大学物理第17章原子核和基本粒子.pptVIP

二、放射性衰变的一般规律1、指数衰减规律在衰变过程中母核衰变子核+射线时母核数目为N0，时母核数目为N，母核衰变的数目为-dN放射性核在单位时间内的衰变概率放射性衰变定律2、半衰期和平均寿命原子核衰变到N=N0/2所需的时间。（1）半衰期讨论：①②与外界条件（温度、压强、电磁场）无关，只取决于自身性质。③不同的放射性核，半衰期不同，且差异较大。（2）平均寿命每个原子核衰变前存在的时间的平均值。原子核的平均寿命：平均寿命：平均寿命与半衰期的关系：达到平均寿命时的母核的数目：3、放射性活度（放射性强度）放射性物质在单位时间内发生衰变的核的数目。国际单位：贝克(Bq)t=0，N=N0，A0=?N01Bq表示每秒发生一次核衰变的放射源的活度。常用单位：居里(Ci)例：的半衰期为1600年，1克纯的活度是多少？这一样品经过400年和6000年时的活度又是多少？解：样品中最初的核数为衰变常量为起始活度为例：河北省磁山遗迹中发现有古时的粟。一些这种粟的样品中含有1克的碳，它的活度经测定为，求这些粟的年龄。解：这些粟的样品活着的时候，活度应为17-3原子核反应衰变也是一种核反应；入射粒子与稳定或长寿命原子核的相互作用而造成的核改变。核反应：这里通常指高能粒子轰击一靶核所引起的变化。第一次人工核反应入射粒子：质子、中子、粒子、射线若入射粒子是比粒子更重的离子，所引起的反应称为重离子核反应。由射线所引起的反应称为光核反应。入射粒子的能量：分类：①按出射粒子和入射粒子的相同、不同散射：出射粒子与入射粒子相同核转变：出射粒子与入射粒子不同②按作用机制复合核过程：入射粒子与靶核内的所有核子经过多次碰撞达到热平衡后能量再次集中在少数粒子上出射的过程。直接反应过程：入射粒子只与靶核内少数粒子进行一次或少数次作用，其他核子不介入的过程。常发生在入射粒子能量较高时一、核反应的能量常见的典型核反应可表示为：反应物X靶核入射粒子出射粒子Y剩余核生成物反应能Q：生成物与反应物的动能之差在相对于靶核静止的参照系中由质能守恒关系：即反应物与生成物的静能之差讨论：（1）因反应前后总电荷不变，为原子的质量，为原子核的质量，（2）反应能Q可正可负Q0，为放能反应Q0，为吸能反应例如，卢瑟福用粒子撞击氮核的核反应吸能反应二、原子核的裂变反应1、定义较大质量的重核分裂成中等质量的原子核的现象。例如：一种可能的铀裂变反应讨论：①常伴随有?衰变例如：铀核的另一种裂变反应2、分类自发裂变：核素能够自身裂变的现象。天然核素发生的几率极小，几乎不可能人造核素的自身裂变逐渐增大诱发裂变：入射粒子与重核粒子作用发生的一种反应过程。②链式反应放出多于2个中子，若被其他铀核吸收，又会引起新的裂变，裂变持续下去，即为链式反应。原子弹：反应是发散的，不可控的反应堆：在受控条件下，每次裂变只有一个中子引起新的裂变，维持稳定的链式反应3、裂变的特点（1）反应释放出很大的能量；例如：分裂成2个中等核可放出的能量分成92个质子和146个中子，需能量：组成中等核具有的能量：可放出的能量（2）裂变产物的质量数分布范围广；碎片中的电荷数不等，分布较广（3）裂变产物中含有过多的中子；（4）不同的核，中子不同，产生的反应截面不同。可诱发链式反应，也可通过?衰变成为稳定核反应截面：原子核与微观粒子发生相互作用时所引起的核反应可能性大小的度量。三、原子核的聚变反应1、定义由轻原子核聚合而成较大原子核的现象。2、聚变的特点（1）反应可释放出更大的能量；在氘核聚变中，每个氘核放出：7.2MeV每个核子放出：3.6MeV在裂变中，平均每个核子放出：（2）可供聚变材料十分丰富；（3）环保7000个氢原子中有一个氘原子氦核是稳定核，没有放射性，不污染环境四、热核反应和聚变能的利用1、热核反应：设两个原子序数为Z1、Z2，二者间的电势能为原子核半径之和核聚变可发生，因有隧道效应，也有发生的概率。与此能量对应的温度约为热核反应：在极高温度下发生的核反应。受控热核反应：能够加以控制的热核反应。等离子体：高温下完全电离后的原子核与自由电子的混合体。2、约束方式（1）引力约束聚变太阳或恒星依靠自身庞大质量而产生的巨大引力使进行着热核反应的高温等离子体不