第十七章 原子核与放射性

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1、第十一章原子核和放射性1原子核物理学（nuclearphysics):原子核物理学内容：（１）研究核力、核结构和核反应等有关物质结构的基本问题（２）研究放射性和射线　是原子核应用的基础研究原子核的结构、特性和相互转变等问题的一门学科原子核技术与医学相结合，已成为一门新兴的学科：核医学今后的能源问题已成为各国所关心的问题。在煤和石油逐渐用竭后，除继续利用水力外，原子能和太阳能将会更广泛地利用起来。而原子能目前已经在国防上有重要应用。人类长期利用自然能量，绝大部分间接来自太阳，今后将更多地直接取自太阳辐射。

2、太阳怎能长期不断地输出强大的能量呢？从原子核的理论知识知道这是来自太阳内部不断的原子核反应。所以原子核的研究在理论上和应用都有重要性。21.原子核的组成一、原子核的组成、质量和大小核子：质子＋中子A核子数、质量数Z电荷数、质子数、原子序数X相应原子的元素符号N中子数＝A-Z第一节　原子核的基本性质32.原子核的质量原子核的质量通常是通过测量原子的质量来推得原子核的质量。原子的质量等于原子核的质量加上核外电子的质量减去相当电子全部结合能的数值。但是一般电子组成原子的结合能很小，可以忽略不计。在原子核物理中

3、，常把12Ｃ原子质量的1/12作为质量单位即原子质量单位（atmoicmassunit)记作amu或u1u=1.66055×10-27kg4核素（1）同位素（isotope)（3）同量异位素（2）同中子异位素核素（nuclide):核子组分不同（Ｚ不同，Ｎ也不同）的各种原子核的统称目前已知的元素（包括人工合成的）共107种，而核素却有2300多种质子数相同而中子数不同的一类核素，在元素周期表中处于相同的位置。中子数相同而质子数不同的一类核素质量数相同，质子数不同的一类核素53.原子核的大小通过α粒子散射

4、实验，证明原子核的形状近似球形，其半径小于10－15m,通过精确测定，原子核的半径同质量数的关系为：其中R0是一个常数，为1.2×10-15m原子核的体积为：原子核的密度为：因此，原子核的体积与核子数成正比，而各种原子核密度相同，与核子数无关6二、原子核的自旋和磁矩正如原子中的电子处于运动中一样，原子核中的粒子也处于运动之中，原子和也像陀螺仪一样在旋转着，因而存在着转动角动量，通常称之为原子核的自旋，其自旋角动量为Sn其中I为表征原子核自旋角动量的量子数，其取值为整数或半整数，当原子核的质量数为偶数时取

5、整数，当为奇数时取半整数。原子核具有电荷，所以在旋转时，会产生磁矩，这磁矩称为核磁矩：其中gI称为原子核的g因子，uN是常数，通常称为核磁矩的单位，即磁子原子核的自旋和磁矩可以从原子光谱的超精细结构，核磁共振等许多实验中测定。7实验测定表明：原子核的质量总小于组成它的核子质量之和，其质量差，即损失了一部分质量:通常把这部分损失的质量，称为质量亏损(massdefect)质能方程：为1Ｈ原子的质量。这个能量称为原子核的结合能（bindingenergy)三、原子核的结合能及质量亏损82mol个质子(2g)

6、和2mol中子(2g)结合成一个1mol4Ｈe核时释放的能量为：相当于100吨优质煤燃烧时所释放的化学能。因此，原子核的结合能是非常巨大的。两个质子和中子结合成一个4Ｈe核时释放的能量为：科学上把含有6.02×10^23个微粒的集体作为一个单位，叫摩。摩尔是表示物质的量（符号是n）的单位，简称为摩，单位符号是mol。1mol的碳含6.02×10^23个碳原子，质量为12g。1mol的硫含6.02×10^23个硫原子，质量为32g，1摩任何原子的质量都是以克为单位，数值上等于该种原子的相对原子质量9原子核

7、的稳定性核子在结合成原子核时要放出大量的结合能，反之，如果想要使原子核内的核子重新分裂出来，需要供给同样多的能量。因此，核子结合过程释放的能量越大，其核就越稳定，（能量越低越稳定），对于不同的原子核其稳定性不相同。通常用每个原子的平均结合能来反映原子核的稳定程度，即从图上可得出下列规律：（１）Ａ＜30时，曲线呈上升趋势，但在Ａ为4的整数倍的地方出现了峰值，说明4个核子（２个质子和２个中子）可构成稳定的原子核。（２）Ａ>30时，Δε约为８ＭｅＶ，近似为常数，即原子核的结合能差不多与Ａ成正比，说明原子核之间

8、的作用力具有饱和性。（３）曲线中间高，两边低，说明Ａ在40—120之间的原子核较稳定，其它稳定性较差。10由核子构成的原子核，虽然质子间存在静电排斥力，却结合得非常紧密，因此核子间必然存在强大的吸引力，这种使核子紧密结合在一起的力称为核力。现在某些方面至今还未认识清楚，从目前的理论和实事，可以说明核力具有以下性质：（4）核力与电荷无关（1）核力是短程力因为核力既能把带电的质子束缚在原子核中，也能把不带电的中子束缚在原子核中，促成质子和中子成