第25章 原子核和粒子物理简介

第25章原子核与粒子物理简介◆本章学习目标1．了解原子核的电荷、质量、大小，核反应及核反应中守恒定律、原子核的裂变、宇宙射线；2．掌握放射性衰变的规律、核反应规律.本章教学内容1．原子核的电荷、质量、大小；2．放射性衰变规律；3．原子核反应、原子能；4．粒子物理简介。◆本章教学重点1．放射性衰变规律；2．原子核反应、原子能。本章教学难点1．放射性衰变规律；2．原子核反应、原子能。◆本章学习方法建议及参考资料1．注意讲练结合。。2．注意依据学生具体情况安排本章进度参考教材诸圣麟，《原子物理学》，高等教育出版，1979年6月

§25.1原子核的电荷质量大小一、原子核的电荷：带电性：原子核与核外电子所带电荷等值反号。Z的范围Z的测量二、原子核的质量：原子的质量与核外电子质量之差，再加上上原子中所有电子结合能相联系的质量。计算公式忽略结合能核素：质子数和中子数相同的一类原子核，成为核素同位素：相同质子数，不同质量数的核素。同量异位素：质量数相同质子数不同的核素。同质异能素：质子数和质量数都相同的核素。三、原子核的大小原子核半径和质量数关系：原子核体积：r0为常数：r0＝（1.2－1.5）×10－15ｍ原子核平均密度：代入r0及阿佛加德罗常数得：四、原子核的质量能质能关系：质量亏损：原子核质量总是小于组成它质子和中子质量之和，差值即为质量亏损。原子核的结合能：原子核之间有一种很强的吸引力－核力，虽然质子之间有库仑力也不能把它们分开，与原子核处在自由态相比原子核处在势能为负的状态，是说核子结合成原子核时能量减小了，要释放能量，这个能量就叫做结合能平均结合能：原子核中平均每个核子结合能：

§25.2放射性衰变规律一、天然放射性的发现1896年，法国物理学家贝克勒尔研究能发出磷光的铀矿石时发现了一种穿透力很强、能使照片感光的射线。同年居里夫人也发现了自然界中的钍也有类似的放射性。二、放射性衰变的规律（1）放射性衰变的规律：某一放射性物质的衰变率是与当时存在的原子核数目成正比的取T＝0时刻放射性原子核数目为N0，原子核质量为m0（2）衰变常数:半衰期:放射性核素衰变掉一半所需要得时间平均寿命：三、放射系递次衰变系列统称为放射系。每个放射系经过连续衰变，随后到达稳定的铅同位素。（1）钍系（2）铀系（3）锕系（4）镎系其中每个核素的质量数满足A=4n+1，n为正数.

§25.3原子核反应原子能一、核反应及核反应中守恒定律1．原子核反应是指和受激嬗变，原子核被具有一种能量的粒子轰击，转变为另一种原子核的过程。核反应可用下列方程表示为：或缩写为：x，y分别为入射粒子和出射粒子，X为靶核，Y为核反应后剩余的核。（1）历史上第一个人工反应：一个加速器上实现的反应生第一个人工放射系核素的反应（4）导致发现中子的反应2．核反应中的守恒律（1）电荷守恒：，反应前后电荷不变（2）质量数守恒：，反应前后总质量数不变（3）总质量守恒：，反应前后总质量不变（4）总能量守恒：其中，。反应前后，体系总能量不变（5）动量守恒，反应前后体系动量不变（6）角动量守恒：反应前后，体系有关粒子的角动量不变。二、反应能和Q方程1．反应能核反应过程中吸收或放出的能量，通常用Q表示反应能，其中，分别表示靶核、入射粒子，剩余核，出射粒子的动能；分别表示静止质量根据反应能的定义有θPθPxPyPyPx由质量亏损：例如：核反应，反应前后各原子的质量分别为则，2．Q方程根据实验测量反应中有关粒子的动能求Q值由动量守恒由余弦定理：因为,三、原子核的裂变1．原子核裂变的发现裂变反应U235UU235U235U235裂变时时释放中子链式反应条件2．原子反应堆（1）基本原理：可控制的中子引起连续进行的链式反应。为此，只要（2）反应堆的应用：作为核动力，产生放射性核素。四、原子核的聚变1．轻核聚变原子核之间的距离小于10fm时才会有核力作用，此时库仑势垒的高度为劳厄判据2．太阳能（1）碳氮循环（2）质子－质子循环3．氢弹

§20.4粒子物理简介一、宇宙射线1．宇宙射线成分电子电子核电子电子核电子电子光子核光子电子正电子韧致辐射光子转变成正负电子对形成簇射1．正电子理论预言及发现2．反粒子m0m0c2O-m0c2