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1、第七章 原子核物理概论 第23页共23页第七章原子核物理概论§7-1 原子核物理的对象1.关于原子核的历史回顾1896年,贝克勒尔(法)发现铀的放射现象,这是人类首次在实验室观察到的原子核现象.自此始,人类关于物质结构的研究进入微观领域.随后几十年的时间,物理学开创了研究微观结构的三个分支学科,即原子物理、原子核物理和粒子物理.发现了微观世界的运动规律,创立了量子力学和量子场论,核能的释放为人类提供了一种新能源.在所有这些发展中,原子核物理的研究起了关键的作用,尽管至今仍远没有真正了解原子核,但核能和核科学技术的广泛应用已成为科技现代化的主要标志.1897年,居里夫妇(居里,
2、法国人;居里夫人,法籍波兰人)发现放射性元素钋、镭.1897年,汤姆逊(英)通过对阴极射线的研究测定了电子的荷质比从而在实验上发现了电子.1899年,发现和射线,1900年发现射线.1903年,卢瑟福证实了射线是带正电的氦核流束,射线是电子流.1911年,卢瑟福提出核式模型,1919年卢瑟福用粒子从氮核中打出质子,这是首次实现的人工核反应.1932年,查德威克(英,卢瑟福的助手)发现中子.海森堡和伊凡宁柯立刻分别提出原子核由质子和中子组成.[卢瑟福于1920年曾预言中子的存在.约里奥和伊伦(居里夫妇的女婿和长女,物理学家和化学家因发现人工放射物而获1934年诺贝尔化学奖)在1
3、932年的实验中发现一种强穿透性辐射并证明不是电磁波,可惜未如实公布实验结果,也未说明是什么辐射,未深入研究.一个月后,查德威克做出科学解释,指出铍放射出的是中子流,并由此成就获1935年诺贝尔物理奖]1934年,居里夫妇发现人工放射性,这是人工制备放射性同位素的开始.1939年哈恩和史特拉斯曼用中子轰击铀核,发现有中间质量的元素产生.梅特纳和弗里什提出作铀核一分为二的观点解释此实验结果,从而导致重核裂变的发现.同年,玻尔提出重核裂变的液滴模型理论.1942年,在费米(意大利)领导下,利用铀核裂变释放中子及能量的性质,发明了中子链式反应堆,这是大规模利用原子能的开始.1945
4、年,在奥本海默(美)的领导下,研制成功原子弹(,快中子链式反应爆炸装置).1952年,在泰勒(美籍匈牙利人)领导下,研制成功氢弹(轻元素的热核爆炸).1954年,前苏联建成第一个原子能电站.中国：1958年建成第一重水型反应堆,1964年试爆第一颗原子弹,1967年试爆氢弹.第七章 原子核物理概论 第23页共23页2.原子核的组成1)核的组份原子线度数量级(),原子核的线度为(),只有原子线度的万分之一,但质量却占原子质量的99%以上.因此,在原子内部,电子是运动的主要承担者.原子核对原子性质起主要贡献的是核的质量和电荷.核外电子的行为对原子核的影响甚微,可不予考虑.元素的物
5、理、化学性质或光谱特性主要与核外电子有关,而放射性现象则归因于原子核.在发现中子之前,人们曾设想原子核是质子和电子的组合体.但这一设想一开始就困难重重.发氦核为例,氦核质量约为质子的4倍,电荷为＋2.按这一设想,氦核必须包含4个质子和2个电子.氦核的线度约为(),若电子处于核内,则它的德布罗意波波长不能大于10,相应的动量.按经典物理理论得电子速度,显然这是不可能的.利用相对论方程得,但实验表明核内不可能有如此高能量的电子.此外,这种设想也无法解释核的自旋.所以,这一设想是不成立的.海森堡提出原子核由质子和中子组成的假说不仅解决了以上困难,且有一系列的实验事实支持.原子核由中
6、子和质子组成,中子不带电,质子带有一个单位正电荷.中子和质子统称核子,其质量有微小差别：原子质量单位u：同位素原子质量的.原子的质量都接近于一个整数,这个整数称为原子核质量数(A).原子核的质量一般可用质谱仪测定,其测量精度可达(此略).2.核素及其标记元素：质子数相同的一类原子.核素：具有相同质子数和中子数的一类原子核.核素符号为,也可简写为或.其中为质量数(也称核子数),为质子数(即原子序数),为中子数.同位素：质子数相同但中子数不同的核素.如：.(前者为核原料,后者则为核废料)同中子异位素：中子数相同但质子数不同的核素.如：同量异位素：质量数相同但质子数不同的核素.如：
7、同质异能素：质量数和质子数均相同,但能量状态不同的核素.如：迄今为止发现的2000多个核素中,有300多个天然核素(280多个稳定核素,60多个放射性核素),其余1600多个是自1934年以来人工合成的放射性核素.第七章 原子核物理概论 第23页共23页3.核素图：(此为中科院近物所提供的最新核素图，114种元素，3070个核素)核素的稳定区：稳定核素几乎全落在一条光滑曲线上或紧靠其两侧,此区域称核素的稳定区.对于轻核,这条曲线与直线N＝Z重合,当N、Z增大至一定数值后,稳定线逐渐向N＞Z的方向偏离.位
