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1、电子基本粒子之一电子云图片1、电子是在原子核外距核由近及远、能量由低至高的不同电子层上分层排布。2、每层最多包容的电子数为2n2个n代表电子层数。3、最外层电子数不超过8个第一层不超过2个，次外层不超过18个，倒数第三层不超过32个。4、电子一般总是尽先排在能量最低的电子层里，即先排第一层，当第一层排满后，再排第二层，第二层排满后，再排第三层。电子云是电子在原子核外空间概率密度分布的形象描绘，电子在原子核外空间的某区域内出现，好似带负电荷的云覆盖在原子核的周围，人们形象地称它为“电子云。它是1926年奥地利学者薛定谔在德布罗伊关系式的基础上，对电子的运动做了适当的数学处理，提出了二阶偏微分的著
2、名的薛定谔方程式。这个方程式的解，假如用三维坐标以图形表示的话，就是电子云。电子原子理论编辑播报在不同的时代，人们对电子在原子中的存在方式有过各种不同的揣测。最早的原子模型是汤姆孙的梅子布丁模型。发表于1904年，汤姆逊以为电子在原子中均匀排列，就像带正电布丁中的带负电梅子一样。1909年，著名的卢瑟福散射实验彻底地推翻了这模型。卢瑟福根据他的实验结果，于1911年，设计出卢瑟福模型。在这模型里，原子的绝大部分质量都集中在小小的原子核中，原子的绝大部分都是真空。而电子则像行星围绕太阳运转一样围绕着原子核运转。这一模型对后世产生了宏大影响，直到如今，很多高科技组织和单位仍然使用电子围绕着原子核的
3、原子图像来代表本人。在经典力学的框架之下，行星轨道模型有一个严重的问题不能解释：呈加速度运动的电子会产生电磁波，而产生电磁波就要消耗能量；最终，耗尽能量的电子将会一头撞上原子核就像能量耗尽的人造卫星最终会进入地球大气层。于1913年，尼尔斯玻尔提出了玻尔模型。在这模型中，电子运动于原子核外某一特定的轨域。距离原子核越远的轨域能量越高。电子跃迁到距离原子核更近的轨域时，会以光子的形式释放出能量。相反的，从低能级轨域到高能级轨域则会吸收能量。藉著这些量子化轨域，玻尔正确地计算出氢原子光谱。但是，使用玻尔模型，并不能够解释谱线的相对强度，也无法计算出更复杂原子的光谱。这些难题，尚待后来量子力学的解释
4、。1916年，美国物理化学家吉尔伯特路易士成功地解释了原子与原子之间的互相作用。他建议两个原子之间一对共用的电子构成了共价键。于1923年，沃尔特海特勒WalterHeitler和弗里茨伦敦FritzLondon应用量子力学的理论，完好地解释清楚电子对产生和化学键构成的原因。于1919年，欧文朗缪尔将路易士的立方原子模型cubicalatom。加以发挥，建议所有电子都分布于一层层同心的接近同心的、等厚度的球形壳。他又将这些球形壳分为几个部分，每一个部分都含有一对电子。使用这模型，他能够解释周期表内每一个元素的周期性化学性质。于1924年，奥地利物理学家沃尔夫冈泡利用一组参数来解释原子的壳层构造
5、。这一组的四个参数，决定了电子的量子态。每一个量子态只能容许一个电子占有。这禁止多于一个电子占有同样的量子态的规则，称为泡利不相容原理。这一组参数的前三个参数分别为主量子数、角量子数和磁量子数。第四个参数能够有两个不同的数值。于1925年，荷兰物理学家撒姆耳高斯密特SamuelAbrahamGoudsmit和乔治乌伦贝克GeorgeUhlenbeck提出了第四个参数所代表的物理机制。他们以为电子，除了运动轨域的角动量以外，可能会拥有内在的角动量，称为自旋，能够用来解释先前在实验里，用高分辨率光谱仪观测到的神秘的谱线分裂。这现象称为精细构造分裂。电子质量测量编辑播报电子的质量出如今亚原子领域的很
6、多基本法则里，但是由于粒子的质量极小，直接测量非常困难。一个物理学家小组克制了这些挑战，得出了迄今为止最准确的电子质量测量结果。将一个电子束缚在中空的碳原子核中，并将该合成原子放入了名为彭宁离子阱的均匀电磁场中。在彭宁离子阱中，该原子开场出现稳定频率的振荡。该研究小组利用微波射击这个被捕获的原子，导致电子自旋上下翻转。通过将原子旋转运动的频率与自旋翻转的微波的频率进行比照，研究人员使用量子电动力学方程得到了电子的质量。电子正电子反电子编辑播报在诸多解释宇宙早期演化的理论中，大爆炸理论是比拟能够被物理学界广泛接受的科学理论。在大爆炸的最初几秒钟时间，温度远远高过100亿K。那时，光子的平均能量超
7、过1.022MeV很多，有足够的能量来创生电子和正电子对。电子天文学理论同时，反电子和正电子对也在大规模地互相湮灭对方，并且发射高能量光子。在这短暂的宇宙演化阶段，电子，正电子和光子努力地维持着微妙的平衡。但是，由于宇宙正在快速地膨胀中，温度持续转凉，在10秒钟时候，温度已降到30亿K，低于电子-正电子创生经过的温度底限100亿K。因而，光子不再具有足够的能量来创生电子和正电子对，大规模的电子-正电子创惹事件不再发生。可是，反电子和正电子还是继续不段地互相湮灭对方，发射高能量光子。由于某些尚未确定的因素，在轻子创生经过英语：leptogenesis(physics)中，创生的正电子多于反电子。
8、否则，假若电子数量与正电子数量相等，就没有电子了！大约每10亿个电子中，会有一个正电子经历了湮灭经过而存留下来。不只这样，由于一种称为重子不对称性的状况，质子的数目也多过反质子。很巧地，正电子存留的数目跟正质子多过反质子的数目正好相等。因而，宇宙净电荷量为零，呈电中性。电子应用领域编辑播报电子的应用领域很多，像电子束焊接、阴极射线管、电子显微镜、放射线治疗、激光和粒子加速器等等。在实验室里，精细的尖端仪器，像四极离子阱，能够长时间约束电子，以供观察和测量。大型托卡马克设施，像国际热核聚变实验反响堆，借着约束电子和离子等离子体，来实现受控核聚变。无线电望远镜能够用来探测外太空的电子等离子体。4在
9、一次美国国家航空航天局的风洞试验中，电子束射向航天飞机的迷你模型，模拟返回大气层时，航天飞机四周的游离气体。电子天文观测远距离地观测电子的各种现象，主要是依靠探测电子的辐射能量。例如，在像恒星日冕一类的高能量环境里，自由电子会构成一种藉著制动辐射来辐射能量的等离子。电子气体的等离子振荡。是一种波动，是由电子密度的快速震荡所产生的波动。这种波动会造成能量发射。天文学家能够使用无线电望远镜来探测这能量。电子焊接应用电子束科技，应用于焊接，称为电子束焊接。这焊接技术能够将高达107Wcm2能量密度的热能，聚焦于直径为0.31.3mm的微小区域。使用这技术，技工能够焊接更深厚的物件，限制大部分热能于狭
10、窄的区域，而不会改变附近物质的材质。为了避免物质被氧化的可能性，电子束焊接必须在真空内进行。不合适使用普通方法焊接的传导性物质，能够考虑使用电子束焊接。在核子工程和航天工程里，有些高价值焊接工件不能忍耐任何缺陷。这时候，工程师时常会选择使用电子束焊接来完成任务。电子印刷电路电子束平版印刷术是一种分辨率小于一毫米的蚀刻半导体的方法。这种技术的缺点是成本高昂、程序缓慢、必须操作于真空内、还有，电子束在固体内很快就会散开，很难维持聚焦。最后这缺点限制住分辨率不能小于10nm。因而，电子束平版印刷术主要是用来制备少数量十分的集成电路。电子放射治疗技术使用电子束来照射物质。这样，能够改变物质的物理性质或
11、灭除医疗物品和食品所含有的微生物。做为放射线疗法的一种，直线型加速器。制备的电子束，被用来照射浅表性肿瘤。由于在被吸收之前，电子束只会穿透有限的深度能量为520MeV的电子束通常能够穿透5cm的生物体，电子束疗法能够用来医疗像基底细胞癌一类的皮肤病。电子束疗法可以以辅助治疗，已被X-射线照射过的区域。粒子加速器使用电场来增加电子或正子的能量，使这些粒子拥有高能量。当这些粒子通过磁场时，它们会放射同步辐射。由于辐射的强度与自旋有关，因此造成了电子束的偏振。这经过称为索克洛夫-特诺夫效应。很多实验都需要使用偏振的电子束为粒子源。同步辐射可以以用来降低电子束温度，减少粒子的动量偏差。一当粒子到达要求
12、的能量，使电子束和正子束发生相互碰撞与湮灭，这会引起高能量辐射发射。探测这些能量的分布，物理学家能够研究电子与正子碰撞与湮灭的物理行为。电子成像技术低能电子衍射技术LEED照射准直电子束于晶体物质，然后根据观测到的衍射图案，来推断物质构造。这技术所使用的电子能量通常在20200eV之间。反射高能电子衍射RHEED)技术以低角度照射准直电子束于晶体物质，然后搜集反射图案，进而推断晶体外表的资料。这技术所使用的电子的能量在820keV之间，入射角度为14。电子显微镜将聚焦的电子束入射于样本。由于电子束与样本的互相作用，电子的性质会有所改变，像移动方向、相对相位和能量。细心地分析这些数据，即可得到分
13、辨率为原子尺寸的样本影像。使用蓝色光，普通的光学显微镜的分辨率，因遭到衍射限制，大约为200nm；互相比拟，电子显微镜的分辨率，则是遭到电子的德布罗意波长限制，对于能量为100keV的电子，分辨率大约为0.0037nm。像差修正穿透式电子显微镜。能够将分辨率降到低于0.05nm，足够清楚地观测个别原子。这能力使得电子显微镜成为，在实验室里，高分辨率成像不可缺少的仪器。但是，电子显微镜的价钱昂贵，保养不易；而且由于操作时，样品环境需要维持真空，科学家无法观测活生物。电子显微镜主要分为两种类式：穿透式和扫描式。穿透式电子显微镜的操作原理类似高架式投影机，将电子束对准于样品切片发射，穿透过的电子再用
14、透镜投影于底片或电荷耦合元件。扫描电子显微镜用聚焦的电子束扫描过样品，就好似在显示机内的光栅扫描。这两种电子显微镜的放大率可从100倍到1000000倍甚至更高。应用量子隧穿效应，扫描隧道显微镜将电子从尖锐的金属针尖隧穿至样品外表。为了要维持稳定的电流，针尖会随着样品外表的高低而移动，这样即可得到分辨率为原子尺寸的样本外表影像。电子自由雷射自由电子雷射将相对论性电子束通过一对波荡器。每一个波荡器是由一排交替方向的磁场的磁偶极矩组成。由于这些磁场的作用，电子会发射同步辐射；而这辐射会同调地与电子互相作用。当频率匹配共振频率时，会引起辐射场的强烈放大。自由电子雷射能够发射同调的高辐射率的电磁辐射，而且频域相当宽广，从微波到软X-射线。不久的将来，这仪器能够应用于制造业、通讯业和各种医疗用处，像软组织手术。