原子核物理学01.ppt

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原子核物理学01

第一章 原子核的基本性质 主要参考 核辐射物理及探测学课件-清华大学-陈伯显 核物理与粒子物理导论课件-北京大学-叶沿林 原子核物理课件-大连理工大学-张庆瑜 Wiki Google 互动百科 标志一个核的存在的基本物理量 原子核作为整体所具有的静态性质 原子核的电荷、质量和半径 原子核的自旋 原子核的磁矩 原子核的电四极矩 原子核的宇称 原子核的统计性 原子核的同位旋?? 原子核是由Z个质子和N个中子所组成的,质子带一个单位的正电荷, 所以原子核带有正电荷Ze。质子和中子都具有一定的质量,故原子核有一定的质量。原子核中的 A个核子分布在一个很小的区域,这个区域的大小通常用核半径来描述。原子核还有确定的自旋、宇称及电磁矩。 原子核组成 原子具有很小的、坚硬的、很重的并且带正电的中心核。卢瑟福把这个核称之为“原子核”。 原子核由质子和中子组成,质子和中子统称核子,质子带一个单位的正电荷,中子不带电,质子和中子的质量几乎相等,都等于一个质量单位,所以原子核的电荷数就等于它的质子数,原子核的质量数就等于它的质子数和中子数的和。具有相同质子数的原子,它们核外的电子数也相同,因而有相同的化学性质,属于同一种元素,但它们的中子数可以是不同的。 Rutherford大角散射,确定原子有一个核心原子——原子核+核外电子 1909年Rutherford的学生H.Geiger和E.Marsden在用α粒子轰击金箔的实验中,发现有大约八千分之一的几率被反射。 Rutherford说:“就像一枚15英寸的炮弹打在一张纸上又被反射回来一样”。 Rutherford认为:正电荷和原子质量集中在原子中心R≤10-12cm的范围内。 ——原子核的发现 发现质子 1914年,卢瑟福用阴极射线轰击氢,结果使氢原子的电子被打掉,变成了带正电的阳离子,它实际上就是氢的原子核。卢瑟福推测,它就是人们从前所发现的与阴极射线相对的阳极射线,它的电荷量为一个单位,质量也为一个单位,卢瑟福将之命名为质子。 1919年,卢瑟福用加速了的高能?粒子轰击氮原子,结果发现有质子从氮原子核中被打出,而氮原子也变成了氧原子。 14N+a ???18O+ p 到1924年,卢瑟福已经从许多种轻元素的原子核中打出了质子,进一步证实了质子的存在。 中子 在1920年,卢瑟福当时就预言,原子核的内部可能会存在着一种中性的粒子。 1930年,德国物理学家波特和贝克人,利用天然放射性元素钋所发射的α粒子,去轰击铍。 1932年,约里奥·居里和伊伦·约里奥·居里 詹姆斯·查德威克1932年正式宣告发现中子 根据现代精确测定质子的质量为1.007825原子质量单位,而中子的质量为1.008665原子质量单位。中子作为一种新发现的亚原子粒子,它和质子、电子一样能够独立存在。自由中子的半衰期为(10.61±0.16)min,(614.6±1.3)s。 实验证明,除了铍核在α粒子轰击下能发射中子外,硼、锂核在α粒子轰击下也能放射中子。由此可知,中子确是组成原子核的又一个重要粒子。 中子的发现对核物理有着巨大而深远的影响。 一般认为这是原子核物理这门学科的诞生。 海森伯在得知查德威克的发现后,立即提出“质子-中子”模型代替了“质子-电子”的模型。这样,人类才正确认识到原子核是由质子和中子组成的;其次,人们对原子量与原子序数的关系,以及原子核的自旋,原子核的稳定性等问题,有了新的认识;此外,对于中子的研究和应用,推动了核物理的飞跃发展,开创了新的时代。 反核子、反核、反原子和反物质 1932年被C.D.Anderson发现正电子 1955年发现反质子 1956年发现反中子 所有粒子和反粒子都一一相应成对存在 超核(Hyper nuclei)和奇特核(Exotic nuclei) 原子核内不仅有质子、中子,还有超子 现在已经观测到的超核有:Λ超核,双Λ超核,和∑超核 除超核外最常见的奇特核是p,p束缚态 当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时,驱逐一个内层电子而出现一个空穴,使整个原子体系处于不稳定的激发态,激发态原子寿命约为10-12-10-14s。当较外层的电子跃迁到空穴时,所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子,此称为俄歇效应。它的能量是特征的,与入射辐射的能量无关。当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收,而是以辐射形式放出,便产生X射线荧光,其能量等于两能级之间的能量差。因此,X射线荧光的能量或波长是特征性的,与元素有一一对应的关系。 K层电子被逐出后,其空穴可以被外层中任一电子所填充,从而可产生一系列的谱线,称为K系谱线:由L层跃迁到K层辐射的X射线叫Kα射线,由M层跃迁到K层辐射的X射线叫Kβ射线……。 例如铁的特征X射线(FeKα)能

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