原子核和基本粒子简介.ppt

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1、第九章原子核和基本粒子简介9.1原子核的基本性质1.原子核的电荷原子核带正电，原子核的电荷数就是这化学元素的原子序数，也等于中性原子的核外电荷数。2.原子核的组成由质子和中子组成。质子带正电荷，中子不带电。质子和中子统称为核子。核子的自旋为1/2。质子（p)、中子(n)的质量：原子质量单位3.原子核的质量原子核的质量，可以由原子质量推算，也可以由核子的数目推算。原子的质量=原子核的质量+所有电子质量–相当于所有电子结合能的数值（可忽略）。原子核的质量=所有核子的质量–相当于所有核子结合能的数值。采用原子质量单位，原子（核）的质量接近一整数，这整

2、数称为原子（核）的质量数，A。原子核的符号表示：Z：质子数中子数=A-Z它们的化学和一般物理性质几乎相同，但核性质完全不同！4.原子核的大小和形状原子核的形状一般为近似椭球，其长短半轴之比一般不大于5/4，可近似看作球形。核电四极矩是核偏离球形的量度。由实验得到核半径的经验公式：原子核的密度近似为一常数，而且核的密度非常大。5.核自旋和核磁矩☆核自旋质子和中子都是费米子，具有自旋角动量量子数1/2。核的角动量是中子的自旋、质子的轨道和自旋之和。习惯上也称它为原子核的自旋。原子核自旋角动量:I：核自旋角动量量子数。为整数或半整数。实验发现：偶--

3、-偶核（中子和质子数都为偶数）自旋为零；奇---偶核自旋为半整数；奇---奇核自旋为整数；☆核磁矩g由实验确定，有正有负。6.核的统计性质和宇称☆统计性质：描述全同粒子交换时波函数的对称性。两个全同原子核对换，即将两核中的核子一一交换。核子每交换一次，体系波函数改变一次符号（核子是费米子），总的符号改变次数（-1）A。对质量数A为奇数的核，交换两核，体系波函数符号改变，即该种核属费米子。对质量数A为偶数的核，交换两核，体系波函数符号没改变，即该种核属玻色子。☆宇称：描述微观粒子体系状态的波函数在空间反演变换下的奇偶性的物理量。（x，y，z）=

4、（-x，-y，-z）（偶宇称）（x，y，z）=-（-x，-y，-z）（奇宇称）在电磁和强相互作用情形，孤立体系的宇称不会从偶性变为奇性或从奇性变为偶性。---宇称守恒。在弱相互作用中，宇称不守恒。1956年，李政道和杨振宁提出,1957年吴键雄用衰变的实验加以证实，是近代物理学史中的一个重大突破。1957年，李、杨获诺奖。6.原子核的结合能氘核由一个质子和一个中子组成。质量亏损：核子质量与组成的原子核质量的差值。核子结合成原子核过程中亏损的质量，以能量的形式放出。-----原子核的结合能。以原子质量来计算结合能（忽略电子结合能）：例：

5、已知的原子质量是9.0121858u，计算该核素的结合能每个核子的平均（比）结合能：58.163/9=6.463Mev☆核子的结合能越大，原子核越稳定。☆中等质量核（A=40-120）的结合能约为8.6Mev，原子核稳定。☆质量数小于30的核结合能有周期性变化，最大值在A等于4的倍数。☆质量数30以上的核，平均结合能变化不大，显示了核力的饱和性。9.2原子核的放射性衰变1896年：贝克勒耳，铀的放射性现象；1898年：居里夫妇，Po，Ra;1934年：约里奥.居里夫妇，人工放射性。不稳定的原子核自发地蜕变，变为另一种状态或另一原子核，同时放出一

6、些射线，这种现象称为原子核的放射性衰变。一.原子核的放射性衰变主要模式：放射性衰变、电子、X射线是十九世纪末的三大重要发现，揭开了近代物理的序幕。二.衰变放射性原子核自发地放射出粒子（），而转变成另一种原子核的过程。方程表示为：衰变过程中，母核要从内能中给出一部分能量转化为子核和粒子动能，这一能量称衰变能（Ed).母核原子的质量要大于子核原子和氦原子质量之和，才可能发生衰变.一般发生于重原子核。☆粒子能谱大部分原子核放射的粒子的能量不是单一的，而是有几组不同的分立值，构成分立的粒子能谱。实验上，衰变能也可由测出的粒子的动能算出。放

7、射性现象的研究是获悉原子核内部状况的重要途径之一☆衰变的机制粒子如何跑出原子核，用经典理论很难解释。在核内，粒子受到核力吸引（负势能）；在核外，粒子受到库仑力排斥；在核表面形成一个势垒。垒高估计：(r0=1.2fm,e2=1.44Mev);实验上测得粒子动能为4.2MeV，远低于势垒。只有通过量子隧道效应才有一定的几率逃出。三.衰变是核电荷数改变而核子数不变的核衰变。主要有：-衰变，+衰变，K俘获1.-衰变能谱与中微子假设-衰变中，放出负电子，原子核变为原子序数增加1的核。？原子核内部能量是量子化的，而放出电子的能量却是连续变

8、化的？？电子不是原子核家族的成员，衰变放出的电子从何而来？☆1930年，泡利提出了中微子假设：当放射性物质发生衰变时，除了放出粒子外，还要放出一个