原子核物理课件第一章(杨福家版)

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1、第一章原子核的基本性质原子核的电荷、质量、半径、自旋、磁矩、电四极矩、宇称、统计性质和同位旋等.§1.1原子核的组成•一、原子的核式结构•原子中存在一个带正电的核心，叫做原子核，它的大小是10-12cm的数量级，但其质量却占整个原子质量的99.9%以上，核外电子在核的库仑场中运动。•二、质子和中子的发现•利用钋发射的α粒子轰击铍等轻元素，发现一种穿透能力很强的中性射线，能够穿过铅板被计数管记录下来，他们断言是γ射线。•14N(1.2MeV)•↑89MeV•α+Be→射线→γ（康普顿散射）•↓55MeV•石蜡→P（5.7MeV）•三、核素和核素图•

2、核素：通常把具有相同质子数Z，中子数N的一类原子（或原子核）称为核素。•不能自发发生变化的核素就是稳定核素，如1H，2H，12C等。•原子核能自发发生变化的核素就是放射性核素，例如3H，14C，40K等。•近几年我国新核素研究取得重大进展，原子能研究院合成鉴别了90Ru，上海原子核研究所生成和鉴别了202Pt，兰州近代物理所合成了近20种新核素，如185Hf，259Db105等。例如利用重离子加速器提供的22Ne束流轰击241Am靶，生成259Db。105•若以原子核的中子数N为横坐标，以质子数Z为纵坐标，把每一个核素排在一张图上，这种图称为核素

3、图。§1.2原子核的质量、电荷和半径•一、原子核的电荷•α散射法表1α散射法测定的核电荷数元素原子序数实验测量值铜2929.30银4746.30铂7877.40•X射线法：1913年莫塞莱发现元素所放出的特征X射线的频率ν与原子序数Z有下列关系：n=AZ-B•二、原子核的质量•原子核质量是原子质量与核外电子质量之差（忽略核外电子结合能）。通过测定出原子质量（离子质量）来推知核的质量。•常用设备是质谱仪。•三、原子核的半径•实验表明，原子核是接近球形的，因此通常用核半径来表示原子核的大小，核半径通常为（10-12~10-13）cm数量级的。•1、核

4、力作用半径•实验上通过中子、质子或其它原子核与核的作用所测得的核半径就是核力作用半径，实验表明，核半径与质量数A有关，近似关系：1/3R=rA0-13r0=(1.4~1.5)´10cm=(1.4~1.5)fm•2、电荷分布半径•测量电荷分布半径比较准确的方法是利用高能电子在原子核上的散射，电子与原子核的作用实际上就是电子与质子的作用。1R»1.1´A3fm§1.3原子核的结合能和半经验公式•一、能量和质量的相互关系•1、质能关系2E=mc•一个物体的质量与它的运动状态有关，根据相对论，对于静止质量为m的物体，以0速度数值v运动时，其质量m为2m=

5、m0/1-(v/c)•物体的静止能量：与物体的静止质量m相02应的能量E0=m0c，称为它的静止能量，是相对论的重要推论。•运动粒子的总能量E与动量p和静止质量m0之间的关系式E2=m2c4+c2p202E=E0+ER=m0c+ER•2、能量单位：eV，keV，MeV，GeV表2给出一些粒子的静止质量和相应能量的数值粒子静止质量m/u能量mc2/MeV00电子e0.000548580.51100质子p1.007276938.272中子n1.008665939.565氘核d2.0135531875.613氚核t3.0155012808.921氦核α

6、4.0015063727.379•3、质量和能量的变化关系2DE=Dmc•能量的变化与质量的变化相联系，体系有质量的变化就一定有能量的变化，表明物质的这两个属性密切相联系。•二、质量亏损•实验发现，原子核的质量总是小于组成它的核子的质量和。•以α粒子为例，其质量为4.001506u,组成α粒子的2个质子和2个中子的质量和为：2m+2mpn=2×(1.007276u+1.008665u）=4.031782u.•显然α粒子的质量小于组成α粒子的质子和中子质量和。•把组成某一原子核的核子质量之和与该原子核质量之差称为原子核的质量亏损，即1Dm(Z,A)

7、=Zm(H)+(A-Z)m-m(Z,A)n•通常用核素的原子质量来表示，即1DM(Z,A)=ZM(H)+(A-Z)m-M(Z,A)n•16O核的质量亏损为1DM(8,16)=8M(H)+8m-M(8,16)=8´1.007825u+8´1.008665u-15.994915un=0.206867429u•质量过剩2D(Z,A)º[M(Z,A)-Au]c表3给出一些核素的原子质量元素符号ZAM/u∆/MeVn011.0086658.071H111.0078257.289122.01410213.136133.01604914.950He233.01

8、602914.931244.0026032.425•三、原子核的结合能和比结合能•1、核的结合能：自由核子结合成原子核时所放出的能量称为