chp7第7章：原子核物理概论.ppt

由上面的讨论我们看到，衰变从始祖元素开始，是连续发生的，取一个衰变系中任一元素来看，它一方面从它的母体中得到补充，另一方面又向它的子体衰变。我们定义 的过程是一个级联衰变。 3.简单级联衰变的规律 第四节：衰变及其统计规律 第七章 : 原子核物理概论 第七章：原子核物理概论 近代物理基础------原子物理学 主讲教师：任国仲 第一节 原子核的描述 第二节 核质量 第三节 核力 第四节 衰变及其统计规律 第八节 核反应 第九节 原子能的利用 第五节 衰变 第六节 衰变 第七节 衰变 核物理是原子下一个层次的研究内容。它以核为研究对象，其内容包括核的基本性质、核结构、核力、核模型。核的放射性衰变，核反应以及核能的应用。 人类真正对核进行研究，要追溯到1932年发现中子，并由此提出质中模型开始。70年过去了，人们对核的了解还很肤浅，在核结构、核力等方面还有很多尚未认识的东西。 第一节:原子核的描述 第一节:原子核的描述 原子的两个层次 以电子为核心 核 原子物理 核物理 物质结构中靠的最近也是分的最开的两个层次！ 核对原子的贡献 质量（99%） 电荷 核的其他属性对原子的影响很小 核外电子的行为对原子核的性质也几乎毫无关系 泾渭 分明 物质性质 a、原子核（如放射现象） b、原子（或称电子）所有物理化学属性 原子核的基本情况---原子核的电荷原子核带的正电荷恰为e的整数倍，习惯上表示为Ze， 即Q=Ze 在物理学史上，特征X射线法和α粒子散射实验法都曾经被用来测定元素的核电荷数 Z，理论关系如下： （1）Moseley 定律 - 第一节:原子核的描述 对于同一系列的特征X射线（比如K,L系），a,b是常数，只要测得元素的特征射线的频率v，就可由上式定出Z。 （2）α粒子散射实验 - 在测量的其它条件不变的情况下，换用不同靶，经过计数器“窗口”的记数，可以直接测出靶的核电荷数。 原子核的基本情况---原子核的质量由于目前人们对核力的了解还不够清楚，定量描述它还很困难，因此至今我们还无法从第一性原理导出一个核质量公式。 历史上，人们曾经给出过半经验的核质量公式，我们将在下节对此作专门讨论。 通常情况下，原子的质量可以用质谱仪来测定，所以很多文献中都给出了原子的质量m，在已知m的情况下，我们可以用下式求出核的质量 ， 第一节:原子核的描述 即 式中 是电子质量， 是第n个电子的结合能。 原子核的绝对质量是非常小的， 比如： 原子的质量仅为 所以国际上定义， 质量的1/12为原子质量单位，记为 这样，原子的原子量都是一个很接近某一整数的量，通常定义这个整数为该核的质量数，并记为A 。 第一节:原子核的描述 原子核基本情况---原子核的大小核的半径有一个经验公式 ，其中 由此我们可以求得核的密度ρ是一个与A无关的常数 (克/立方厘米) 不到一粒米的大小的原子核，其质量竟达20万吨！可见核是质量高度集中的地方。 在发现中子之前，人们知道的基本粒子只有电子的质子。 例如，氦核有4个质子，2个电子，质子作为质量的承担者，电子抵消了2个质子的电荷。 随着量子力学的诞生，人们发现质子—电子说无法用量子理论解释 首先，根据量子力学理论，微观粒子的坐标和相应的动量存在不确定关系 在核内 所以，相应的电子动量为 第一节:原子核的描述 若非相对论公式，可以求得电子速度为 显然是错误的，用相对论公式 注意到 故近视有 由此可以求得核内电子能量为 而实验中从未发现如此高能量的电子，其次对有些核，也无法对其自旋给出合理的解释。 第一节:原子核的描述 因此早在1920年，卢瑟福就推测，核内应当存在一种与质子质量大体相等，不带电的粒子。1932年查德维克发现中子后，海森伯等人马上就提出了核的质、中模型。 实验表明，质子、电子的质量分别是 质量数均为1，即A=1，前者带一个单位正电荷，后者不带电，两者统称核子 根据质量数的定义，我们很容易知道，质量数A，质子数Z和中子数N的关系是A=Z+N，所以完整的核素符号是 比如 ， 等。 第一节:原子核的描述 在物理学中，对有一定关系的核素，有些常用的术语如下： 同中子素：比如 同量异位素：比如 镜核：比喻 。 同位素：比如 第一节:原子核的描述 原子核的基本情况---核素图 一共约有2000个核素。其中天然存在的有300多个核素，（280多个稳定核素，60多个长寿命的放射性核素）；人工制造的1600多个放射性核素。它们构成了核物理的研究对象。 上面我们知道，核是由质子和中子构成的，