9原子核物理.ppt

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1、原子核的电荷由质子数Z决定，它决定了原子在周期表中的位置与次序，因此Z又称为原子序数。第17章原子核物理简介一、原子核的电荷和质量§17-1原子核的结构和基本性质原子核的质量等于质子的质量加中子的质量。由于核外电子的质量极小，原子核的质量与原子的质量相差极小。碳的同位素质量的1/12为原子质量单位(u)：(近似质子和中子质量)原子核通常用质量数或称核子数(A)和电荷数(Z)来表示：X：元素符号。如：电子：质子（氢原子核）：中子：同位素：Z相同而A不同的原子核称为同位素。核素：Z和A都相同的原子核称为某种核

2、素。原子核的半径大约10-14~10-15m,是原子半径的10-4~10-5倍。实验指出，核的体积正比于质量数A。若把原子核看作球体，则：二、原子核的大小和形状fm:飞米实验发现原子核的电荷分布大多应为旋转椭球体，而核物质分布与电荷分布类似。一般椭球的长轴与短轴之比不超过5/4，与球体偏离不大，所以可把这些原子近似地看作球体。但有些原子核本身就是球体，如。例题1.计算原子核物质密度。解:(b)原子核密度数值是极其巨大的，与“中子星”的密度相当。一个乒乓球那么大的核物质，其重量约为20亿吨。(a)各种原子核

3、具有相同的核物质密度。由此也证实了核力是短程力，具有饱和性。质子和中子的自旋量子数都是1/2，都拥有自旋角动量。此外，核子在核内的空间运动有轨道角动量，核子自旋角动量与轨道角动量之和称总角动量。核自旋是指原子核基态的总角动量。三、核的自旋角动量与磁矩原子核的自旋角动量：J：原子核的自旋量子数原子核的自旋角动量的z分量：核磁矩：核磁矩在Z轴的投影：核磁子核g因子波尔磁子四、核力与结合能一种叫核力的强相互作用力将质子、中子紧紧地束缚在原子核内。可见：原子核的自旋对原子能级的影响较小，但是，根据原子光谱的超精细

4、结构，是可以分析测定核自旋的。4.核力与核子的带电状况无关。3.核力具有“饱和”性质，即一个核子只能和它紧邻的核子有核力相互作用。距离较大：引力，距离较小：斥力。1.核力比电磁力强100多倍，是强相互作用力。2.核力是短程力。有效距离为几个fm(约2fm)之内。m=Zmp+(A-Z)mn-mX实验测定，原子核的质量mX总是小于所有核子质量之和，这一差值称为原子核的质量亏损：由质能关系，可得原子核的结合能：E=mc2=[Zmp+(A-Z)mn-mX]c2质子和中子组成核的过程中必有能量E释放出来。反

5、之，要使原子核再分解为单个的质子和中子就必须吸收E的能量。如：氘核E=2.23MeV氘核吸收2.23MeV的光子分解为质子和中子。每个核子的平均结合能，称为比结合能：比结合能越大，原子核越稳定。最轻核和最重核的比结合能较小；大多数中等质量核的比结合能较大，且近似相等(都在8.6MeV左右)。这说明中等质量的核最稳定。获得原子能的方法是：使重核裂变或轻核聚变，从而释放出原子核的结合能。五、原子核的结构与模型1。核液滴模型，得到核结合能的经验公式：为经验常数2。核壳层模型，可以得到核能级规律。§17-2原

6、子核的衰变一、天然放射性现象绝大多数原子核的同位素不稳定，会自发地衰变为另一种同位素，同时放射出各种射线，这种现象称为放射性衰变。现今发现核素：约2500种，稳定核素：<300种。三种射线：射线（氦核）：穿透能力最差。射线（电子）：穿透力稍强。射线（光子）：穿透能力最强。放射性衰变时遵循：能量守恒、动量守恒、角动量守恒、电荷数守恒、核子数守恒等一些基本物理学定律。衰变：衰变：位移定则：在元素周期表中前移两位在元素周期表中后移一位N0为t=0时刻原子核的数目。衰变常量：表示在单位时间内衰变的概率二

7、、放射性衰变定律设在tt+dt时间内有dN个原子核发生衰变，dN与当时存在的原子核数N成正比，与时间dt成正比：放射性物质在单位时间内衰变的原子核数定义为该物质的放射性强度或放射性活度：放射性活度的单位是Ci（居里）和Bq（贝可勒尔）：单位时间内衰变一个核的放射性活度就是1Bq。半衰期：放射性同位素衰变其原子核数的一半所需的时间（或者活度减半的时间）：半衰期例2.放射性元素镭的半衰期是1600年，（1）它的衰变常数是多少？（2）若t=0时样品中含有10克纯镭，试确定400年后其放射性活度。解:⑴⑵三、放

8、射性的探测盖革－米勒计数器：利用放射线使气体电离的特性。云雾室。§17-3核反应与核能利用一、核反应a是入射粒子，X是被轰击的原子核（靶核），Y是反应后的新核（反冲核），b是反应后放出的粒子。例如：常简写为：反应速率（单位时间的反应次数）入射粒子流中的靶核数入射粒子流强（单位时间穿过单位面积的入射粒子数）用反应截面表示核反应的发生概率：（具有面积的量纲）单位：靶恩（b）解：入射流强：S：入射粒子束的截面积（单位：米2）例3.有