第16章-原子核物理.ppt

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1、第十六章原子核物理§16-1原子核的基本性质16-1-1原子核的构成1919年，卢瑟福在实验中首先实现了原子核的人工破裂，并发现了质子，记作p；1932年，英国物理学家查德威克在实验中发现了中子，记作n。原子核是由质子和中子构成！核子：质子、中子核子半径：约0.8×10-15m质子质量：中子质量：原子质量单位：定义：碳同位素12C的质量为12u质子质量：中子质量：核素：各种原子核的统称。X：元素符号。A：核素的质量数（核子数）。Z：核电荷数（核内质子数）例如：铝：A=27，Z=13原子核的平均半径：飞米（fm）氢原子核密度:16-1-2核的自旋和磁矩质子和中子的自旋角动量：质子和中子的自旋角动

2、量的z分量：原子核的自旋角动量：j为原子核的自旋量子数原子核的自旋角动量的z分量：基态：A=偶数j=整数A=奇数j=半整数A=Z（偶数）+N（偶数）j=0结论：核子的自旋分量两两反向。核磁子：质子的磁矩：中子的磁矩：负号表示磁矩方向与自旋角动量方向相反。§16-2原子核的结合能核力16-2-1原子核的结合能质量亏损：核子结合成原子核以后的质量损失。相应的能量值：结合能：比结合能：比结合能越大，核子之间结合得越紧密，原子核越稳定。AA=60：结合能最大重核裂变轻核聚变释放能量16-2-2核力核力：核子之间的相互作用力。核力的几个重要性质：自然界最强的一种基本力，其相互作用强度是电磁力的100多倍

3、，又称作强相互作用。核力是一种短程力，它的作用半径约为3fm。核力与电荷无关。无论是（p-p）、（p-n）或（n-n）作用，核力的作用性质完全相同。核力的大小与参与相互作用的核子的相对自旋取向有关。量子电动力学指出：电磁力是通过交换“光子”来传递的。介子1935年，汤川秀树提出核力是一种交换力的观点。（p-p）、（n-n）作用：介子（p-n）作用：介子§16-3原子核的稳定性和放射性16-3-1原子核的稳定性现今发现核素：约2500种稳定核素：<300种放射性衰变：一种核素自发地放出射线而衰变成其他核素的现象。ZN稳定核素16-3-2放射性三种射线：射线（氦核束）：穿透能力最差，约0.01m

4、m厚的铅薄片就能阻止它穿过。射线（电子束）：穿透力稍强，可以穿透0.1mm厚的铅板。射线（光子束）：穿透能力最强，它可以穿透大约100mm厚的铅板。放射性衰变时遵循：能量守恒、动量守恒、角动量守恒、电荷数守恒、核子数守恒等一些基本物理学定律。衰变式：衰变条件：衰变前，母核原子的质量必须大于衰变后子核原子和氦原子质量之和。例如：衰变：（1）衰变：衰变中原子核释放出的是负电子例如：（2）衰变：衰变中原子核释放出的是正电子例如：（3）电子俘获（K俘获）：原子核自发地俘获一个核外轨道电子。例如：β粒子数如何解释-射线的连续能谱？中微子假设：在衰变中放出每一个电子的同时会伴随一个中微子（轻的

5、中性粒子）出射。三种衰变的一般形式：中微子特性：⑴不带电；⑵质量几乎为零；⑶自旋量子数为1/2。衰变：射线是一种高能电磁辐射。衰变式：Y*表示处于激发态的原子核。例如：16-3-3放射性衰变规律半衰期放射性衰变规律：：衰变恒量积分可得：越大，衰变越快。半衰期计算式：定义半衰期（T1/2）：放射性核素衰减到原来数目的一半所需要的时间。半衰期:反映放射性核素稳定性的物理量。平均寿命（τ）：描述放射性核素衰变快慢的物理量。将代入得结论：经过平均寿命后，剩下的核素数目约为原来的37％。放射性活度（A）：放射性物质在单位时间内发生衰变的原子核数目。贝克（Bq）（每秒产生一次核衰变）居里（Ci

6、）夜光表中放射性物质的放射性活度：4×104Bq用于癌症治疗的放射性活度约为：4×1013Bq单位：例1放射性元素镭的半衰期是1600年，（1）它的衰变常数是多少？（2）若t=0时样品中含有3.0×1016个镭核，试确定2000年后其放射性活度。解⑴⑵16-3-4放射性辐射的生物效应辐射剂量测定法：定量描述射线对活组织作用效应的方法。吸收剂量：单位质量的受照物质吸收射线的平均能量。吸收剂量的国际单位制单位：戈瑞（gray，Gy）吸收剂量的常用单位：拉德（rad）相对生物学效应（RBE）几种辐射的RBE值辐射种类RBE/(Sv/Gy)X或γ射线电子慢中子质子α粒子重离子11.0-1.53–510

7、2020当量剂量：衡量射线生物效应及危险度的辐射剂量。当量剂量(Sv)=RBE×吸收剂量(Gy)希沃特(Sv)当量剂量（rem）=RBE×吸收剂量（rad）雷姆（rem）1rem=0.01Sv普通X射线胸透的当量剂量：0.20~0.40mSv。公众每年的有效剂量限值为1mSv。接触射线的职业人员：5年内平均每年的有效限值剂量为每年20mSv；任何一年不得超过50mSv。§16-4原子核裂变和聚变1