原子核从何而来

靳根明

中国科学院近代物理研究所

原子核 是由质子 和中子 组成的。由确定的中子数和质子数构成的原子核被称为核素 。目前实验上发现了3450 多种不同的核素。每种核素都有自己的寿命 。这些核素中，稳定的和至今没有观察到衰变的核素只有254 种，另外有34 种核素，其寿命比地球的年龄还长。它们在核素图上的位置——即β稳定线 ，位于狭长区域的中央。除这些核素外，其他核素寿命都比较短，统称放射性核素，位于β稳定线的两侧。离稳定线越远，核素的寿命越短 ，甚至即生即死。人们不禁要问，这3450 多种核素是从何而来？这是一个较为复杂的问题，简单来说：核素有两种来源，即在宇宙演化中产生 和实验室中人工合成 。

0 1

宇宙演化合成的核素

1.1

原初核合成——宇宙大爆炸后的核合成

要回答这个问题，首先看看宇宙是从何而来的。

依据大爆炸理论，宇宙始于大约133~139 亿年前的一次大爆炸，并从此开始了宇宙的膨胀与演化(如图1 所示)。直到今天宇宙的演化仍在进行 。大爆炸后约1 微秒，质子(p)和中子(n)及其反粒子就开始出现。随着宇宙的膨胀，它的温度也不断下降，质子和中子积累得越来越多。在温度降低到0.7MeV 以下时，质子和中子的相互碰撞便有机会结合形成氘核(D) ，并将多余的能量以γ射线 的形式放出，核反应表示式为：

n+p → D + γ 或者p(n，γ)D

氘核与质子碰到一起，就可能生成氦原子核 ，即D(p,γ)^3He，氘核与氘核相碰也生成^3He 并放出一个中子，即D(d,n)^3He(d 表示炮弹核 D的符号用小写字母)。氘核与中子相碰可能会生成有两个中子的氢同位素——氚(^3H)，也写作T。有了He、T，就有更多的机会生成更多种类的核素，如^3He(n,p)T，T(d,n)^4He，^3He(d,p)^4He。^4He 的生成为进一步合成含有更多质子的原子核提供了机会，如图2 所示。不过，随着宇宙的不断膨胀，温度也在迅速地下降，再加上核合成的路径上缺少质量数为5 和8 的稳定核素，十几分钟后，大爆炸核合成便终止了 。在这短短的十几分钟内，主要合成了D、T、^3He、^4He、^7Li、^7Be 几个核素。那些比较重的核素生成量极少，可以忽略。

图1 宇宙之初

图2 原初核合成网络

大爆炸后38 万年左右，电子与原子核形成氢原子和氦原子。这些稳定的气体原子在温度进一步降低时会聚集成大小不等的气体星云 。这些星云在重力的作用下不断地收缩聚集，形成恒星 。不过这是在大爆炸后几亿年的事情了。

1.2

恒星演化过程中的核素合成

宇宙中恒星的质量大小不一，小的只有太阳的千分之一，大的是太阳的上万倍，甚至更大。由于恒星质量的不同，其归宿也有差别(见图3)。

图3 恒星演化示意图

恒星演化过程中为什么会发生核反应呢？这是因为在重力作用下，恒星体积收缩，引力势能 转化成内能 使其内部温度升高。在达到核物质的点火温度 时，就会产生核反应。核反应产生的热反过来抵抗重力导致的收缩。在核燃料消耗殆尽时，重力将再一次战胜核反应产生的膨胀力，导致恒星的下一次坍缩，并进一步提升恒星的核心温度。在一个恒星的演化过程中，由于内部温度的不同，可以发生不同的核反应，见表1。

表1 恒星演化中的核反应过程

核燃烧过程其实就是以一种原子核为基本燃料 的核反应过程。下面就每一种燃烧过程发生的背景作一些详细介绍。

氢燃烧

恒星形成之前，其原始星云的体积就会不断地缩小，核心温度不断地上升。当核心的温度达到约1 千万度，密度也达到每立方厘米上百克时，H核之间就会发生核反应，并形成恒星。恒星的核心温度通常都高于星体中核燃料的点火温度。例如太阳，在中心0.25 太阳半径的区域内，温度高达1500 万度，密度最高达160 g/cm。这里就发生着氢燃烧并放出巨大的核能，核反应是太阳能量的真正源头。

在氢燃烧的过程中，首先是

p+p→D+e^+ +ν

进而有

p+D→He+γ

和

^3He+^3He→^4He+2p

两个核反应过程。这一燃烧过程的总体效果是4 个氢原子核聚合成一个^4He原子核，放出了两个正电子、两个中微子和两条γ-射线(见图4)，和大约27 MeV的能量。由于恒星内部的负反馈作用，产生能量的速率很稳定，因而能维持恒星的辐射长期恒定。在恒星内部的高密度和高温度的环境中，^3He和^4He也有可能发生^3He(^4He,g)^7Be反应。^7Be的半衰期T为53.29 天，会衰变为^7Li，同时发射一个电子和中微子。^7Li 会发生

^7Li(p, γ)^8Be,^8Be→2^4He

反应，又回到了氦。这也是为什么在恒星的氢燃烧过程中能够产生^7Li的原因。

图4 氢燃烧过程中的核反应

氦燃烧过程

当一个恒星完成氢燃烧过程后，其核心便聚集了丰富的氦。氢燃烧的结束导致引力再次占据主导地位，恒星核心将进一步收缩，温度也会进一步升高。当温度达到氦核的点火温度时，恒星内部的氦原子核就会被燃烧，使恒星进入所谓的氦燃烧过程。

氦燃烧首先是3 个氦原子核聚合成一个^12C。这个反应分为两步走，第一步是两个氦原子核聚合在一起，形成一个Be(铍-8，铍元素的一个短寿命同位素)：

^4He +^4He → ^8Be + γ

虽然Be的半衰期只有约10 s，但在一个氦原子核密度非常高的环境中，Be 原子核在衰变前就可能与另外一个氦原子核相撞，从而发生核反应：

^8Be+^4He→^12C + γ

上面两个核反应过程合在一起，就成了

^4He+^4He+^4He → ^12C + γ+7.2 MeV

随着C 原子核的产生，下面的核反应就有机会发生：

^4He +^12C→^16O + γ + 7.16 MeV

当温度足够高时，还会发生

^4He + ^16O→^20Ne + γ + 4.74 MeV

和

^4He +^20Ne→^24Mg + γ + 9.31 MeV

等核反应。

这一连串核反应的最终结果是使恒星中产生了碳、氧、氖、镁等一系列原子量为4的倍数的核素。

图5 氦燃烧链示意图

大质量恒星中的核燃烧过程

碳燃烧

在大质量恒星中，氦燃烧生成的碳、氧元素，为恒星的进一步提供了燃料。氦燃烧完成后，恒星核心的压力和温度会进一步升高，当温度达到大约20亿度，密度达到大约每立方厘米100 千克时，碳与碳相撞时可以融合成质量更重的原子核：氧、氖、钠、镁等元素的不同同位素，如图6 所示，这就是所谓的碳燃烧过程。从图中还看到碳燃烧有一条路径可以生成中子，也就是说碳燃烧也是一种中子源，它会为生成更重的原子核提供炮弹(中子)。

图6 大质量恒星中碳燃烧示意图

氖燃烧

碳燃烧过程会将大质量恒星核心所有的碳几乎消耗殆尽，产生氧/氖/镁的核心。由于重力的作用，使密度增加和温度上升达到氖燃烧的燃点，即氖吸收高能γ射线，放出α粒子和氧。由于α粒子的存在，就会与周围的氖原子核发生反应，如

^20Ne+^4He →^24Mg+γ

或者如果有^21Ne，则可能会发生

^21Ne +^4He→^24Mg + n

反应。也会有

^23Na+^4He→^26Mg+p

反应发生。

当氖燃烧时，氖会被耗尽使核心只有氧和镁堆积。

氧燃烧

氖燃烧过后，恒星核心的温度进一步上升到约26 亿度，密度增加到每立方厘米约200 千克时，在氧元素丰富的壳层就会发生氧燃烧过程，其结果主要生成磷－31 加质子和^28Si 加^4He。也就是说，氧燃烧可以生成大量^28Si(34%)，这就给进一步的较重核的合成提供了可能。

Si 燃烧

当恒星核心部位的温度达到大约30 亿度，密度达到大约每立方厘米10 吨时，在Si 非常丰富的壳层中就会发生硅燃烧。硅燃烧非常特殊，实际上是硅在很短的时间内连续地吸收^4He，放出热量，生成不同元素的同位素，最终可以形生成Fe 或Ni 的同位素。在这个过程中，一系列新生的原子核也会吸收γ射线，并放出^4He (见图7)。

图7 硅燃烧中的核反应

硅燃烧阶段恒星核心的温度很高，原子核处于统计平衡状态，最终形成以比结合能最大的铁、镍同位素。此后恒星中的核燃烧就停止了。为什么不会生成更重的原子核呢？从原子核的结合能随质量数的变化图(图8)可以看出，合成比铁(镍)更重的原子核时就要吸收能量 ，使恒星核心的温度降低，从而失去核反应的条件。因为要生成更重的原子核，就需要有更高的环境温度。另外，由于硅燃烧过程中能生成的重原子核只能是比较缺中子的，它们的寿命必定较短，与其他原子核融合的机会就很小。这两个原因导致硅燃烧截至在铁原子核附近 。

图8 原子核的比结合能的变化趋势

比铁重的原子核是如何形成的？

自然界存在着很多比铁重的原子核，如银，金，铅，铀等元素，它们又是如何形成的呢？直到现在，它还是一个没有完全弄清楚问题。科学家们推测，快速中子俘获过程(r—过程) ，慢速中子俘获过程(s—过程) 应该是其来源的可能路线。

在某些天体过程，如在超新星暴发过程中，会形成中子密度极高的环境 。这时，一个原子核同时会吸收许多个中子，形成一个中子数极多的原子核。由于中子数过多，它很快就连续发生β衰变，最后成为一个新的稳定或长寿命的原子核。这一过程称为r—过程。通过这一过程可以合成到铅－208、铀－235，铀－238 这些非常重，且中子丰度比较大的稳定原子核。这一过程中涉及一系列极端丰中子的原子核，绝大部分核的性质都还不清楚。当前，核物理学家正在努力探索合成这些核素，并研究它们的性质。

s—过程发生于低中子丰度环境，例如在红巨星阶段，会通过

^12C+p→^13N+n+γ，^13C+^4He→^16O+n+γ

反应提供中子，并引发重元素的中子俘获反应。上述环境中的这些核反应提供的中子数目有限，可能在每立方厘米一亿个以下。从铁元素附近的原子核开始，通过连续吸收中子和β衰变过程，即

(Z,A)+n→(Z+1,A+1)+β+(电中微子)

慢慢地合成到很重的82号元素^208Pb和83号元素^209Bi原子核。

r—过程和s—过程的都能生成丰中子核素，那么，缺中子核素在恒星的演化中又是如何合成的呢？

图9 r过程

快质子吸收过程 (rp — 过程 )

在这一过程中，由于有丰富的质子存在，环境温度又非常之高，例如在10 亿度左右，种子核就可以快速地吸收质子，然后放出正电子，即β^+衰变，退回到比较稳定，即寿命比较长的核素(图10)。用核反应式表示就是：

X(p，γ)Y，Y→Z+β+，Z(p，γ)R，R→T+β+，……

这个核合成过程中生成的核素都是一些缺中子核素。这种过程一直持续合成到碲(Te)-105 为止。Te-105 包含52 个质子和53 个中子，是一个寿命很短且发生α衰变的原子核。在Te-105 附近还有许多具有α衰变的核素，它们组成了一堵厚厚的墙，阻止rp—过程继续前进。

图10 快质子吸收核合成过程的路径

恒星演化的过程是漫长的，是几十亿年到上百亿年的事情，而一个原子核反应却是瞬间完成的(大约在亿亿分之一秒之内)。在漫长的过程中随时随地都可能发生核反应，并把产生的核素积累下来，形成了现在的宇宙。根据对地球物质或古老陨石的测定得知了太阳系中的元素丰度分布，也称为宇宙元素丰度分布(图11)。可以看出，氢和氦的丰度最高，锂、铍和硼的丰度显著降低，而后，从碳元素开始，就从另一个高位逐渐降低。还可以看到铁元素附近的元素丰度也很突出。这都是元素的稳定原子核，或者是具有特长寿命的原子核的丰度分布。

图11 太阳系中元素丰度分布

无论如何，宇宙演化过程留下的原子核都是稳定的 或是有非常长寿命的 原子核，而且数目非常有限 ，这对研究原子核的性质变化规律远远不够。为此，科学家就在实验室开展了原子核的合成和研究。

02

实验室中原子核的诞生

国际上第一位对原子核进行嬗变 的人是卢瑟福，他虽然没有合成新的核素，但是他通过核反应将一种核素变成了另一种核素。1919 年，卢瑟福利用来源于镭原子核衰变放射出的α粒子轰击纯的氮气，不仅发现了质子，还产生了氧，核反应式是

^14N+ α → ^17O + p

当然，^17O 的鉴别还是布兰克特在1925 年完成的。1932 年，查德威克利用^9Be(α,n) ^12C反应发现了中子。1934 年，意大利物理学家费米就开始利用中子轰击从氢到铀的一系列靶原子核，发现了许多新的核素(同位素)。同时，也发现中子在物质中穿行时会被慢化，慢化后的中子更容易在U原子核上引起反应。在利用中子轰击92 号元素U时，他认为得到了元素序号为93 的新元素。基于上述成果，他于1938 年11 月10 日获得了诺贝尔奖。几乎同时，德国物理学家哈恩等用实验证实，费米认为的93 元素，其实是U吸收中子发生裂变所生成的53 号元素钡的一个同位素，并于同年11 月22 日将文章投到《自然》杂志，次年1 月发表。费米听到消息后，很快重复实验，证实了哈恩的结果。随后，费米坦率地检讨了自己的错误判断。并在裂变的基础上，很快提出一种假说：当铀核吸收中子发生裂变时，会放射出中子，这些中子又会击中其他铀核，使其发生裂变，这样的反应过程一直继续下去，直到全部原子被分裂。这就是著名的链式反应理论 ，为原子核裂变能的利用奠定了坚实基础。

图12 E. 卢瑟福(1871-1937)

近百年来，在实验室中合成和研究的新核素已接近3200种 。

2.1

合成新核素应具备的条件

天然存在的287 个核素，远远不能满足人类探索原子核世界的需求。为了探知到底能有多少种核素，它们的性质如何，核物理学家千方百计地在实验室合成和研究新的原子核。到目前为止，总共合成和研究了3200多个核素。

如何按照人们的意愿在实验室里造出一个新的原子核呢？唯一的办法就是利用高速的粒子(离子) 轰击已有的原子核，使其发生核反应，从而产生新原子核 。为此就需要三种工具：粒子(离子)束，靶原子核和原子核鉴别设备。目前，国际上一些主要的核物理实验室都有比较先进的核反应设备。

2.2

合成新核素的几种途径

原则上各类核反应都可以用来生成新核素。不过，为了以最低成本尽快地获得所要的目标核，就要选择一种最好的途径 。

合成新核素，首先需要选准目标。在不同的时代，有不同的研究对象，但都是从简到难，从离稳定线最近的核素开始，或者是从已有的核素开始，一步一步地向外扩展。

下面介绍几种典型的生成新核素的方法，包括中子俘获反应，复合核过程，重原子核裂变和炮弹核的碎裂。

俘获中子合成新核素 ( 同位素 )

在1932 年，卡德威克发现中子后仅仅一年，美国芝加哥大学的几位学者就利用这种新的粒子——中子轰击氟(^19F(n，α)^16N)，并用一种称作威尔逊云室的探测器(图13)观测到了^16N的飞行径迹。尽管还不能确定^16N是不是稳定的，但这是第一例利用中子俘获制造新原子核的实验。随后，意大利物理学家费米利用中子轰击从氢到铀的一系列靶原子核，得到了许多新的原子核。

图13 查尔斯·威尔逊发明的云室(下)及云室中的粒子径迹(上)

随着中子源的发展，通过中子俘获反应生成的新原子核快速增加，例如，从1935 年到1945 年的10年间，利用加速器中子源就产生了80多个新核素。

核反应堆 是一个很好的中子源 ，它可以提供非常高的中子流强度(通量)，能够用来通过中子俘获反应合成丰中子的新原子核。用来合成118 号元素的靶原子核^249Cf(98 号元素的一个同位素)就是在核反应堆中经过不断吸收中子获得的。从1945 年到1966 年之间，在反应堆内通过中子吸收反应发现了大约30 个超铀新核素，其中大部分新核素都是在化学分离后利用质量谱仪鉴别出来的。在二战期间，美国为了制造原子弹的另一种高效炸药—^239Pu 期间，建造了反应堆，在反应堆上首先发现了超铀新核素^242Am。在20世纪80年代，美国科学家在利弗莫尔的池型反应堆中，通过中子的照射发现了^255Cf 和^256Es。前苏联科学家在他们的高中子通量反应堆SM-2上，通过辐照Pu和Cf靶材料，发现了^247Pu和^257Es。

核爆 是一个中子通量极高 的场所，在核爆中心，一秒内每平方厘米面积上有高达10^20中子通过。因此，像在天体环境中的快速中子俘获过程那样，在此场所^238U瞬时吸收多个中子，在经过一系列的β^-衰变后，形成许多超铀元素的丰中子同位素。例如，在美国的Mike 氢弹试验的场地就收集到从铀到镄(100号元素)的70多种新的新核素(见图14)。

图14 在核爆炸中合成的新核素(图中红色三角区)

重核裂变也是一种合成新核素的重要途径

在重原子核参与的核反应中，包括粒子吸收和高能重离子碰撞，重原子核或者新产生的重原子核，都有可能发生裂变，裂变产物中就会有新核素。

中子诱发重核裂变 可以说在重核裂变现象的确认中起到了关键作用。也是新核素生成的主要途径(见图15)。利用反应堆中子源和加速器中子源引起的裂变反应中先后发现200 多个新核素。其中，1971 年西欧核子中心在反应堆近旁成功建造了在线同位素分离器以后，就发现了大约70 个新核素，其中绝大部分都是短寿命新核素。

图15 热中子诱发235U裂变的碎片分布(红圈内部分)

20 世纪90 年代，发现高能重离子弹核轰击靶核后会发生裂变，从此，短寿命新核素的合成获得了突破。在短短的几年中，通过高能重离子弹核的裂变就发现了将近230 个新核素。特别是发现了像^74Fe、^80Ni、^82Cu、^188Lu等一系列极丰中子的新核素，使核素图丰中子一侧的范围得以大大扩展。

复合核反应

复合核反应通常是指重离子与靶核发生全熔合 的过程。实际上，轻粒子与靶核熔合的反应也是一种复合核反应过程。1919 年，卢瑟福利用α粒子轰击纯的氮气发现质子，以及1932 年查德威克用来发现中子的核反应，可以说是最早的复合核反应生成新核素的应用。随着加速器提供的粒子种类和能量的增加，利用轻粒子束引起的复合核反应生成的新核素达到250 多个。为合成更重的新原子核，就需要加速器能够提供更重的炮弹核，这也促进了重离子加速器的建造。自从20 世纪60 年代后半期重离子加速器的相继建成，大大促进了复合核反应合成新核素的进程，特别是促进了超重元素的合成。在随后的几十年中通过复合核反应的途径合成了近千种新的核素。

图16 U400 是前苏联建造的一个等时性回旋加速器，1978 年投入运行，可将质量数A＝4—209 的重粒子加速到29－3 MeV/u

复合核反应生成的新核素都是缺中子的。早期由于利用非对称反应系统(弹核与靶核的质量差别很大)，而且生成的目标新核素距离β稳定线不是太远，因此，生成几率较高。但是随着生成的目标核逐渐远离稳定线，生成几率越来越小。例如，通过复合核反应生成超重核的截面只有10^-33—10^-38巴量级，(1 巴=10^-24 cm, 1 pb=10^-12巴)(见图17)。因此，需要创新的技术方法，包括弹靶组合，目标核的收集和鉴别，加速器束流强度的提升等。例如，选择^48Ca+^249Cf 反应系统用来合成118 号超重核素。超重核合成的工作流程如图18。

图17 超重核生成截面的变化

图18 超重核合成的流程图

超重核合成的难度，不仅是需要在高通量反应堆中经过250 多天的多轮辐照和分离，才能得到几十毫克的靶材料，将在天然钙只有0.187%丰度的^48Ca 富集到67%，并将其加速成为约3×10^12/s 的束流，更难的是在几天或几十天内，将几个目标核从几亿亿个不同的原子核中准确地鉴别出来。半个多世纪以来，核物理学家不断努力，推动了重离子加速器技术以及先进实验探测手段的不断创新，使得人工合成超重新元素和新核素的科学研究取得了长足的进步，已合成了从103 号到118 号的16 种新元素，包括它们的许多同位素。但是，还没有到达理论预言的‘超重稳定岛 ’。要登上稳定岛，领略岛上的奇异风光，仍需长期而艰巨的努力。

图19 展示了截至2017 年在超重元素区，实验物理学家们合成的超重新核素。近几年，核物理学家还在不断地探索合成119 号元素和120 号元素的方法，但是目前还没有成功。

图19 超重核素的合成现状

中国科学家在超重核研究领域也做出了一定的贡献。早期利用氦气喷嘴的方式合成了两种105号和107 号超重新核素^259Db 和^265Bh。随着国家科技实力的不断提升，最近也自主研制了充气反冲核分离器SHANS1 和改进的SHANS2，并用之进行了一系列有关重核和超重核衰变性质的实验研究工作。利用兰州重离子加速器提供的重离子束流，科研人员在该装置上取得了一批重要的实验结果：首次合成了^205Ac、^214,216U、^219,220,223,224Np等新核素，并验证性地合成了110 号超重元素^217Ds。目前正在探索更重原子核的合成途径。

图20 中科院近代物理所充气反冲核谱仪装置——SHANS2

2.3

新元素命名

经过近一个世纪的不懈努力，人工合成的新元素已经达到第118 号，填满了周期表中第七周期的所有元素。国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)和国际纯粹与应用物理联合会(IUPAP)对人工合成的15 种超重新元素进行了命名，从104 号到118 号元素的英文名字缩写分别为:Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt,Ds, Rg, Cn, Nh, Fl, Mc, Lv, Ts, Og。对应的中文为：

。

炮弹核的碎裂

首先，既然是碎裂，其碎裂的产物的质量数A就一定比原来的弹核小；再者，碎裂后的产物各种各样，有轻有重，有非常缺中子的，也有非常丰中子的。如果弹核和靶核都是丰中子的，弹核碎裂后，产生丰中子产物核的几率就大些，反之也一样；三是，每次碰撞后碎裂产物的多少与炮弹核的速度有关，还与弹核与靶核的中心对准程度也有关系。

自从20 世纪80 年代通过高能重离子碰撞产生所谓的中子晕核，例如^11Li(包含3 个质子8 个中子，有两个中子分布在距离核芯^7Li 很远的范围内)发现以来，利用弹核碎裂反应生成了许许多多的新核素，特别是质子滴线附近的核素和极丰中子核素，从而进一步扩大了核素图的版图。例如德国的重离子物理实验室利用每个核子1000 兆电子伏的^238U与Ti 原子核碰撞，一个实验下来就可观察到几百种核素(见图21)。1990 年以后观测到的所有核素中，除了超铀区的以外，绝大部分都是通过炮弹核碎裂反应生成的。特别是在原子核序数小于20的区域，合成的新核素都达到了中子滴线，例如观察到了^7H，^21B，^31F，^39Na，^43Al，^47P，和^59K。

图21 高能238U弹核碎裂产生的部分核素

由于炮弹核的碎裂可以产生大量的远离稳定线的核素，包括了极缺中子和极丰中子的核素，因此，这种反应方式也用来产生放射性束流——用弹核碎裂的产物当作新的炮弹，去轰击靶原子核，以研究那些极丰中子或者极缺中子原子核的性质，将来也可能用来合成新的超重原子核。国际上几个著名的核物理实验室都建造了放射性束流装置，如法国的GANIL，美国的MSU，西欧核子中心，日本的RIKEN，中国科学院近代物理研究所等。我国正在建设的强流重离子加速器也可以提供非常强的高能重离子束流，用它轰击不同的靶核所获得的放射性离子的产额非常高，有可能用来合成新的超重元素。

图22 我国正在建设的强流重离子加速器预期产生的放射性离子强度分布图

近百年来，实验室合成的新核素有3000 多种，大大扩展了核素图的版图，也使人们对原子核的认知不断地深入。

图23 不同年代实验室合成的新核素

总之，实验室中生成新核素的途径有多种，但是归根结底，都是通过原子核之间的较为强烈的碰撞 ，即核反应 而产生的。在实验室中，为了使原子核之间发生反应，就必须使一个原子核或两个原子核都具有较高的速度，然后使其与其他原子核碰撞。为了使原子核具有一定的速度，就必须建造离子(粒子)加速器。同时，还需要有探测原子核(离子)的工具——核探测器 。

本文选自《现代物理知识》2023年第4期 YWA编辑

来源：现代物理知识杂志

编辑：K.Collider

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只吃鱼子不吃鱼肉？这什么鱼

有一种鱼，出名的不是它的肉，渔民朋友说要想靠卖这个鱼肉赚钱，还不如吃土。而就算说出它的名字，你可能也是一头雾水，但听到乌鱼子你是不是有点耳熟了呢？（也没听过的朋友，假装哦一句，继续看就是了）

大名鼎鼎的乌鱼子 图片来自：123rf.com.cn

那么乌鱼子到底是什么鱼的鱼子呢？那我们就先来了解下鲻鱼（鲻念 滋）吧。

生鱼片“指定用鱼”

三国时，吴国有位牛人，名叫“介象”。传说他法术高强，能让方圆一里内的居民全都做不熟饭，让家家的鸡犬三天内叫不出声，让全城的人都坐地上站不起来，是一位非常欠揍的方士。

不过吴国的君主很欣赏他，请他到武昌来，教自己法术。酒席上，二人聊到“鲙”这种料理。鲙就是切的很薄的生鱼片、生鱼丝。和今天的日本人一样，古代中国人曾奉生鱼肉为高级美味。哪种鱼做成“鲙”最美味呢？介象说：“鲻（音“滋”）鱼为上。”

如今生鱼片成了日本料理中的招牌。而和今天的日本人一样，古代中国人曾奉生鱼肉为高级美味。图片来自：123rf.com.cn

当时人们一般用淡水鱼做鲙，而鲻鱼是海鱼，少有人做，而且武昌根本没有。吴主说你别闹了，鲻鱼“出海中，安可得邪” ？介象就让人在院子里挖了个方坑，灌上水，开始钓鱼。没过一会儿，“果得鲻鱼”。吴主惊喜，一边让厨子切鱼，一边念叨着“蜀地的姜做成的齑（音‘鸡’，吃生鱼的蘸料）最好，可惜现在没有。”介象一听，画了个符，塞在竹竿里，让一位仆人闭眼骑上去，再一睁眼，仆人发现自己被成功发射到了成都的菜市场。买了蜀姜再飞回来时，厨子刚把鲻鱼切完。

不愧是方士啊，果然魔幻，令人羡慕，简直是把如今的手机点餐业务超前实现了。

《海错图》中聂璜记载的鲻鱼

上面说的当然就是个故事，是东晋炼丹家葛洪在《神仙传》里记载的，大家都知道的聂璜同学在《海错图》的一幅鲻鱼画像旁引用了这个故事，不过他手抖了一下，把《神仙传》写成了《神女传》，不知道他当时内心到底在想些什么。

水獭鉴定过了，肯定好吃！

除了这个传说之外，我没有再找到中国人生吃鲻鱼的记载。中国人更偏爱鲻鱼的内脏。它的卵巢叫“乌鱼子”，是最受重视的部位。

现在很多电商平台上也有售卖乌鱼子的，但编辑我没（钱）买过。

《本草纲目》说，鲻鱼之所以叫鲻鱼，是因为它身体是黑色的，黑者缁也，故名。然而“粤人讹为‘子鱼’”，这个讹变除了由发音相似所造成，还有一大原因就是鲻鱼以鱼子著名：“其子满腹，有黄脂，味美。”

日本浮世绘画家歌川广重笔下的鲻鱼

鲻鱼的后背乌黑（缁色），故名。

最好的情况下，一条鲻鱼15%的体重都来自卵巢。李时珍还特意说，乌鱼子“獭喜食之”。水獭阅鱼无数，它喜欢的，错不了。

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堪比金砖的乌鱼子

乌鱼子的做法从古至今都没有变过。清代的《海错百一录》说：“以其子成片，用薄盐薨之，味丰。”今人也是一样用腌的方法。

刚捕上来的鲻鱼，被迅速剖腹取子。

“以其子成片，用薄盐薨之，味丰。”图片来自：123rf.com.cn

一条鱼的卵巢分为两个大长条，一端相连，像一个链子极短的双节棍。用线绑住“链子”处加固，然后去掉血管，裹盐腌渍，把它们摆在板子上，摆满后再压一层板子，一层层往上码，用重量把乌鱼子压扁、脱水。最后把它们摆在大空场上，让风和太阳完成最后的干燥。

图片来自：《舌尖上的中国》

台湾朋友们喜欢把乌鱼子称为“乌金”，以示其昂贵。我是不喜欢这类命名思路，过于功利了。不过光从外表看，这名字倒也贴切——做好的乌鱼子，就像大金条一样，走进卖乌鱼子的商店，简直就进了金库，立刻让人眼前一亮！

卖乌鱼子的台湾老伯，好似开了一家金库，脑补效果如下图。

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《舌尖上的中国》拍过乌鱼子的吃法：抹上酒，拿火燎到外皮微焦，切成片吃。还说“炙烤的时间差上几秒就会有天壤之别”，很高端的样子。

后来去台北玩，在宁夏夜市看到个摊位卖乌鱼子，我吓了一跳，这么高档的东西竟然夜市就有？再一看价格就了然了，别看在夜市，照样不便宜——一小块乌鱼子、一块白萝卜、一段葱，用一根牙签串起来，也就一口的量，也不烤，就凉着卖，50新台币一串，合人民币10元。

台北宁夏夜市的乌鱼子，一个牙签是一串，每串合人民币10元。

要搁以前，我绝对不买，10块钱来三串烤肉筋不比这带劲？不过当时我已经在考证《海错图》了，想起了书中的鲻鱼，心想总得了解一下研究对象吧，就买了一串，不，一牙签。

一边嚼，一边努力推开捣乱的葱和萝卜，咂摸乌鱼子。口感就像月饼里的咸蛋黄，味道有点咸，有点香，有点腥，很一般。不过我这种夜市糊弄版吃法，能吃出惊艳感倒怪了。

图片来自：《舌尖上的中国》

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除了卵巢，鲻鱼胃的幽门部特化成的球形肌胃（俗称乌鱼肫）和雄鱼的精巢（俗称乌鱼鳔）也很受欢迎。这些内脏都被掏空后的鲻鱼，被台湾人民称为“乌鱼壳”。

乍一听很没道理，鲻鱼明明身圆肉厚，按聂璜话讲“腹背皆腴”，即使内脏没了，也到不了“壳”的程度。但在渔民眼里，这就是壳。采收乌鱼子的季节很短，只能在冬至前后集中捕捞，取掉内脏后，市面上一下涌入了海量的乌鱼壳，又得短时间内卖完，价格一定高不了。有台湾渔民在网上说：“要靠乌鱼壳赚钱，不如去吃土。”

图片来自：《舌尖上的中国》

认清鲻鱼全靠瞳色

奇怪的是，不管是乌鱼子、乌鱼鳔还是乌鱼肫，聂璜完全没提及。为什么？我从他文中的两个字找到了点线索。

在画旁，聂璜写了首《鲻鱼赞》，说鲻鱼“目赤背丰”。再看画中鱼，眼睛也是黄里泛红的。并且眼睛很靠近头顶，头较扁，嘴较尖。这些特点都属于鲻鱼的亲戚——鮻鱼。而真正的鲻鱼，眼睛位置较靠下，呈青黑色，头较钝。也就是说，聂璜画的根本不是鲻鱼，而是鮻鱼。

鮻鱼和鲻鱼同为鲻科，但不同属。外形极似，最大的差别就是眼睛颜色了，鮻鱼眼红色或黄色，鲻鱼眼青黑色。这一点古人早就知道。清代郝懿行的《记海错》里就说：“梭鱼其形与鲻同，唯目做黄色为异，当是一类二种耳。”今天南方人管鮻鱼叫“红眼鲻”，山东文登人管鲻鱼叫“青眼”，鮻鱼叫“黄眼”，都是一脉相承的朴素分类法。

鮻鱼的内脏不名贵，只是普通的海鱼。它的优点是比鲻鱼更耐寒，所以北方沿海多养殖鮻鱼，南方多养鲻鱼，有“南鲻北鮻”之称。

这些知识，聂璜大概都不了解，所以把鲻鱼和鮻鱼混为一谈了。不过还好，除了形态上出了错，其他习性记载还都是鲻鱼的，错得不离谱。

吃泥就行，还爱交际

好养，是鲻鱼的一大优点。聂璜说：“松江海民于潮泥中凿池，仲春，于潮水中捕小鲻盈寸者养之，秋而盈尺，腹背皆腴，为池鱼之最。”

古人很少养海鱼，但鲻鱼是个例外。它属于“广盐性”鱼，就是说在咸水、淡水里都能活。正适合在江河入海口的淤积滩涂上养殖。今人养鲻鱼，用的还是当年松江海民的方法，在有淡水注入的港湾、滩涂上圈起池塘，称为“鱼塭”。随着涨潮退潮，塭中水的盐度变化很大，但鲻鱼依然活得开心。

鲻鱼经常聚成大群，活泼地跳出水面。

不少养殖的海鱼都是肉食性的，要投喂小鱼虾。但鲻鱼吃的是浮游生物、淤泥里的有机物。《海错图》也指出：“鲻鱼啖泥。”养起来可太方便了。随便喂点饲料就行，养殖密度低的话，都不用怎么喂。

养殖户往往不会单养鲻鱼，而是把它和其他水产混养，这样经济效益高一点。它能和对虾混，和梭子蟹混，和海参混，和蛤蜊混，和其他海鱼混，甚至放进淡水池子和四大家鱼混……

能成为鱼塘交际花，一是因为鲻鱼吃有机物碎屑，不会危害其他动物，反而能吃掉其他动物的残饵，净化水质。二是鲻鱼很爱闹腾，要么跳出水面，要么集群吞食水面浮着的藻类残块，发出“叭叭”的声音，这些行为都能制造气泡，给水体增加溶氧，让其他动物呼吸更畅快。一旦它们不扑腾、不“叭叭”了，就提醒养殖户：水质出了问题，赶快检查吧。

*没承接乌鱼子的售卖广告，想吃的自己去搜索。

*另外谁吃过，告诉我啥味，好不好吃。

撰文 | 嘉楠

微信编辑 | 小饼

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