《核辐射物理及探测学》课件PPT：第一章 原子核的基本性质.ppt

第一章 原子核的基本性质;上世纪初的原子模型（发现原子核之前） J.J.汤姆生的原子模型： 正电荷均匀分布在一个球体内，电子镶嵌在其中某些平衡位置上，并作简谐振动。; ;卢瑟福散射实验结论： 正电荷集中在原子的中心，即原子核； 线度为10–12cm量级，为原子的10–4量级； 质量为整个原子的99.9%以上； 从此建立了原子的有核模型。 ;2、中子的发现与原子核的组成;例子：; 1932年查德威克(J. Chadwick)发现中子。(据此获1935年诺贝尔物理学奖);核电荷数Z同时表示： 核内质子数，核的电荷数，核外电子数。;中子、质子和电子的质量与电荷; 原子核由中子和质子组成，中子不带电，质子带单位正电荷。中子和质子质量相当，分别约等于一个原子质量单位。核中中子和质子统称为核子，数目以A表示，A称为核子数或质量数，核中质子数记为Z，中子数记为N。常用如下形式表示一个原子核：;III. 原子核物理常用术语及意义; 某元素中各同位素天然含量的原子数百分比称为同位素丰度。;3、同中子异荷素（isotone）;5、同质异能素（isomer）;6、偶A核：;IV. 核素图及β稳定曲线;核素图及β稳定曲线的特点：　　;稳定核素的奇偶分类表：;1.2 原子核的大小;原子核的密度：;1.3 原子核的质量和结合能;2、质量亏损与质量过剩;计算中，常用原子质量代替核质量：;3、比结合能及比结合能曲线;比结合能曲线：;4、原子核最后一个核子的结合能;最后一个质子的结合能为：;例如：;5、核结合能的经验公式;1). 核力具有饱和性，与液体中分子的饱和性相似。 ;根据液滴模型，结合能半经验公式为：;体积能项：结合能中的主导项，由于核力的饱和性，它正比于核体积（V ? A）。;对能项：由核内 N，Z 的奇偶性确定。不同奇偶性的核有不同的对能项。;半经验公式计算的比结合能曲线;结合能半经验公式的应用：;1.4 核力及核势垒;质子-质子作用势和中子-质子作用势;2、核力的介子理论;3、原子核的势垒; 量子力学中穿透势垒的概率在经典力学中是难以解释的。量子力学中，能量大于势垒的入射粒子有可能越过势垒，但也可能被反射回来。而能量小于势垒的粒子有可能被势垒反射回来，??有可能穿透势垒进入核势阱，这种效应称之为隧道效应。 ;1.5 原子核的矩;2、原子核外轨道电子的磁矩;电子轨道磁矩：;3、原子核的自旋（角动量）;I 为原子核的自旋量子数，它为整数或半整数。 ;4、原子核的磁矩（磁偶极矩）; 质子、中子不是基本粒子，而具有内部结构。中子为中性粒子，具有磁矩，说明中子的内部结构具有电荷。;2)、原子核的磁矩;若原子核的自旋为; 这就是为什么原子光谱的超精细结构谱线的间距比精细结构谱线的间距要小很多的原因。 ; 所以研究原子光谱的超精细结构是研究原子核性质的重要工具。 ;早期发现的钠D线(波长?D=589.3nm)是从3P到3S的跃迁时发出的谱线。 ;这种分裂约为D1 、D2线之间距离0.6 nm的1/300。;核子的磁矩像角动量一样可以互相抵消。以氘核为例，假设氘核的基态是 s 态，即轨道角动量为零，仅由质子和中子的自旋磁矩确定. ; 原子核是一个分布电荷体系，根据电动力学，一个分布电荷体系产生的势可以表示为各种电多极子势的叠加。;(C)四极子势 ;原子核是总电荷为Ze，电荷密度为 的分布电荷体系。; 理论分析和实验测定都证明，原子核无电偶极矩D , 它在对称轴方向所产生的电势可以看作一个单电荷电势和四极子电势之和。;1.6 原子核的统计性质;费米子组成的全同粒子体系，其状态波函数是交换反对称的。遵从费米－狄拉克统计法。须服从泡利不相容原理。;原子核的自旋是整数还是半整数，由质量数 A 来决定。 ;证明如下：;1.7 原子核的宇称;宏观世界中，物理规律在空间反演下不变。; 宇称的概念是微观世界中所特有的，它是微观体系在空间反演变换下具有对称性时，所相应的守恒量。它描写微观体系状态波函数的一种空间反演性质。 ; 如果状态波函数是空间反演算符的本征态，?是该算符的本征值，那么：;1) ?＝＋1 的情况：;空间反演不变性与宇称守恒;即，空间反演下物理规律不变等价于H(r)不变。; 原子核是由中子和质子组成的微观体系，它的状态可以近似地用中心力场中独立运动的诸核子波函数的乘积来描写: ; 作为微观粒子，除了轨道宇称，还应该有内禀宇称，它和粒子内部结构有关。如果考虑到粒子的内禀宇称，上述n个粒子体系的总宇称为：; 由于核子的内禀宇称为正，所以，质量数为A的原子核的宇称为：;1.8 原子核的能态及其特征量;核的壳层模型 原子核基态的自旋与宇称;1、幻数的存在与原子