chp7第七章：原子核物理概论

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1、近代物理基础------原子物理学主讲教师：任国仲第一节原子核的描述第二节核质量第三节核力第四节衰变及其统计规律第八节核反应第九节原子能的利用第五节衰变第六节衰变第七节衰变核物理是原子下一个层次的研究内容。它以核为研究对象，其内容包括核的基本性质、核结构、核力、核模型。核的放射性衰变，核反应以及核能的应用。人类真正对核进行研究，要追溯到1932年发现中子，并由此提出质中模型开始。70年过去了，人们对核的了解还很肤浅，在核结构、核力等方面还有很多尚未认识的东西。第一节:原子核的描述第一节:原子核的描述原子的两个层次以电子为核心核原子物理核物理物质

2、结构中靠的最近也是分的最开的两个层次！核对原子的贡献质量（99%）电荷核的其他属性对原子的影响很小核外电子的行为对原子核的性质也几乎毫无关系泾渭分明物质性质a、原子核（如放射现象）b、原子（或称电子）所有物理化学属性原子核的基本情况---原子核的电荷原子核带的正电荷恰为e的整数倍，习惯上表示为Ze，即Q=Ze在物理学史上，特征X射线法和α粒子散射实验法都曾经被用来测定元素的核电荷数Z，理论关系如下：（1）Moseley定律-第一节:原子核的描述对于同一系列的特征X射线（比如K,L系），a,b是常数，只要测得元素的特征射线的频率v，就可由上式定出

3、Z。（2）α粒子散射实验-在测量的其它条件不变的情况下，换用不同靶，经过计数器“窗口”的记数，可以直接测出靶的核电荷数。原子核的基本情况---原子核的质量由于目前人们对核力的了解还不够清楚，定量描述它还很困难，因此至今我们还无法从第一性原理导出一个核质量公式。历史上，人们曾经给出过半经验的核质量公式，我们将在下节对此作专门讨论。通常情况下，原子的质量可以用质谱仪来测定，所以很多文献中都给出了原子的质量m，在已知m的情况下，我们可以用下式求出核的质量，第一节:原子核的描述即式中是电子质量，是第n个电子的结合能。原子核的绝对质量是非常小的，比如：原

4、子的质量仅为所以国际上定义，质量的1/12为原子质量单位，记为这样，原子的原子量都是一个很接近某一整数的量，通常定义这个整数为该核的质量数，并记为A。第一节:原子核的描述原子核基本情况---原子核的大小核的半径有一个经验公式，其中由此我们可以求得核的密度ρ是一个与A无关的常数(克/立方厘米)不到一粒米的大小的原子核，其质量竟达20万吨！可见核是质量高度集中的地方。在发现中子之前，人们知道的基本粒子只有电子的质子。例如，氦核有4个质子，2个电子，质子作为质量的承担者，电子抵消了2个质子的电荷。随着量子力学的诞生，人们发现质子—电子说无法用量子理论

5、解释首先，根据量子力学理论，微观粒子的坐标和相应的动量存在不确定关系在核内所以，相应的电子动量为第一节:原子核的描述若非相对论公式，可以求得电子速度为显然是错误的，用相对论公式注意到故近视有由此可以求得核内电子能量为而实验中从未发现如此高能量的电子，其次对有些核，也无法对其自旋给出合理的解释。第一节:原子核的描述因此早在1920年，卢瑟福就推测，核内应当存在一种与质子质量大体相等，不带电的粒子。1932年查德维克发现中子后，海森伯等人马上就提出了核的质、中模型。实验表明，质子、电子的质量分别是质量数均为1，即A=1，前者带一个单位正电荷，后者不

6、带电，两者统称核子根据质量数的定义，我们很容易知道，质量数A，质子数Z和中子数N的关系是A=Z+N，所以完整的核素符号是比如，等。第一节:原子核的描述在物理学中，对有一定关系的核素，有些常用的术语如下：同中子素：比如同量异位素：比如镜核：比喻。同位素：比如第一节:原子核的描述原子核的基本情况---核素图一共约有2000个核素。其中天然存在的有300多个核素，（280多个稳定核素，60多个长寿命的放射性核素）；人工制造的1600多个放射性核素。它们构成了核物理的研究对象。上面我们知道，核是由质子和中子构成的，那么Z，N的不同搭配使自然界共有多少种

7、核呢？以中子数N和质子数z分别为横、纵坐标轴，标出每一核素的位置而得到的图称核素图。第一节:原子核的描述质量亏损原子的质量为另一方面，显然可见，核子结合构成原子后总质量减少了，通常我们称之为质量亏损。由上面的讨论我们知道，原子核由中子和质子组成，但实验表明，核的质量并不等于相应的质子和电子质量之和，比如对元素其中性由四个氢原子（质子+电子）和五个中子构成相应的质量和为第二节:核质量根据Einstein的质能公式或者原子核形成过程中，质量减少了，减少的质量必然以能量的形式放了出来，这种能量称为结合能。2.结合能第二节:核质量第二节:核质量B称为结

8、合能2.结合能质量和能量的当量关系多大呢？下面我们来看看1u的质量合多大能量。即故Be的总结合能为第二节:核质量为了比较不同核素结合能的大小，我们引入