2011年核安全工程师培训材料 核安全综合知识 第1章 周志伟 2011.pptVIP

核安全综合知识 周志伟 注册核安全工程师考试复习 2011年6月 《核安全综合知识》 第一章原子核物理基础 复习内容 1.1 原子和原子核的基本性质 1.2 原子核的放射性 1.3 射线及其与物质相互作用 1.4 原子核反应 1.5 核裂变及核能的利用 《核安全综合知识》 1.1 原子和原子核的基本性质 知识要点： 原子与原子核 原子的壳层结构 原子核的组成及其稳定性 原子核的大小 原子核的结合能 《核安全综合知识》 原子和原子核 知识要点：原子、原子核、同位素 1896年发现天然放射性现象，人类第一次观察到核变化，是原子核物理的开端。 万物是由原子、分子构成，每一种原子对应一种化学元素。人们已知一百多种元素。 1911年卢瑟福提出原子的核式模型的假设，原子由原子核和核外电子所组成。 核外电子运动构成了原子物理学的主要内容，原子核是原子核物理学的主要研究对象。 原子和原子核是物质结构的两个层次。 《核安全综合知识》 原子和原子核 电子带负电荷，电子电荷的值为：e=110-19C，且电荷是量子化的，即任何电荷只能是e的整倍数。电子的质量为me=9.1093897x10-31kg。原子核带正电荷，集中了原子的全部正电荷。 原子的大小是由核外运动的电子所占的空间范围来表征，原子可以设想为电子在以原子核为中心的、距核非常远的若干轨道上运行。原子的大小半径约为10-8cm的量级 。 原子核的质量远超过核外电子的总质量，原子的质量中心与原子核的质量中心非常接近。原子核的尺度只有几十飞米(1fm=10-15m=10-13cm)，而密度高达108t.cm-3 。 物质的许多化学性质及物理性质、光谱特性基本上只与核外电子有关；而放射现象则主要与原子核有关 。 《核安全综合知识》 原子的壳层结构 知识要点：原子的壳层、能级、跃迁 原子的核外电子称为轨道电子，在核外一定的“轨道”上的概率大。轨道电子离核的距离不能取任意值，按规律形成彼此分离的壳层。 最靠近核的一个壳层称为K层，在它的外面依次为L、M、N、O壳层等，以此类推。通常用量子数n(n=1,2,3…)代表壳层，分别对应K、L、M、N、O，…壳层。每个壳层可容纳2n2个电子。除了K层以外，其他壳层又可分成(2l+1，l=n-1)个支壳层，l是描述电子轨道的量子数。 处于不同壳层的电子具有不同的位能，当电子从无穷远处移动到靠近原子核的位置时是电场力作功，K层的能级最低。能级的能量大小就等于该壳层电子的结合能，要使该壳层电子脱离核的束缚成为自由电子所需做的功。 结合能是负值，通常以KeV为单位，K壳层电子的结合能的绝对值最大。 《核安全综合知识》 原子的壳层结构 用n，l，j三个量子数来描述不同的能级。其中n=1，2，3，是主量子数；l=0，1，2，…，(n-1)是与电子的轨道运动相关的量子数，而j是与电子的自旋运动相关的量子数，j与l的关系是j=|l±1/2|。n，l，j三个量子数的不同组合区别轨道电子不同的支壳层。每个支壳层最多可容纳(2j+1)个电子 。 在正常情况下，电子先充满较低能级，但当原子受到内在原因或外来因素的作用时，低能级的电子可以被激发到高能级上（称激发过程），或电子被电离到原子的壳层之外（称电离过程），高能级电子就会跃迁到低能级上留下的空位上，并以电磁辐射的形式释放一个光子。 发生内层电子跃迁时，发射的光子能量较高，而且不同元素的原子均有不同特定的能量，常又称作特征X射线，能量计算公式为：EX=hc/λ=E1-E2，式中h=6.6260755x10-34J.s；光速c=2.997925x108m/s；E1和E2分别是跃迁前后两个能级的能量 。 K系特征线是由K壳层之外的电子跃迁到K层空位时发射的特征X射线，同样还有L系、M系特征X射线等，跃迁还需要满足特定的选择定则 。 《核安全综合知识》 原子和原子核 单选题例：（只有一个答案是正确的） 原子物理学的主要内容是（A）。 A核外电子的运动, B 原子核的裂变， C 原子核的衰变，D 原子核中核子间的运动 。 多选题例：（有多个答案可能正确，错一个为全错） 电子轨道按照一定的规律形成彼此分离的壳层，其中各层最多可容纳的电子数分别是(BCE)。 A K层1个， B K层2个， C L层8个， D M层10个， E M层18个 《核安全综合知识》 原子核的组成及其稳定性 知识要点：核的组成、核素/同位素/同质异能素、核的稳定性 1932年查德威克发现中子，海森堡提出原子核由质子和中子组成的假设 。中子为中性粒子，质子为带有单位正电荷的粒子。 中子和质子的质量相差甚微，它们的质量分别为：mn=1，mp=1，u为原子质量单位。1960