原子核物理概论课件

1、原子核物理概论原子核的组成放射性衰变的基本规律衰变衰变衰变核反应原子核质量裂变与聚变原子核物理概论原子核的组成原子核组成原子核由质子和中子组成原子核对原子性质起主要贡献的是核的质量和电荷。元素的物理、化学性质或光谱特性主要与核外电子有关，而放射性现象则归因于原子核。(核素）原子核组成原子核由质子和中子组成原子核对原子性质起主要贡献核素图核素图核力：使核子组成原子核的作用力，属于强相互作用的类型，属于短程力。核结构模型“液滴模型” “费米气体模型” “壳层模型” “集体模型”。核力：使核子组成原子核的作用力，属于强相互作用的类型，属于短原子核物理概论原子核的组成放射性衰变的基本规律衰变衰变衰变核

2、反应原子核质量裂变与聚变原子核物理概论原子核的组成放射性衰变的基本规律放射性(radioactivity)衰变：不稳定原子核自发地放射出各种射线后,转变为另一种原子核的现象.（1）指数衰变律发生衰变的原子核数目 t 时刻未发生衰变的原子核数目时间间隔是衰变常数，代表单个原子核在单位时间内发生衰变的概率，放射性衰变的基本规律放射性(radioactivity)衰变（2）半衰期 半衰期T1/2 (half life period) ：放射性核素的原子核数目衰变到原来的一半所需要的时间。放射性衰变的基本规律（2）半衰期 半衰期T1/2 (half lif（3）平均寿命平均寿命：放射性原子核在衰变前的

3、平均生存时间。. 在t时刻，dt时间内发生衰变的原子核数目：.（从初始时刻开始计时）这些发生衰变的原子核原子核均存在了时间t，因此这部分原子核的总存在时间：. 所有原子核的总寿命：. 单个原子核寿命：若将=1/代入N=N(t)：（3）平均寿命平均寿命：放射性原子核在衰变前的平均生存时间。估算地球的年龄目前238U(T1/2=4.5x109a)占99.3%，而235U(T1/2= 0.70 x109a)占0.72%. 于是放射性衰变的基本规律的应用估算地球的年龄目前238U(T1/2=4.5x109a)占9原子核物理概论原子核的组成放射性衰变的基本规律衰变衰变衰变核反应原子核质量裂变与聚变原子核

4、物理概论原子核的组成能量守恒：衰变（He2+离子）能量守恒：衰变（He2+离子）原子核物理概论原子核的组成放射性衰变的基本规律衰变衰变衰变核反应原子核质量裂变与聚变原子核物理概论原子核的组成衰变中子质子同一核子的两个不同的量子态衰变中子质子同一核子的两个不同的量子态开始注水时的超级神冈探测器萨德伯里中微子观测站开始注水时的超级神冈探测器萨德伯里中微子观测站原子核物理概论原子核的组成放射性衰变的基本规律衰变衰变衰变原子核质量核反应裂变与聚变原子核物理概论原子核的组成 衰变（1）一般性质 衰变（1）一般性质60Co 的衰变纲图60Co 的衰变纲图原子核物理概论课件原子核物理概论原子核的组成放射性衰

5、变的基本规律衰变衰变衰变原子核质量核反应裂变与聚变原子核物理概论原子核的组成原子核质量原子核质量原子核质量原子核质量原子核平均结合能曲线原子核平均结合能曲线原子核物理概论原子核的组成放射性衰变的基本规律衰变衰变衰变原子核质量核反应裂变与聚变原子核物理概论原子核的组成核反应原子核与原子核或原子核与其它粒子（例如质子、中子、光子等）之间的相互作用引起的各种变化。核反应原子核与原子核或原子核与其产生核反应的途径： 用放射源产生的高速粒子轰击原子核；利用宇宙射线(cosmic ray)来进行核反应；利用粒子加速器(accelerator)或反应堆(reactor)来进行核反应产生核反应的途径： 用放射

6、源产生的高速粒子轰击原子核；核反应的表示方法：入射粒子出射轻粒子靶原子核 生成核（剩余核）（Target）(incoming particle)（outgoing light-weight particle）(Residue nucleus)守恒量：能量，动量，角动量电荷数，核子数核反应的表示方法：入射出射轻粒子靶原 生成核（剩余（1）著名的核反应1、历史上第一个人工核反应2、第一个在加速器上实现的核反应（1）著名的核反应1、历史上第一个人工核反应第一个人工核反应实验简图氮气氮气荧光屏银箔显微镜第一个人工核反应实验简图氮气氮气荧光屏银箔显微镜3、产生第一个人工放射性核素的反应4、导致发现中子的

7、核反应3、产生第一个人工放射性核素的反应（2）Q方程根据能量守恒：定义反应能Q ：（2）Q方程根据能量守恒：定义反应能Q ：原子核物理概论课件原子核物理概论原子核的组成原子核质量原子核的自旋和磁矩放射性衰变的基本规律衰变衰变衰变核反应裂变与聚变原子核物理概论原子核的组成（1）裂变(fission)的发现 重核的裂变：一个重原子核分裂为两个或两个以上中等质量碎片的现象。（1）裂变(fission)的发现 重核的裂变：一个重原子核裂变的特点：裂变产物中含中子数很多裂变产物的质量分布很广裂变释放的能量很大发生裂变的原子核种类很多原子核裂变的特点：裂变产物中含中子数很多原子核物理概论课件（2）裂变机制

8、液滴模型库仑力核力（2）裂变机制液滴模型库仑力核力(4) 裂变能量及其利用(3) 自发裂变(SF)(4) 裂变能量及其利用(3) 自发裂变(SF)链式反应(chain reaction)U235U235U235中子链式反应(chain reaction)UUU中子维持链式反应的条件：维持链式反应的条件：反应堆(reactor)减速剂控制棒屏蔽体燃料元件反应堆(reactor)减速剂控制棒屏蔽体燃料元件反应堆用途： 原子能动力 制造放射性同位素 产生大量中子 产生核燃料反应堆用途： 原子能动力原子弹(A-bomb)稳定器引爆装置铀块或钚块中子反射层弹壳原子弹(A-bomb)稳定器引爆装置铀块或钚块中子反射层弹壳（5）轻核聚变(fusion)（5）轻核聚变(fusion)（5）轻核聚变(fusion)轻核的聚变（核聚变）：轻原子核聚合成较重原子核的核反应。（5）轻核聚变(fusion)轻核的聚变（核聚变）：轻原子核聚变的特点：- 与核裂变相比，释放的能量更大（4倍）- 聚变材料十分丰富- 聚变产物基本上是稳定氦核，无放射性，不污染环境。核聚变的特点：- 与核裂变相比，释放的能量更大（4倍）库伦势能：每一个d核72keV，对应温度108K！除温度外，还需要：密度足够大，维持时间足够长。因此，聚变反应更难发生。库伦势能：每一个d核72keV，对应温度108K！除温(6)太阳能引力约束聚变