原子物理07-副本技术分析.ppt

张延惠 原子物理 1.试估算1Kg的23892U在与地球年龄(t=2.5×109年)相同的时间内产生的最后衰变物20682Pb的数量，已知23892U的半衰期T=4.5×109年。 解 设23892U的质量数是A，开始时质量是M0，核数目是N0，则 ? 图7.4.1 铀系(A=4n+2) 图7.4.2 钍系(A=4n) 图7.4.3 锕系(A=4n+3) 图7.4.4镎系(A=4n+1) 量子理论中的隧道效应告诉我们，能量比势垒顶点还小的实物粒子(α粒子亦不例外)，仍有穿透势垒的几率。α粒子的能量愈大(如图中Ek′=8.8MeV)，穿透的势垒愈薄，穿透的可能性则愈大，即衰变几率λ愈大；相反，若α粒子的能量愈低(如图7.4.6中Ek=4MeV)，穿透的垫垒愈厚，穿透的可能性则愈小，衰变几率λ则愈小。量子力学的详细计算能够给出与盖革—努塔尔定律相一致的结果。 Auger俄歇电子 ①β粒子的能量是连续分布的；②能谱中有一最大能量值Em(该曲线Em=1.2MeV)，根据理论计算，Em与衰变能Eβ基本相等；③能量分布曲线有一极大值，它表示具有相应能量的β粒子最多。 α粒子能谱和其他实验结果表明，原子核的能量是量子化的。β射线来源于原子核，它的能谱为什么是连续的?为了解决这一疑难，1930年，泡利提出了中微子假说。他认为在β衰变过程中，原子核除了放出β粒子外，同时还放出一种静质量几乎等于零的中性粒子(称为中微子)。这样，在母核静止的参照系中，β衰变问题就是β粒子、中微子和反冲子核的三体问题，按照动量守恒，三者之间的动量关系，如图7.4.9所示。在保证动量守恒的前提下，β衰变能量可以在子核、电子和中微子三者之间任意分配。 根据能量守恒定律，若中微子带走较多能量，β粒子的能量就较小；β粒子有最大能量时，中微子的能量为零。所以，β粒子的能量可以从零到最大值Em，形成了β连续能谱。另外，当中微子能量为零时，在忽略掉子核的反冲能时，β粒子的能量就等于衰变能，所以Em和衰变能是基本相等的 PY P? Pe PY P? Pe 。中微子的引入，也解决了β衰变前后角动量守恒的问题。因为β衰变时原子核的质量数不变，所以原子核的角动量是整数或半奇数的性质不变。但所放出的β粒子的自旋是1／2，于是，子核与母核自旋将不再相等。泡利假定中微子的自旋是1／2，就保证了衰变前后的总角动量守恒。 中微子与反中微子的区别仅在于：中微子是左旋的，即自旋与动量反向，反中微子是右旋的，自旋与动量同向。自然界中不存在右旋中微子和左旋反中微子。 左旋中微子 右旋反中微子 图7.4.12 谱线的宽度与共振吸收 图7.4.13穆斯堡尔无反冲共振吸收实验装置 图7.4.14 191Os衰变图 图7.4.15 191Ir的γ射线共振吸收曲线 7.5.1 核反应及遵循的守恒定律 1.历史上第一个人工核反应 1919年卢瑟福利用212Po放出的7.68MeV α粒子轰击氮气，结果发现，有五万分之一的几率发生了如下的反应： 2.第一个在加速器上实现的核反应 3.产生第一个人工放射性核素的反应 4.导致发现中子的核反应 一般情况下，假定反应后仍为两个粒子，核反应可以表示为 * * 第七章 原子核物理学 §7.1 原子核的基本性质 7.1.1 原子核的电荷、质量和密度 1.原子核的电荷和电荷数 2.原子核的质量和质量数 3.原子核的大小和密度 核半径与A 1/3成正比，这说明以下两点： (1)原子核的体积V正比于核内核子数A，即  也就是说，在不同的原子核内，每个核子所占的体积近似相等。因而在各种核内的核子数密度(单位体积内的核子数)n应大致相等： (2)不同原子核的核物质密度(单位体积内的核质量)ρ亦大致是常量 可见其密度十分巨大。核物质密度约是水的密度的1014倍，每立方厘米的核物质的质量约为2.3亿吨，是一种高密物质。一些晚期恒星，在它们核心中的氢作为热核聚变能源耗尽之后，星体的巨大质量引起的万有引力可将自身压缩成密度极大的天体，这个过程就是引力坍缩，或者叫超新星爆发，在这种情况下原子已破坏，电子离开核而形成电子海洋，核沉浸在电子海洋中，称为白矮星，密度约109～1011kg/m3。质量更大的晚期恒星的引力甚至可将电子压入核内，与核内质子形成中子，整个星体主要由中子组成，称为中子星。典型的中子星的质量为太阳的两倍，半径仅为10公里，密度达1017～1018kg/m3 7.1.2 原子核的电四极矩、自旋和磁矩、宇称及统计性质 1.原子核的电四极矩 由实验可知原子核的电荷分布不一定是球形对称的，当带电体的电荷分布是球形对称时，在体外球心R处的电势是 式中第一项是单电荷的电势，第