銫具有活潑的個性,它本來披著一件漂亮的銀白色的“外衣”,可是一與空氣接觸,馬上就換成了灰藍色,甚至不到一分鐘就自動地燃燒起來,發(fā)出玫瑰般的紫紅色或藍色的光輝,把它投到水里,會立即發(fā)生強烈的化學反應,著火燃燒,有時還會引起爆炸。即使把它放在冰上,也會燃燒起來。正因為它這么地“不老實”,平時人們就把它“關”在煤油里,以免與空氣、水接觸。
最有意思的是,銫的熔點很低,很容易就能變成液體。一般的金屬只有在熊熊的爐火中才能熔化。,可是銫卻十分特別,熔點只有攝氏二十八度半,除了水銀之外,它就是熔點最低的金屬了。大家都知道,我們?nèi)梭w的正常溫度是攝氏三十七度,所以把銫放到手心里,它就會像冰塊掉進熱鍋里那樣很快地化成液體,在手心里滾來滾去。
在自然界里,銫的分布相當廣泛,巖石、土壤、海水以至某些植物機體,到處都有它的“住地”?墒卿C沒有形成單獨的礦場,在其他礦物中含量又少,所以生產(chǎn)起來很麻煩。一年下來,生產(chǎn)出的銫很少,“物以稀為貴”,現(xiàn)在銫比金子還貴。
最準確的計時儀器
用銫可以做成最準確的計時儀器??原子鐘。
一說到鐘,你們自然明白這是一種計量時間的工具。人類的生活和生產(chǎn)活動離不開計時,想想看,如果有一天起床后,世界上所有的鐘表都不翼而飛了,世界會變成什么樣子呢?
過去,人們確定時間都拿地球的自轉(zhuǎn)作為基準。地球是個天然的計時器,它每晝夜繞軸自轉(zhuǎn)一周,寒來暑往,年年如此。人們把地球自轉(zhuǎn)一周所需要的時間定為一天??二十四小時,它的八百六千四百分之一就是一秒,秒的時間單位就是這樣來的。
但是,后來人們發(fā)現(xiàn),由于潮汐力等許多因素的影響,地球不是一個非常準確的“時鐘”。它的自轉(zhuǎn)速度是不穩(wěn)定的,時快時慢。雖然這種快慢的差別極小,但累計起來,誤差就很大了。
有沒有一種更準確的計時儀器呢?
人們開始打破舊的傳統(tǒng)習慣,大的一頭不行,往小的一頭探索。人們發(fā)現(xiàn):銫原子的第六層??即最外層的電子繞著原子核旋轉(zhuǎn)的速度,總是極其精確地在幾十億分之一秒的時間內(nèi)轉(zhuǎn)完一圈,穩(wěn)定性比地球繞軸自轉(zhuǎn)高得多。利用銫原子的這個特點,人們制成了一種新型的鐘??銫原子鐘,規(guī)定一秒就是銫原子“振動”九十一億九千二百六十萬一千七百七十次(即相當于銫原子的最外層電子旋轉(zhuǎn)這么多圈)所需要的時間。這就是“秒”的最新定義。
利用銫原子鐘,人們可以十分精確地測量出十億分之一秒的時間,三百年來積累起來的時間總誤差不超過五秒,精確度和穩(wěn)定性遠遠地扭過世界上以前有過的任何一種表,也超過了許多年來一直以地球自轉(zhuǎn)作基準的天文時間。
人類創(chuàng)造性的勞動得到了收獲。大家知道,在我們?nèi)粘I罾,只要知道年、月、日以至時、分、秒就可以了。但是現(xiàn)代的科學技術卻往往需要精確地計量更為短暫的時間,比如毫秒(千分之一秒)、微秒(百萬分之一秒)等等。有了像銫原子鐘這樣一類的鐘表,人類就有可能從事更為精細的科學研究和生產(chǎn)實踐,比如對原子彈和氫彈的爆炸、火箭和導彈的發(fā)射以及宇宙航行等等,實行高度精確的控制,當然也可以用于遠程飛行和航海。
在太空中遨游
為了征服宇宙,必須有一種嶄新的、飛行速度極快的交通工具。一般的火箭、飛船都達不到這樣的速度,最多只能沖出地月系;只有每小時能飛行十幾萬公里的“離子火箭”才能滿足要求。
有的小朋友可能會問:我們只知道原子、分子,怎么又出來一個離子?離子是什么呀?
簡單說吧,大家都知道,正常的分子、原子等粒子是電中性的,表現(xiàn)不出帶有什么電荷;而離子卻是帶電(正電或負電)的粒子,分子、原子等帶一電荷就成了離子(正離子或負離子)。
前面我們已經(jīng)說過,銫原子的最外層電子極不穩(wěn)定,很容易被激發(fā)放射出來,變成為帶正電的銫離子,所以是宇宙航行離子火箭發(fā)動機理想的“燃料”。
銫離子火箭的工作原理是這樣的:發(fā)動機開動后,產(chǎn)生大量的銫蒸氣,銫蒸氣經(jīng)過離化器的“加工”,變成了帶正電的銫離子,接著在磁場的作用下加速到每秒一百五十公里,從噴管噴射出去,同時繪離子火箭以強大的推動力,把火箭高度推向前進。
計算表明,用這種銫離子作宇宙火箭的推進劑,單位重量產(chǎn)生的推力要比現(xiàn)在使用的液體或固體燃料高出上百倍。這種銫離子火箭可以在宇宙太空遨游一二年甚至更久!
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