原子核物理简介

第二十二章原子核物理简介1研究对象：原子核主要内容：核的基本特性：核质量、核矩核力核模型核的放射现象核反应原子能2历史的回顾:1896贝克勒尔(A.H.Becquerel)铀1897居里夫妇(P.&M.Curie)

钋、镭1899-1900，，放射现象1903卢瑟福He，e1911卢瑟福原子的核式模型1919卢瑟福+14Np+17O1932查德威克(J.Chadwick)发现中子n海森堡原子核：质子、中子n

3原子核—质子、中子组成1)核子中子

mn=1.008665uq=0质子mp=1.007277uq=e一、原子核的组成2)原子核的符号表示：

AX

(A=Z+Nn)ZZ为电荷数、Nn为中子数、A为质量数(A=Z+Nn)§22-1原子核的结构和基本性质4§22-1原子核的结构和基本性质二、核素图同位素：Z相同而A不同的核素。如：同量异位素：

A相同而Z不同的核素。如：5§22-1原子核的结构和基本性质三、原子核的大小质量：>99.9%(原子质量)原子核的半径：核密度：6§22-1原子核的结构和基本性质四、

原子核的结合能1.1+122.原子核的结合能：

当所有核子(质子和中子)由于相互吸引聚集成原子核时，会释放能量，以致出现“质量亏损”，所释放的能量即定义为原子核的结合能。1.氘核(2H)的结合能mp=1.007277umn=1.008665ump+mn=2.015942umd=2.013552u=mp+mn

-md

=0.002388u质量亏损7§22-1原子核的结构和基本性质结合能B：例如，一个质子和一个中子组成氘核，则氘核的结合能：比结合能：原子核中每个核子的平均结合能。比结合能越大，原子核结合越紧密;也越稳定。8§22-1原子核的结构和基本性质获得原子能量的两种方法：(2)轻核聚变。(1)重核裂变。比结合能图(两头低、中间高)9§22-1原子核的结构和基本性质例如，氘核和氚核可聚合为氦核同时放出一个中子。聚变反应：10§22-1原子核的结构和基本性质

1938年，德国物理学家奥托·哈恩发现核裂变，开创了人类利用原子能的新纪元。

美籍意大利裔物理学家恩里科·费米的“链式反应”理论使原子核裂变反应成为现实。11§22-1原子核的结构和基本性质五、核力

核力是把质子和中子纠合在一起，构成一个个稳定的原子核(也包括不稳定的原子核)的强大的束缚力。

核力出现于质子～质子、中子～中子、质子～中子之间，强度相等。1.核力一般性质(3)核力是与粒子的带电状态完全无关的强大的吸引力。(2)核力是短程力，作用半径为3×10-15m。(1)核力是强相互作用，主要是吸引力。f0r12§22-2原子核的衰变和衰变规律若：t=0时，N=N0；在dt内核衰变数为

-dN则：

为比例系数，表示一个原子核在单位时间内发生衰变的几率——称为衰变恒量。指数衰变律二、半衰期T1/2:

放射性原子核衰减到原来数目的一半所需要的时间.一、指数衰变律13§22-2原子核的衰变和衰变规律三、平均寿命当t=时平均寿命后,剩下的原子核数目约为原来的定.14§22-3核反应一种元素在具有一定能量的粒子的轰击下衰变成另一种元素的现象。

核反应一般表示式：发现中子的核反应：第一个人工核反应：核反应：如：15§22-4原子核能的利用裂变分类：自发裂变诱发裂变裂变机制：中子被核俘获后形成复合核，处于激发态的复合核将发生集体振动和形变。根据液滴模型解释，复合核的表面张力使核恢复球形，库仑力使核的形变增大，最终发生裂变。一、原子核的裂变裂变能的利用：原子弹反应堆16§22-4原子核能的利用二、轻核聚变

当二个轻核聚变为重核时，观察比结合能图，可以得到一个结论：能量释放。而且释放的能量比裂变大得多实现聚变的途径：1、引力约束聚变——太阳能2、惯性约束聚变——氢弹、激光3、磁约束——可控聚变反应质子-质子反应链碳-氮反应链17§22-5基本粒子简介一、“基本粒子”的发现长期以来，人们一直在孜孜不倦地探索着物质的基本组成，对物质结构的认识有一个逐步深入的过程。人们曾经把当时所认识到的组成物质的最小基本单元，称为“基本粒子”，现在知道，基本粒子未必基本。电子、光子、质子、中子的发现，相继为原子物理学和原子核物理学奠定了基础，正电子、子、π介子、中微子的发现，使人们感受到粒子物理的丰富内涵与独特的研究方式，促使粒子物理作为一门独立的学科出现。

18§22-5基本粒子简介粒子的种类很多，已发现的粒子有400多种.(1)光子

静止质量为零；自旋量子数等于1分类：（2）轻子不参与强相互作用的粒子。有些轻子参与弱相互作用，带电的轻子参与电磁作用。这些粒子的静止质量比π介子的质量小，自旋量子数为1/2，包括中微子、电子及正电子、正负μ子。

（3）强子参与强相互作用的粒子。强子也参与弱相互作用，带电的和中性带磁矩的还参与电磁作用。根据自旋的不同，强子又分为介子和重子：19(1)介子

自旋量子数为零，包括带正、负电荷和中性的π介子，带正、负电荷和中性的K介子以及η介子，它们的静止质量介于电子和质子之间。(2)重子自旋量子数绝大部分都是1/2，包括核子(中子和质子)以及超子等。这些粒子的静止质量等于或大于质子。§22-5基本粒子简介超子：夸克模型：1960年前后，盖尔曼提出了一个对当时已知亚原子粒子分类的方法。根据这个方案推测，质子、中子等一些粒子可能由一种新的粒子组成，盖尔曼给它取名夸克。20二、基本粒子的相互作用§22-5基本粒子简介强相互作用

强相互作用把夸克组成质子、中子，把质子、中子结合成原子核。高能核反应中介子和超子的形成过程等都属于强相互作用。这种相互作用强度最大，比电磁相互作用强1012倍。电磁相互作用

所有带电粒子间都存在电磁相互作用，在经典理论中认为这种作用是通过电磁场来实现的，在量子电动力学中认为这种作用是通过交换光子实现的。作用的大小与带电粒子间的距离平方成反比。21弱相互作用

有两种弱相互作用，一种是有轻子(电子e，中微子，子以及它们的反粒子)参与的反应，如β衰变，μ子的衰变以及介子的衰变等；另一种是Κ介子和Λ超子的衰变。这两种弱相互作用的强度相同，都比电磁相互作用弱1010倍。引力作用

所有粒子之间都有引力相互作用，引力相互作用的大小与粒子间的距离平方成反比。

§22-5基本粒子简介22作用名称强相互作用电磁相互作用弱相互作用引力作用相对强度110-210