原子核物理课件1核基本性质

第五章原子核粒子嘻嘻，我在这儿！7:8080/注：重点标志考试形式：有限开卷，以一张A4笔记为限。11897年汤姆孙发现电子.Puddingmodel:1。原子核的组成和基本性质（1）原子核的组成电子正电背景21908,Rutherforda核式结构模型31908年，卢瑟福因为发现放射化学获得诺贝尔化学奖，他对自己不是获得物理学奖感到有些意外，他风趣地说：“我竟摇身一变，成为一位化学家了。”

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1910年，化学家F.Soddy提出同位素假说：有一些元素化学性质一样但衰变特征不同质量也不同。物理学家FWAston用质谱仪分离了大量同位素。（1921，1922Nobel化学奖).

1913年，莫塞莱发现了原子的电荷数即原子序数

Z。在此之前，元素周期表是按质量数排列的。

1913年，玻尔提出氢原子的量子轨道模型，解释了氢原子光谱（1922诺贝尔物理学奖）。5

1919年，卢瑟福发现质子p（即H核）：质子（proton）带一个单位正电荷，原子核由质子组成？为了解释重核的组成，卢瑟福还提出了“中子”假说：质子和电子紧密结合形成的中性“双子”。61932年J.Chadwick发现了卢瑟福预言的中子（1935年Nobel物理学奖）。该发现本该属于I.&F.Jolit-Curie夫妇（参考赵P305的故事）。中子（neutron)的发现很快导致WHeisenberg等人提出，原子核是由质子和中子组成的。质子(proton)和中子(neutron)统称为核子(nucleon)。7有了质子和中子，就可以解释同位素效应。？？？，原子的化学性质相同但质量不同。同位素(isotope)是一些质子数相同但中子数不同的原子核构成的化学元素,用符号表示。所有的原子核统称为核素，也用表示。8原子质量单位：即原子量的单位原子的质量都近似为u的整数倍（？），该整数称为原子核的质量数，A，也是原子核所包含的核子的个数，A=N+Z，如1u=12C原子的质量/12=1/NA(g)=931.5MeV/c2（2）原子的质量的原子量为234.956075u.质量数为A=235，核子数为235，其中质子数92，中子数143。9质谱仪：离子源接收电极加速电极103）原子核的大小：

<10-14m=10fm,且这个公式表明，原子核有点象液体一样。这个密度高得惊人！Fe的密度为7.8g/cm3.估算：11的原子量为234.956075u.研究一下：铀235原子的235个核子和92个电子的总质量？这说明铀原子核在形成过程中质量有亏损！这些亏损的质量哪里去了？=236.9589u-234.956075u=2.0028u.124）原子核的结合能(Bindingenergy)：质量亏损：DM=Zmp+N

mn–m =ZM(H)+N

mn–M结合能：B=DMc2;比结合能:B/A物理意义？原子核质量原子质量自由核子结合成原子核所释放的能量。原子核被分散成自由核子所需要的最小能量。比结合能越大，原子核结合得越紧密。>=2.22MeV131MeV=103keV=106eV1eV=1.602*10-19Jkm千米103m米1mm毫米10-3m微米10-6nm纳米10-9pm皮米10-12fm飞米10-15eV,keV,MeV,GeV,TeV4He核：B=(2*1.007825

u+2*1.008665u-4.002603u

)c2=0.0030377

uc2=28.30

MeV931.5MeV144He6Li8Be12C16O20Ne579B/A(MeV)

235U56Fe8.57.6比结合能：B/A2HA怎么才可能释放能量呢？释放能量3He15可见，4He,8Be,12C,16O等核素都是比较稳定的核素。轻核B/A较小，中等质量的核素B/A

8.5MeV，重核素下降到B/A

7.6MeV.

如果轻核聚合，或者重核分裂，就可能放出巨大能量。165）原子核的自旋角动量

核子自旋s=1/2，是费米子。练习：两个1s核子，一个2p核子耦合？17整个原子的角动量：F=I+JF=|I-J|,|I-J|+1,……,I+J3s3p(l=1)D钠D线：D23p3/23p1/2D1精细结构3s1/2F=1F=2超精细结构23Na核I=3/2电子自旋核自旋186）原子核的宇称(parity)Reflection:P+旋转：19宇称操作：宇称：偶（+），奇（-）例：宇称：波函数的奇偶性。如果

(x,y,z)是非简并的，(x,y,-z)跟(x,y,z)只能差一个常数。C2=1,C=+1,-120如果相互作用势能具有镜像对称性，系统一定具有确定宇称的态。V(-r)=V(r)如果

(x,y,z)是简并的，(x,y,-z)跟(x,y,z)可以不具有宇称，但是，总可以构造两个具有宇称的波函数：F(x)=(x)+(-x),G(x)=(x)-(-x)21轨道宇称例：氢原子的库伦势具有镜像对称性，所以它的轨道波函数=R(r)Ylm(,)必定具有宇称。V(x)V(x)具有镜像对称性，V(-x)=V(x),所以，波函数具有宇称。22原子核的自旋和宇称I

p

：（核子）原子核的总宇称:例子：237)核子的磁矩：电子：IS核子：反常248）原子核的电四极矩(quadrupolemoment)-+-+电偶极矩D：(Dipolemoment)所有原子核电偶极矩D=0。原子，分子：有电偶极矩原子核：

np不存在！不一定要有负电荷！25电势：旋转椭球：ca电四极矩rP如果对称分布，偶极矩=026Q=0Q>0Q<02H:Q=0.002875,12C:0176Lu:6.98橄榄球形圆饼形279）原子核的统计性质（全同粒子交换对称性）“+”：玻色子（自旋为整数的粒子），如光子，介子，偶A核等。“-”：费米子（自旋半整数的粒子），如电子，中子，奇A核等。交换算符全同性：交换后的波函数跟原来的波函数最多差一个常数C。作用两次得到，C2=1，C=+1，-1.28泡利不相容原理：

一个量子态上两个相同的费米子不相容。n个费米子：Slatter

行列式29习题：5-3，5-5，5-6，5-83010）原子核的同位旋在核力范围，质子和中子几乎是一样的，核力具有电荷无关性，原子核表现出很明显的对称性。如