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1、研究内容1.原子核的基本性质2.原子核结构3.原子核衰变4.原子核反应5.射线与物质相互作用6.粒子加速器7.原子能的利用8.核技术应用1.1原子核的组成1.2原子核的大小1.3原子核的结合能和半经验公式1.4原子核的自旋和统计性1.5原子核的磁矩1.6原子核的电四极矩1.7原子核的宇称第一章原子核的基本特性测量原子核电荷数方法----莫塞莱方法核的质量测量原子核的结合能原子核的结合能氢原子的结合能EH=13.6eV电子的质量me=511keVAu原子组成Au单晶固体的结合能Esub=3.93eVmp+mn-m
2、d=0.00239u=2.225MeV,1u=931.5MeVB(Z,A)/c2=Zmp+Nmn-m(Z,A)B(Z,A)/c2=ZMH+Nmn-M(Z,A)B(Z,A)=Z(1H)+(A-Z)(n)-(Z,A)(Z,A)=[M(Z,A)-Au]c2,(1H)=7.289MeV,(n)=8.071MeV原子核的结合能原子核的结合能液滴模型Weizsacker经验公式:B=BV-BS-BC-BSym+BP体积能：BV=aVAaV=15.67MeV表面能：BS=aSA2/3aS=17.23MeV库仑能：
3、BC=aCZ2/A1/3aC=0.72MeV对称能：BSym=aSym(N-Z)2/AaSym=23.29MeV对能：偶偶核BP=aPA-1/2aP=12.00MeV奇A核BP=0奇奇核BP=-aPA-1/2原子核的自旋1924年，Pauli提出原子核应具有自旋1932年发现中子以后，实验发现：中子具有自旋=h/2原子核基态自旋的规律：偶偶核的自旋为0奇偶核的自旋为半整数奇奇核的自旋为整数原子的总角动量F=I+jF的取值为I+j,I+j-1,…,I-j核子是费米子，遵从费米-狄拉克统计：(X1,…,
4、Xi,Xj,…,Xn)=-(X1,…,Xj,Xi,…,Xn)原子核的统计性质：奇A核是费米子，偶A核是玻色子§1.4原子核的自旋（角动量）1.原子核外电子的状态量子数主量子数能量量子化角动量量子数角动量量子化磁量子数空间量子化自旋量子数自旋运动量子化2.原子核的自旋（角动量）由各个核子的轨道角动量和自旋共同确定，核自旋是核内所有核子的轨道角动量和自旋的矢量和。一般有两种耦合方式：I为原子核的自旋量子数，它为整数或半整数。原子核的自旋（角动量）自旋在z轴的投影为：磁量子数，2I＋1个实验得到的两条规律：1)、偶
5、A核的自旋为整数；2)、奇A核的自旋为半整数；其中偶偶核基态自旋为0；所以研究原子光谱的超精细结构是研究原子核性质的重要工具。3.原子光谱的超精细结构核的自旋与电子的总角动量的相互作用而形成。研究原子光谱的初级阶段，只把原子核看成有一定质量的点电荷Ze，得到原子光谱的粗结构考虑了电子的自旋作用后，得到原子光谱的精细结构；考虑到原子核的自旋、磁矩的贡献时，得到原子光谱的超精细结构。1.原子核外轨道电子的磁矩质量m，电荷-q的粒子作圆周运动时，相当于环形电流，产生磁矩和角动量Pl.与Pl有如下关系:§1.5原子
6、核的磁矩电子轨道磁矩：其中：gl=-1gs=-2其中：电子的磁矩：电子自旋磁矩：玻尔磁子2.核子的自旋磁矩由于核子为自旋为1/2的费米子，因此核子也有相应的自旋磁矩。质子的自旋磁矩为：中子的自旋磁矩为：为核磁子如果核子也像电子是点粒子，按狄拉克方程可得出比较实测结果：质子、中子不是基本粒子，而具有内部结构。中子为中性粒子，具有磁矩，说明中子的内部结构具有电荷。用核子的夸克模型可得到：核子反常磁矩的存在说明：3.原子核的磁矩原子核的磁矩等于核内所有质子的轨道磁矩与所有核子自旋磁矩的矢量和。其中：中子不带电，其轨道
7、磁矩为零。若原子核的自旋为核磁矩在z方向的投影为:磁矩是量子化的，则原子核的磁矩为：gI核朗德因子，因此包含了核结构的信息。mI取值为I,I-1,I-2…,-I+1,-I。在z方向投影有2I+1个值也有2I+1个值这就是为什么原子光谱的超精细结构谱线的间距比精细结构谱线的间距要小很多的原因。mP比me大1836倍核磁子N只有玻尔磁子B的1/1836核的磁矩比原子中的电子磁矩要小很多。通常所说的核磁矩是mI=I时的取值，也就是磁矩在z方向上投影的最大值来表征磁矩的大小，最大投影记作：§1.6原子核的电四极距电
8、极距电势电偶极距电四极距+-+--原子核的电四极距原子核的电四极距原子核电偶极距为0原子核有电四极距原子核的电四极距电四极距超精细相互作用IMI原子核的电四极距E=14.4eV磁相互作用磁+电四极距相互作用§1.7原子核的宇称空间反演与宇称P(r)=(-r),P2(r)=2(r),=1核子的宇称原子核的宇称1.7原子核的宇称空间反演变换表示与某一坐标轴重叠，空间反演就与
