章原子核和放射性.ppt

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1、1908年因研究元素的蜕变和放射化学获诺贝尔化学奖.卢瑟福(E.Rutherford,1871-1937)英籍新西兰物理学家.金箔对粒子的散射实验1911年卢瑟福用金箔对粒子的散射实验确立了原子的核式模型,即原子由处于中心的原子核和核外运动的电子组成.由此开始了对原子核的探索.一.原子核的组成1896年贝克勒尔发现铀的放射性,1898年居里夫妇发现了放射性元素钋和镭.1919年卢瑟福发现质子(proton).1932年查德威克发现中子(neutron).§13-1原子核的基本性质海森伯等人提出原子核是由质子和中子组成的.质子和中子统称为核子(necleon).原子核中的质子数

2、等于核外电子数,即原子序数Z.原子核的质量数A就是核子的总数,若以N表示中子数,则A=Z+N.查德威克(J.Chadwick,1891-1974)英国物理学家.1935年因发现中子获诺贝尔物理学奖.贝克勒尔(H.Becquerel,1852-1908)法国物理学家.1903年因发现自发放射性获诺贝尔物理学奖.居里夫妇(P.Curie,1859-1906,右,法国物理学家；M.Curie,1867-1934,左,法籍波兰物理学家)1903年因对贝克勒尔发现的辐射现象作出了卓越贡献,其中包括发现了钋和镭获诺贝尔物理学奖.居里夫人1911年又因提纯镭而获诺贝尔化学奖.约里奥-居里夫妇(

3、F.Joliot-Curie,1900-1958,I.Joliot-Curie,1897-1956,右)在实验室中(1932年)约里奥-居里夫妇是居里夫人的女儿、女婿,他们错失了发现中子、正电子和核裂变的机会.但仍于1935年因发现人工放射性获得诺贝尔化学奖.原子核的质量常用原子质量单位(atomicmassunit)u表示,原子质量单位定义为自然界中碳最丰富的同位素原子质量的1/12质子质量mp=1.007276u中子质量mn=1.008665u质量数为A的原子核质量近似为Au.一类具有确定质子数和核子数的中性原子称为核素(nuclide),用表示.其中X为元素符号,Z和A分别

4、表示原子序数和原子质量数.质子数相同的不同核素称为同位素(isotope)；具有相同中子数,不同质子数的异类核素称为同中子异位素(isotone)；质量数相同,质子数不同的一类核素称为同量异位素(isobar)；质量数和质子数相同而处于不同能量状态的一类核素称为同核异能素(isomer).同位素在自然界中的含量百分比称为同位素丰度(isotopeabundance).原子核半径与核子数有近似关系因此,原子核体积很小,密度很大.式中R01.210-15m.二.原子核的结合能原子核质量总是小于组成原子核的核子质量之和,两者的差值称为质量亏损(massdefect).自由核子结合成

5、原子核时释放的能量称为原子核的结合能(bindingenergy).任意一个核素的结合能E定义为：式中、及分别表示氢原子、中子及原子的质量.原子核的结合能E与该核核子数A的比值称为比结合能(specificbindingenergy)的大小可以作为核稳定性的量度.比结合能曲线获得原子能的途径：重核裂变、轻核聚变原子弹和氢弹就是分别利用重核裂变和轻核聚变原理研制出来的核武器.右图分别为中国第一颗原子弹(1964年)和第一颗氢弹(1967年)爆炸时产生的蘑菇云.下图为投到广岛的原子弹“LittleBoy”.位于浙江海盐的秦山核电站是我国第一座自行研究、设计、建设的核电站.199

6、1年12月首次并网发电,结束了中国大陆无核电的历史.上图为全景,下图为主控制室.三.原子核的自旋和磁矩原子核的角动量称为核自旋(nuclearspin).原子核角动量大小为：I为核自旋量子数,可取半整数或整数.角动量在空间某一方向的投影是量子化的：mI为核自旋磁量子数.对于确定的I值,mI可取I,I-1,I-2,…,-I+1,-I,共2I+1个值.原子核的自旋与状态有关,激发态原子核的自旋不一定等于基态的自旋.实验发现基态时：质子、中子数目原子核的自旋I奇偶核或偶奇核半整数偶偶核零奇奇核整数原子核不仅具有自旋,也具有核磁矩(nuclearmagneticmoment).核磁矩一方

7、面来自核子的自旋磁矩,另一方面来自各核子的轨道磁矩.但核磁矩并不是各核子磁矩的简单相加.核磁矩矢量与核角动量矢量成正比：其中mp为质子质量,g称为朗德因子(Landegfactor),或称原子核的g因子(g-factor),不同核的g因子不同.核磁矩在z轴方向上的投影为：称为核磁子(nuclearmagneton),是核磁矩的单位.定义核磁矩大小为mI取I时的Iz值,即gIN.质子磁矩大小为2.793N,并不是“理所当然”的为1N(电子磁矩1B)；中子磁矩大小其中虽然