第九章原子核及基本粒子简介

1、9.1 原子核的基本性质原子核的基本性质u008665. 1nmu007277. 1pmKgNCu270121066055.1121121211原子质量AZX123111HHH67343322;LiLiHeHe1/3001.2 1.5Rr ArfmAArRV30334343173030/103 . 24334mkgruArAuVmA 核自旋核自旋 (1)IPI I 核磁矩核磁矩 272(1)(1)25.05 10IIppeegPg I Ig I ImmAm核磁子 ： 1 1 2 ！1.0086651.0072772.015942npmmuuu2.013552dmu氘 核 质 量 ：()pnmZ

2、mAZ mm2()pnEZmAZ mm C22()()pnnHEZmAZ mm CZmAZ mmC原子原子94B e2H()nEZmAZ mmC原子原子21.0078252 45 1.00866549.0121858uC58.163Mev 21931.5uCMeV 核子的结合能越大，原子核越稳定。核子的结合能越大，原子核越稳定。 中等质量核（中等质量核（A=40-120）的结合能约为）的结合能约为8.6Mev，原子核稳定。，原子核稳定。 质量数质量数小于小于30的核结合能有周期性变化，最大值在的核结合能有周期性变化，最大值在A等于等于4 的倍数。的倍数。 质量数质量数30以上的以上的核，平均结

3、合能变化不大，显示了核力的饱和性。核，平均结合能变化不大，显示了核力的饱和性。9.2 原子核的放射性衰变原子核的放射性衰变衰变衰变衰变放射性衰变、电子、放射性衰变、电子、X X射线是十九世纪末的三大重要发现，揭开了近射线是十九世纪末的三大重要发现，揭开了近代物理的序幕。代物理的序幕。HeYXAZAZ4242HeRnRa42222862268842He放射性原子核自发地放射出放射性原子核自发地放射出 粒子（粒子（ ），而转变成），而转变成另一种原子核的过程。另一种原子核的过程。方程表示为：方程表示为：22()()dEmmmCMMMCHe子母He子母原子质量表示 衰变衰变 粒子能谱粒子能谱大部分原

4、子核放射的大部分原子核放射的 粒子的能量不是单一的，而是有几组不同的分立粒子的能量不是单一的，而是有几组不同的分立值，构成分立的值，构成分立的 粒子能谱。粒子能谱。 粒子的动能算出粒子的动能算出2221142211A-4ddEmm VmEEEmmm V子子子放射性现象的研放射性现象的研究是获悉原子核究是获悉原子核内部状况的重要内部状况的重要途径之一途径之一 衰变的机制衰变的机制2382344UThHe)(354234904 . 22 . 144. 122313131312MevAAZRZeEc deeEEEEEE子 1956年，从实验上发现了中微子。011XYAAZZee 22()()XYeX

5、YdEmmm cMMcYXMM011XYAAZZee22()(2)dXYeXYeEmmm cMMm c011X+YAAZZee dNNdt0tNNe:0NNln 20.693T00ttdNIN eI edt放射性活度（强度）2127842389921163 104.5 1020.4PoTUTCT，衰变，s，衰变，年，衰变，分0000011tttN edtNN（-dN)11.44T9.3 核力和介子核力和介子FPn=Fnn=FPP。 Et Et tttx/cEtx cx2E mcmx c 0m151.4 10 xm 275emm0、09.4 原子核反应原子核反应 1. 1441177218NHe

6、HO1417( , )NpO19191919年由卢瑟福完成的。这是人类历年由卢瑟福完成的。这是人类历史上第一次人工实现史上第一次人工实现“点金术点金术”：使：使一个元素变成了另一个元素。一个元素变成了另一个元素。 19321932年，英国考克拉夫和瓦尔顿发明高压倍加器，并把质子加速到年，英国考克拉夫和瓦尔顿发明高压倍加器，并把质子加速到500500千电子伏，实现如下核反应：千电子伏，实现如下核反应：HeHeHLi42421173 ),(73pLi释放的释放的 粒子每一个具有粒子每一个具有8.9MeV8.9MeV动能动能; ; 输入能量为输入能量为0.5MeV,0.5MeV,因此因此, ,净输出

7、净输出能量能量17.8MeV17.8MeV。这是释放核能的一个例子。这是释放核能的一个例子。 CnBe129 19321932年，查德威克。在这之前，年，查德威克。在这之前，博思和贝克尔及约里奥博思和贝克尔及约里奥 居里夫妇都进居里夫妇都进行过这一实验行过这一实验，但他们把产物中子理解为，但他们把产物中子理解为 光子。光子。：反应前后总电荷数不变反应前后总电荷数不变反应前后总质量数不变反应前后总质量数不变反应前后总的运动质量反应前后总的运动质量 保保 持不变持不变202/ 1m mc反应前后粒子的总能量反应前后粒子的总能量 守恒守恒 2mcE 20cmEk动量动量守恒：即反应前后体系的总动量守

8、恒守恒：即反应前后体系的总动量守恒3. 3. 1.1.01230123ApqBmmmmEEEE静质量动能222200112233/m cEmcEm cEm cE质量 能量守恒：20122230103123()()()()()QEEEEmmmMMMmcMc:mM核 质 量 ，原 子 量Q0, 放能反应；Q=0,为弹性散射。Q1K1世界上第一颗原子弹，世界上第一颗原子弹，以以239239P PU U为燃料为燃料, ,于于19451945年年在美国国土上爆炸；在美国国土上爆炸；19451945年年8 8月月6 6日，在日日，在日本广岛爆炸了一颗本广岛爆炸了一颗235235U U为燃料的名为为燃料的名

9、为“小男小男孩孩”的原子弹；的原子弹；19451945年年9 9月月1515日，在日日，在日本长崎爆炸了一颗本长崎爆炸了一颗239239PU 为燃料的名为为燃料的名为“胖子胖子”的原子弹的原子弹；19641964年年1010月月1616日，我国第一颗原子弹爆炸成功（铀弹）。日，我国第一颗原子弹爆炸成功（铀弹）。“脏弹脏弹”？原子核 核子平均结合能（MeV） 1H2H3H3He4He6Li7Li01.1112.8262.5727.07205.33035.60442231114.0HHHpMeV2231123.25HHHenMeV324212HeHHe18.3MeVp总效果：总效果：2412622243