原子核和基本粒子简介

第1页共28页18.1原子核的结构和基本组成原子核由质子(proton)和中子(neutron)组成核子(Nucleon)中子

mn=1.008665uQ=0质子mp=1.007277uQ=e

核子的组成核子的大小

第2页共28页Z——质子数N——中子数A——核子数

(nucleonnumber)核子的符号表示：同位素(isotope)：Z相同而A不同的核素.同量异位素(isobar)：A相同而Z不同的核素.第3页共28页氘核(2H):质量亏损:原子核的结合能md=2.013552ump=1.007277umn=1.008665ump+mn=2.015942u+

m=(mp+mn)

-md

=0.002388u-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.结合能Eb:第4页共28页核力: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.核力的性质:核力是强相互作用:核力约比库仑力大100多倍核力的短程性：核力的力程为fm量级

核力的饱和性：核力具有饱和性核力的电荷无关性：Fpp=Fnn=Fnp核力与核子的自旋等也有关.核力132第5页共28页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。比结合能图获得原子能量的两条途径:(2)轻核聚变(1)重核裂变比结合能第6页共28页18.2原子核的衰变和衰变规律18.2.1天然放射性现象

1896年,法国科学家贝克勒尔发现了铀的放射性现象.

天然放射现象:

某些物质自发地放射出看不见的射线的现象.放射源铅盒射线照相底片放射性:发射射线的性质.放射性元素:具有放射性的元素.贝克勒尔居里夫妇放出射线后,元素的性质发生变化.第7页共28页放射源铅盒

+++++++-------

铅盒

放射源通过磁场或电场可以将天然放射线分离开来,并加以鉴别.

天然放射线的种类及其其性质:

粒子:高速氦核流

粒子:高速电子流射线:高频电磁波(高能光子流)第8页共28页天然放射线的性质及其比较名称构成电量（e）质量(u)射出速度电离能力贯穿本领αβγ氦核+240.1c最强最弱电子-11/18400.9c较强较强光子00c最弱最强第9页共28页若:t=0时,N=N0；在dt内核衰变数为

–dN

:则：其中

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——称为衰变常量.(指数衰变律)18.2.2原子核衰变的规律半衰期T1/2:

放射性原子核衰减到原来数目的一半所需要的时间.平均寿命

：第10页共28页放射性活度A:单位:1贝克勒(Bq)=1

次核衰变/秒辐射效应单位1伦琴(R)=使1千克空气中产生2.5810-4

库仑的电量的辐射量1拉德(rad)=1克受辐射物质吸收100尔格的辐射能量1戈瑞(Gy)=1千克受辐射物质吸收1焦耳的辐射能量放射性物质在单位时间内发生衰变的原子核数目.1居里(Ci)

=3.71010

贝克勒(Bq)第11页共28页例题1:

在考古工作中,可以从古生物遗骸中14C的含量推算古生物到现在的时间t.设

是古生物遗骸中14C和12C存量之比,

0是空气中14C和12C存量之比试推导出下列公式:式中T1/2为14C的半衰期.解:活体中,14C和12C之比与大气相同.第12页共28页18.2.3位移定则原子核的衰变:一种元素经放射过程变成另一种元素的现象,称为原子核的衰变.原子核衰变时电荷数和质量数都守恒,但质量不守恒(爱因斯坦的质能关系解释).衰变规律(位移定则):

衰变:

衰变:

衰变:原子核处于较高能级,辐射光子后跃迁到低能级.

辐射不引起原子核衰变.第13页共28页核辐射被电离室中的气体吸收,该气体将发生电离.电离探测器即是通过收集射线在气体中产生的电离电荷进行测量的.常用的有电离室、正比计数器、盖革-弥勒计数器.18.2.4探测放射性现象的方法图示为盖革-弥勒计数器工作原理.测量由每一入射粒子引起电离作用而产生的脉冲式电压变化,从而对入射粒子逐个计数,适合于测量弱放射性.第14页共28页核反应类型:中子核反应带电粒子核反应光核反应按轰击粒子的种类分：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:低能核反应中能核反应高能核反应按轰击粒子的能量分：18.3核反应第15页共28页核反应一般表示式:发现中子的核反应:第一个人工核反应:核反应的两种主要机制:复合核和直接作用1.库仑散射和库仑激发2.核势散射3.表面散射4.表面嬗射5.削裂和掇拾反应复合核机制:第一步是入射粒子与靶粒子形成复合核.第二步处于激发态的复合核再衰变成几个粒子.直接反应:第16页共28页重核的裂变:18.4原子核能的利用第17页共28页原子弹(atomicbomb)第18页共28页轻核聚变:1967年中国爆炸了第一颗氢弹太阳能氢弹示意图第19页共28页基本粒子线度小,作用距离短,相应动量的不确定性大,研究工作只有借助于涉及很高的能量(GeV)才有可能.因而粒子物理也叫高能物理.高能粒子的获得：粒子加速器

宇宙射线粒子加速器是利用电场来推动带电粒子使之获得高能量.18.5基本粒子简介位于日内瓦郊外的欧洲核子研究中心(CERN)的加速器:大环是周长达27公里的正负电子撞机LEP(LargeElectron-PositronCollider),小环是超级质子同步加速器SPS(SuperProt