態
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6:05 - 6:08這就是放射衰變的一種類型
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6:08 - 6:09讓我們來學習其它的
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6:09 - 6:14那麽讓我再畫一個原子核
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6:14 - 6:17我會畫些中子
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6:17 - 6:23也會畫些質子
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6:23 - 6:26那麽結果就是有時
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6:26 - 6:29中子感到自我懷疑
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6:29 - 6:33它看著質子的日常生活
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6:33 - 6:35然後說 你知道嗎?
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6:35 - 6:37由於某些原因 當我俯瞰內心深處
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6:37 - 6:39我覺得我應該是一個質子
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6:39 - 6:40如果我是一個質子
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6:40 - 6:44整個原子核可能會更穩定一些
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6:44 - 6:46然後它決定要變成一個質子
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6:46 - 6:49記住 中子是電中性的
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6:49 - 6:52那麽它所做的就是 釋放一個電子
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6:52 - 6:54我知道你會說 Sal 不要鬧了
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6:54 - 6:56我甚至不知道中子裏有電子
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6:56 - 6:57還釋放呢
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6:57 - 6:58你是對的
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6:58 - 6:59這很瘋狂
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6:59 - 7:00但某天我們會學習
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7:00 - 7:03原子核裏存在的所有微粒
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7:03 - 7:07但先假設它可以釋放一個電子
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7:07 - 7:13所以這釋放了一個電子
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7:13 - 7:14而我們用…
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7:14 - 7:16它的質量近似爲0
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7:16 - 7:18我們知道電子的質量並非真的是0
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7:18 - 7:20不過這用的是相對原子質量
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7:20 - 7:25如果質子是1 一個電子就是1/1,836
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7:25 - 7:26所以很接近了
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7:26 - 7:27我們假設它的質量是0
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7:27 - 7:28它的質量不真的是0
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7:28 - 7:32而它所帶的電荷是-1
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7:32 - 7:33它的原子…
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7:33 - 7:35你可以說它的原子序是-1
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7:35 - 7:37所以它釋放了一個電子
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7:37 - 7:38而通過釋放一個電子
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7:38 - 7:39現在它變成了一個質子
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7:39 - 7:44不再是中性的了
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7:44 - 7:52而這叫作β放射衰變
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7:52 - 7:57而β粒子就是釋放的那個電子
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7:57 - 8:00那麽讓我們回到元素上面
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8:00 - 8:03它有一定數目的質子
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8:03 - 8:06也有一定數目的中子
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8:06 - 8:08那麽質子數加上中子數
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8:08 - 8:09就得到了質量數
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8:09 - 8:13當經曆了β放射衰變 什麽改變了?
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8:13 - 8:16質子數變了嗎?
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8:16 - 8:19當然 比原來多了一個質子
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8:19 - 8:21因爲中子變成了一個質子
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8:21 - 8:23所以現在質子數要加1
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8:23 - 8:25那質量數改變了嗎?
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8:25 - 8:26那我們來看一下
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8:26 - 8:28中子數減1
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8:28 - 8:31但是質子數加1
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8:31 - 8:32所以質量數沒有改變
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8:32 - 8:36所以仍然是P+
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8:36 - 8:39所以質量保持不變
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8:39 - 8:41不像α放射衰變的情況
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8:41 - 8:43但是元素卻改變了
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8:43 - 8:44質子數改變了
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8:44 - 8:45那麽現在 又一次
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8:45 - 8:49在β放射衰變中 出現一個新元素
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8:49 - 8:52現在 我們假設有另一種情況
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8:52 - 8:54假設有這樣一種情況
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8:54 - 8:58其中一個看著中子
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8:58 - 9:00然後說 你知道嗎?
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9:00 - 9:02我了解它們的生活
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9:02 - 9:04那非常吸引我
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9:04 - 9:07我認爲我會適應得更好
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9:07 - 9:13而且原子核中的粒子團體
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9:13 - 9:16將會更和諧
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9:16 - 9:17如果我也是個中子
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9:17 - 9:20我們會處於一個更穩定的狀態
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9:20 - 9:24所以這個難受的質子 它所做的是
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9:24 - 9:25它可能會釋放…
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9:25 - 9:29一個新的概念來了
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9:29 - 9:31一個正子 而不是一個質子
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9:31 - 9:33它釋放了一個正子
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9:33 - 9:34什麽是正子?
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9:34 - 9:37它和電子的質量
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9:37 - 9:38完全相等
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9:38 - 9:43也就是質子質量的1/1836
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9:43 - 9:44不過這兒我們只是寫個0
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9:44 - 9:46因爲相對原子質量中
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9:46 - 9:47它非常接近0
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9:47 - 9:50但是它帶一個正電荷
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9:50 - 9:52這著實讓人疑惑
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9:52 - 9:53因爲它還是寫成e
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9:53 - 9:55無論何時我看到e 都以爲是個電子
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9:55 - 9:57其實不對 寫成e是因爲它們很像
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9:57 - 9:58同類的粒子
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9:58 - 10:00但它沒有帶負電荷
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10:00 - 10:01而是帶一個正電荷
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10:01 - 10:05這就是正子
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10:05 - 10:08然後我們開始對目前正在用的
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10:08 - 10:10粒子們的類型感到
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10:10 - 10:10新奇
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10:10 - 10:12但是這確實發生了
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10:12 - 10:16如果一個質子釋放了這樣的粒子
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10:16 - 10:18它的所有正電荷都跟著它
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10:18 - 10:19沒了
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10:19 - 10:26這個質子就變成了中子
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10:26 - 10:29而這叫作β+放射衰變
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10:29 - 10:31β+放射衰變很容易
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10:31 - 10:32理解
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10:32 - 10:34因爲它又稱正子發射
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10:34 - 10:36那麽如果我們又從E開始
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10:36 - 10:39它有一定數目的質子
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10:39 - 10:41和一定數目的中子
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10:41 - 10:43那新元素會是什麽呢?
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10:43 - 10:46呐 它將會減少1個質子 P-1
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10:46 - 10:48而同時會變成一個中子
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10:48 - 10:49所以P要減少1
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10:49 - 10:51N將增加1
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10:51 - 10:55那麽整個原子的質量不會改變
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10:55 - 10:57所以將仍是P+
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10:57 - 11:01但還是變成了一個不同的元素 對嗎?
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11:01 - 11:02發生β放射衰變時
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11:02 - 11:04我們增加了質子數
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11:04 - 11:07那麽我們稍微向元素周期表的右邊移動
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11:07 - 11:09或者增大… 嗯… 你懂的
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11:09 - 11:11當發生β+放射衰變時
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11:11 - 11:15我們減少了質子數
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11:15 - 11:16事實上我應該在這
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11:16 - 11:18寫這兩個反應的
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11:18 - 11:20那麽這是β+放射衰變
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11:20 - 11:22釋放了一個正子
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11:22 - 11:25而β放射衰變中
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11:25 - 11:28釋放了一個電子
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11:28 - 11:31它們被寫成一樣的格式了
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11:31 - 11:32你知道這是一個電子
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11:32 - 11:33因爲它帶一個負電荷
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11:33 - 11:34而你知道這是一個正子
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11:34 - 11:36因爲它帶一個正電荷
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11:36 - 11:38現在還有最後一種放射衰變類型
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11:38 - 11:39是你需要了解的
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11:39 - 11:41但是它不會改變原子核的
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11:41 - 11:44質子數或中子數
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11:44 - 11:47而它只會釋放大量能量
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11:47 - 11:48或者有時 你知道 釋放高能質子
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11:48 - 11:50這叫作γ放射衰變
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11:50 - 11:51γ放射衰變的意思是
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11:51 - 11:53這些家夥只是重組自身
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11:53 - 11:54或許它們會變得更靠近
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11:54 - 11:57而通過這樣它們釋放能量
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11:57 - 12:03以波長很小的電磁波形式
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12:03 - 12:04實質上就是
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12:04 - 12:08你可以叫它γ粒子或γ射線
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12:08 - 12:09它的能量非常高
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12:10 - 12:12γ射線是你不會想靠近的東西
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12:12 - 12:14它們非常有可能會殺掉你
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12:14 - 12:16我們講的這些
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12:16 - 12:17我講得有點理論化
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12:17 - 12:19我們來看些具體問題吧
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12:19 - 12:22識別一下做的是哪種放射衰變
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12:22 - 12:24那麽這有铍7(Be7)
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12:24 - 12:267是它的質量數
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12:27 - 12:30而我讓它變成锂7(Li7)
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12:30 - 12:32那這是發生了什麽?
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12:32 - 12:36铍 原子核質量保持不變
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12:36 - 12:42但是質子數從4變爲3
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12:42 - 12:45所以質子數減少了
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12:45 - 12:47總共的原子質量沒有變
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12:47 - 12:49所以這肯定不是α放射衰變
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12:49 - 12:50你知道 α放射衰變是
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12:50 - 12:52從原子核釋放一整個的氦核
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12:52 - 12:55那釋放的是什麽呢?
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12:55 - 12:57釋放的大概是一個正電荷
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12:57 - 12:59或者是一個正子
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12:59 - 13:01而事實上式子中我寫這個
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13:01 - 13:04這是一個正子
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13:04 - 13:07所以從铍7到锂7的放射衰變
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13:07 - 13:09是β+放射衰變
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13:09 - 13:11好了
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13:11 - 13:12現在讓我們看下一個
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13:12 - 13:20鈾238(U238)放射衰變成钍234(Th234)
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13:20 - 13:24我們看到質量數減少了4
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13:24 - 13:29-4 而你也看到原子序減少了
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13:29 - 13:31或者叫質子數 減少了2
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13:31 - 13:34所以說必須要釋放 實質上
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13:34 - 13:36原子質量爲4
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13:36 - 13:39原子序爲2的東西 也就是氦
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13:39 - 13:42所以這是α放射衰變
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13:42 - 13:44那麽這就是α粒子
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13:44 - 13:48這就是一個α放射衰變的例子
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13:48 - 13:50現在你可能說 嘿 等一下
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13:50 - 13:52一些奇怪的事發生了
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13:52 - 13:57以爲如果只是92個質子變成90個質子
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13:57 - 13:59那我還有下92個電子呢
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13:59 - 14:02那爲什麽不是帶2個負電荷呢?
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14:02 - 14:08而甚至 釋放的氦
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14:08 - 14:09它不帶任何電子
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14:09 - 14:10它只是一個氦核
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14:10 - 14:13那麽它怎麽不帶2個正電荷呢?
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14:13 - 14:15如果你這樣說 那是絕對正確的
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14:15 - 14:17但是事實是
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14:17 - 14:19放射衰變一旦發生
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14:19 - 14:22钍 它沒有原因保留
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14:22 - 14:23這兩個電子
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14:23 - 14:25所以這兩個電子消失了
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14:25 - 14:27而钍又變成中性的了
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14:27 - 14:31而氦 同樣地 它非常快地…
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14:31 - 14:33它非常想得到兩個電子來變穩定
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14:33 - 14:35所以它非常迅速地在碰撞中
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14:35 - 14:37掠奪了別人兩個電子
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14:37 - 14:39因此它變得穩定了
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14:39 - 14:40所以你用哪種方式寫都可以
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14:40 - 14:42接著我們再做一個
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14:42 - 14:44這有碘(I)
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14:44 - 14:47我們看看發生了什麽
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14:47 - 14:51質量沒有改變
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14:51 - 14:54那麽我必須把質子變成中子
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14:54 - 14:55或者把中子變成質子
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14:55 - 14:59而我看到這有53個質子
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14:59 - 15:00現在有54個質子
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15:01 - 15:04那麽一個中子一定變成了質子
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15:04 - 15:07一個中子一定變成了一個質子
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15:07 - 15:09而一個中子變成一個質子
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15:09 - 15:11是通過釋放一個電子實現的
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15:11 - 15:14那我們看看這個反應
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15:14 - 15:17一個電子被釋放了
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15:17 - 15:19所以這是β放射衰變
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15:19 - 15:26這是一個β粒子
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15:26 - 15:27同理
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15:27 - 15:33你會說等等 只是從53個質子變爲54個質子
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15:33 - 15:34既然有了多的質子
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15:34 - 15:36這爲什麽沒帶一個正電荷呢?
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15:36 - 15:37會帶的
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15:37 - 15:38但是迅雷不及掩耳
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15:38 - 15:42它可能不會剛好得到這個電子
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15:42 - 15:43有這麽多電子在附近跑動
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15:43 - 15:45但是它會從某個地方奪來某些電子
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15:45 - 15:46變得穩定
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15:46 - 15:47然後它又穩定了
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15:47 - 15:49但是你會馬上又想 嘿
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15:49 - 15:51在某個小時段裏它不會是離子嗎?
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15:51 - 15:53現在我們再做一個
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15:53 - 15:57那麽這有氡222(Rn222) 它的質量數是86
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15:57 - 16:01變成了钋218(Po218) 質量數是84
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16:01 - 16:04那做一個有趣的拓展吧
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16:04 - 16:06钋以波蘭命名的
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16:06 - 16:08因爲居裏夫人 她--
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16:08 - 16:10在當時的波蘭
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16:10 - 16:12在上個世紀之交
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16:12 - 16:14大約是1800's的末期
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16:14 - 16:16波蘭不是作爲一個獨立的國家而存在
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16:16 - 16:20它被普魯士、俄羅斯、和奧地利分裂
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16:20 - 16:21而他們十分想讓人民知道
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16:21 - 16:24嘿 你知道 我們認爲我們是一個民族
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16:24 - 16:26所以當他們發現
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16:26 - 16:28你知道 氡放射衰變後形成了這個元素
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16:28 - 16:30然後他們以祖國命名 以波蘭命名
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16:30 - 16:34這是發現新元素的殊榮
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16:34 - 16:35不過好啦 回到這個問題上
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16:35 - 16:36那麽發生了什麽呢?
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16:36 - 16:39原子質量減少了4
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16:39 - 16:41原子序減少了2
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16:41 - 16:44再次 我們又釋放了一個氦核
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16:44 - 16:46一個氦核
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16:46 - 16:48原子質量是4
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16:48 - 16:51原子序是2的東西
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16:51 - 16:52然後變成了這樣
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16:52 - 16:56所以這是一個α放射衰變
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16:56 - 16:58我們可以寫成一個氦核
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16:58 - 16:59所以它沒有電子
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16:59 - 17:00我們可能馬上會說
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17:00 - 17:02它會帶一個負電荷
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17:02 - 17:03但是然後它消失了
- Title:
- Types of Decay
- Description:
-
- Video Language:
- English
- Team:
- Khan Academy
- Duration:
- 17:03
Fran Ontanaya edited Chinese (Traditional, Taiwan) subtitles for Types of Decay |