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 子 第七节 Y衰变 第八节核反应 物 理 第九节原子能的利用 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，核反应以电量 及核能的应用。 质量 笔人类真正对核进行研究，要追溯到1932年发现中 票大小 子，并由此提出质中模型开始。70年过去了，人组成 物 季们对核的了解还很肤浅，在核结构、核力等方面：核素图 理 还有很多尚未认识的东西。 学 论 》首页 I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α粒子散射 第实验法都曾经被用来测定元素的核电荷数Z, 大小 理论关系如下： 事组成 于 子 理 (1)Moseley定律.√F=aZ-b 岳核素图 学 论 》首页 和上一页)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。 岳电量 质量 Q(2)a粒子散射实验- dn ~Z2 dΩ 大小 原 。 组成 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，可以直接测出核素图 理 学 理 靶的核电荷数。 论 首页 I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 原子核的基本情况一一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 多质量 公式，我们将在下节对此作专门讨论。 第 品大小 原 通常情况下，原子的质量可以用质谱仪来测 组成 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 岳核素图 理 香 量mw, 学 》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mv=m-2m+∑号 式中m是电子质量，E,是第n个电子的结合能。 电量 原子核的绝对质量是非常小的， 质量 第 比如：℃原子的质量仅为1.992678×1026g 大小 所以国际上定义，2C质量的1/12为原子质量单 原 位，记为1μ=1.660566×10”g这样，原子的原子 组成 量都是一个很接近某一整数的量，通常定义这 物 核 个整数为该核的质量数，并记为A。 岳核素图 理 学 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=12m 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 质量 M 34 p= A/N。 一三 3πRAN。4a -≈2×1014 岳大小 原 (吨/产方米)=20（万吨/产方米） 组成 子 原 不到一粒米的大小的原子核，其质量竟达 核素图 理 核物 20万吨！可见核是质量高度集中的地方。 学 理 》首页 I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 521 电量 我们来检验一下核的这个因子 GM6.67×10-11×1.67×10-27 质量 Rc2 1.02×105×(3×10)2 ~1039 <<1 岳大小 盟▣可见，核的密度与“器洞”相此，仍然小的很 原 组成 依此计算，太阳若演化成“黑洞”，其半径 物 约为30Km，“黑洞”的密度达 岳核素图 理 物 学 p= 10(g/cm)=10'(ton/mm3) 》首页 1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，氨核有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。 大小 七 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xp 物 岳核素图 理 在核内x≈5fm 学 理概论 h 所以，相应的电子动量为p= 2d =124e C 》首页 和上一页)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 v=卫≈ 240c 77 显然是错误的，用相对论公式 电量 E2=(pc)2+(mc2)2 注意到 pc=124Mev>>mc2 =0.51Mev 质量 第 七 故近视有 E≈pC 大小 原 由此可以求得核内电子能量为 组成 物 原 E≈pc=124Mey 核素图 理 理而实验中从未发现如此高能量的电子，其次对有 学 些核，也无法对其自旋给出合理的解释。 首页 I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