《原子物理学 Automic Physics》课程教学资源（PPT课件讲稿）第七章原子核物理概论

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

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Automic Physics原子物理学第七章:原子核物理概论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五节C衰变第六节B衰变「原第七节γ衰变第八节桉反应第九节原子能的利用子物理学

第七章：原子核物理概论   Automic Physics 原子物理学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

第一节:原子核的描述核为研究对象,其内容包括核的基本性质、核核物理是原子下一个层次的研究内容。它以多构、核力、核模型。核的放射性衰变,核反应以电量及核能的应用。质量大小七人类真正对核进行研究,要追溯到1932年发现中章子,并由此提出质中模型开始。70年过去了,人组成子们对核的了解还很肤浅,在核结构、核力等方面s核素图原子物理学物还有很多尚未认识的东西。概论首页■上一页下一页

第一节:原子核的描述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。电量质量大小组成核素图上一页下一页第七章 : 原子核物理概论首页

第一节:原子核的描述原子核的基本情况一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, 电量即Q=ze 质量在物理学史上,特征X射线法和a粒子散射第实验法都曾经被用来测定元素的核电荷数2,大小章理论关系如下申组成原核!(1) Moseley定律-√v=az-b 中核素图原子物理学物理概论首页■上一页下一页

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 - v aZ b = − 电量质量大小组成核素图第一节:原子核的描述第七章 : 原子核物理概论首页上一页下一页

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。电量质量 (2)a粒子散射实验第 dQ 大小七章组成在测量的其它条件不变的情况下,换用不同原孩靶,经过计数器“窗口”的记数,可以直接测出核素图原子物理学物理靶的核电荷数概论首页■上一页下一页

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。 2 ~ dn Z d 第一节:原子核的描述第七章 : 原子核物理概论电量质量大小组成核素图首页上一页下一页

第一节:原子核的描述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。电量历史上,人们曾经给出过半经验的核质量质量公式,我们将在下节对此作专门讨论。第大小七通常情况下,原子的质量可以用质谱仪来测组成原定,所以很多文献中都给出了原子的质量m,在子已知m的情况下,我们可以用下式求出核的质核素图原子物理学物量m 理概论首页■上一页下一页

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 mN ，电量质量大小组成核素图第一节:原子核的描述第七章 : 原子核物理概论首页上一页下一页

第一节:原子核的描述即 m2+∑ 式中m2是电子质量,E是第n个电子的结合能。 p电量原子核的绝对质量是非常小的, 质量第比如:c原子的质量仅为1992678×10kg大小所以国际上定义,C质量的1/12为原子质量单 1位,记为1=1660665108这样,原子的原子p组成原量都是一个很接近某一整数的量,通常定义这孩个整数为该核的质量数,并记为A。中核素图原子物理学物理概论首页■上一页下一页

式中 me 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 。即 mN = E n 12C 26 1.992678 10 kg −  12C 27 1 1.660566 10  kg −   第一节:原子核的描述第七章 : 原子核物理概论电量质量大小组成核素图 2 n e n E m Zm c − + 首页上一页下一页

第一节:原子核的描述原子核基本情况一原子核的大小核的半径有一个经验公式R=4,其中6=12/m 由此我们可以求得核的密度p是一个与A无电量关的常数 A/N 中质量 32R3AN4712×104 3A 4 非大小第七章:原子核物理概 (吨/产方米)=20(万吨/产方米) 申组成子不到一粒米的大小的原子核,其质量竟达核素图原子物理学 20万吨!可见核是质量高度集中的地方论首页■上一页下一页

M v = 0 3 0 0 / 4 3 A N  R AN = 原子核基本情况---原子核的大小核的半径有一个经验公式 1/ 3 R r A = 0 ，其中 0 r fm =1.2 。由此我们可以求得核的密度ρ是一个与A无关的常数  = (吨/产方米)=20(万吨/产方米) 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。第一节:原子核的描述第七章 : 原子核物理概论电量质量大小组成核素图 14 3 0 0 3 2 10 4 A r AN   首页上一页下一页

第一节:原子核的描述值得指出的是,根据广义相对论的预言, 黑洞的判据是 GM 我们来检验一下核的这个因子电量 GM667×10-1×1.67×10-27 质量 R 2-1.02×10-15×(3×10)2039 <<1 第非大小章可见,核的密度与“黑洞”相比,仍然小的很。申组成原依此计算,太阳若演化成“黑洞”,其半径孩约为30Km,“黑洞”的密度达中核素图原子物理学物理概 p=10°(g/cm1)=107(ton/mm3) 论首页■上一页下一页

11 27 39 15 8 2 6.67 10 1.67 10 ~ 10 1.02 10 (3 10 ) − − − −        1 16 3 10 ( / ) g cm = 值得指出的是，根据广义相对论的预言，黑洞的判据是 2 1 GM Rc  我们来检验一下核的这个因子 2 GM Rc = 可见，核的密度与“黑洞”相比，仍然小的很。依此计算，太阳若演化成“黑洞”，其半径约为30Km ，“黑洞”的密度达  = 第一节:原子核的描述第七章 : 原子核物理概论电量质量大小组成核素图 7 3 10 ( / ) ton mm 首页上一页下一页

第一节:原子核的描述在发现中子之前,人们知道的基本料子只有电子的质子。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。电量质量随阗量子力学的诞生,人们发现质子电子说无法用量子理论解释第大小七章首先,根据量子力学理论,微观粒子的坐标和相。组成应的动量存在不确定关系 h 原子核中核素图原子物理学物在核内x5m, 理 Mey 概所以,相应的电子动量为P=2d 124 C 首页■上一页下一页

2 h d = 在发现中子之前，人们知道的基本料子只有电子的质子。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。随阗量子力学的诞生，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 ~ 2 h x p 在核内 x fm  5 所以，相应的电子动量为 p = ，，第一节:原子核的描述第七章 : 原子核物理概论电量质量大小组成核素图 124 Mev c 首页上一页下一页

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 1=P240c 显然是错误的,用相对论公式电量 E2=(pC)2+(mc2)2 注意到pC=124Mp>mc2=0.51Mev 质量第|故近视有≈pC 大小章由此可以求得核内电子能量为申组成原子 E≈pc=124Mev 核中核素图原子物理学理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。首页■上一页下一页

p m  240c 124Mev  若非相对论公式，可以求得电子速度为 v = 显然是错误的，用相对论公式 2 2 2 2 E pc mc = + ( ) ( ) 注意到 pc = 故近视有 E pc  由此可以求得核内电子能量为 E pc Mev  =124 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:原子核的描述第七章 : 原子核物理概论电量质量大小组成核素图 2 mc = 0.51Mev 首页上一页下一页

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