chp7第七章：原子核物理概论PPT课件
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核物理基础ppt课件
12.6h
0.81h
1.子体与母体的放射性活度建立起固定的比例关系
（常数）： 2 2 1
2. 母体、子体、母子体均按照母体的衰减常数（半 衰期）衰减。与子体的衰减常数无关。
母子体的总放射性活度
子体放射性活度
母体放射性活度
子体单独存放时的活度
条件：
长期平衡
T1≫T2 或者 1≪2
例如：
9S 0 r 9Y 0 9Z 0(稳 r )定
衰变
不稳定的核素
稳定的核素
衰变类型
衰变 衰变 衰变
－衰变 ＋衰变 电子俘获EC 跃迁 内转换IC
α衰变
原子核自发地放出α粒子而发生的转变
例如： 22R 6 a22R 2 n4 2He
α衰变的表达式与守恒量
一般衰变表达式： A ZXA Z42Y
质 量 数 守A恒X ：AY4 电 荷 数 守 恒X Z：ZY2 中 子 数 守 恒 NX ： NY 2
T2
λ2
0
0
N2
N3
母体A原子核数目的变化服从原子核衰变规律：
N1(t)N1e01t
dN1 dt
1N1
子体B的核数目变化情况：
ddN2t 1N12N2
子体B的原子核数目随时间的变化： N 2(t) 2 1 1N 1 ,0(e 1t e 2 t)
在连续放射性衰变中：
➢ 母体原子核的衰变，服从简单的指数衰减规律； ➢ 各代子体原子核的衰变，不再是简单指数规律，而
母子体的总放射性活度
母体放射性活度 子体放射性活度
子体单独存放时的活度
不成平衡
条件：
T1<T2，1>2，母体衰变比子体快。
例如：
物理学史--原子原子核物理的发展PPT资料88页90页PPT
物理学史--原子原子核 物理的发展PPT资料88
页
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充பைடு நூலகம்思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
页
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充பைடு நூலகம்思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
《原子核》课件
The law of radioactive decay:
• Where λ is called the decay constant. • N: undecayed nuclei,
A nuclear decay is characterized by a half-life T, the time required for one-half the nuclei to decay. Depending on the nucleus, T may
2019/5/30
Isotope mass spectrograph protons, neutrons Quake Mass defect
2
The composition of the nucleus
There are two types of nuclear particles (nucleons) known to exist within the nucleus.
particle strikes a nitrogen nucleus,
and oxygen nucleus and a proton
are produced. It can be
Induced nuclear reactions
A stable nucleus can be disintegrated by being struck with other particles. A nuclear reaction can be induced.
For example, when an alpha
2019/5/30 the masses of the reacting particles. 9 This lost mass is converted to energy
• Where λ is called the decay constant. • N: undecayed nuclei,
A nuclear decay is characterized by a half-life T, the time required for one-half the nuclei to decay. Depending on the nucleus, T may
2019/5/30
Isotope mass spectrograph protons, neutrons Quake Mass defect
2
The composition of the nucleus
There are two types of nuclear particles (nucleons) known to exist within the nucleus.
particle strikes a nitrogen nucleus,
and oxygen nucleus and a proton
are produced. It can be
Induced nuclear reactions
A stable nucleus can be disintegrated by being struck with other particles. A nuclear reaction can be induced.
For example, when an alpha
2019/5/30 the masses of the reacting particles. 9 This lost mass is converted to energy
原子物理第七章大学物理
（三）、放射性活度
N N0et
A0 N0
A dN / dt N N0et A0et
表明放射性活度随时间的衰变仍服从指数衰变规律。 单位：国际单位制中，放射性活度的单位为“贝克勒 尔”，记作“Bq”，1Bq=1次衰变/秒
10 1居里(Ci)= 3.7 10 次衰变/秒= 3.7 1010 Bq
1911：原子的核式结构；1945：原子弹；
三、原子核的组成
原子核由质子和中子组成。质子带电＋e；中子不带电。质 子和中子统称核子
几个概念
① 原子质量单位u：
12 6
C 规定的质量为12u.
1u=1.66054×10-27 kg =931.5016 MeV/c2 mn=1.007825 u, mp=1.007727 u ②原子核的符号
放射源所含放射性物质的原子核数： N
NA
A
AT1
2
放射源所含放射性物质的质量： m ( M ) N
ln 2 MAT1
2
N A ln 2
三、 放射系
1．钍(
232 90Th
)系
2．铀(
238 92U )系
235 3．锕( 92U)系
4．镎( 94 Pu )系，
241
四、放射性衰变规律在地质考古上的应用 在考古工作中，
mA M A Zme 原子核质量占原子质量的99％以上；
核外电子的行为对原子核的性质几乎无影响； 原子与原子核为微观系统的两个不同层次。
二、历史回顾
1896： 铀的放射现象；
1932：中子；
1897： 放射性元素钋和镭； 1934：人工放射性； 1899： , 射线； 1939：中子轰击铀，有中间物质产生； 1900： 射线； 1942：链式反应；
《核物理基础》PPT课件
• 因为衰变的原因，样品的放射性活度总是随时间而减 少，半衰期是描述放射性核素衰变速率的指标。
• 放射性活度因核衰变而减少到原有的一半所需要的时 间称作“物理半衰期”
• 在空气中的射程约为３－８cm，在水中或机体 内为0.06-0.16mm。
• 因其质量大，射程短，穿透力弱，一张纸即可 阻挡
• 但α粒子的电离能力很强。
精选ppt
15
2、β衰变
• 原子核发射出电子的衰变为β衰变。 • β衰变发射的射线分为β━射线或β+射线
β衰变
β━衰变 β+衰变
精选ppt
16
β衰变
• 定义是每秒一次衰变。 1Bq=1S-1
• 派生单位：千贝可，KBq；百万贝可，MBq
• 以前的专用单位是“居里”（Ci）
• 1居里是每秒3.7×1010次衰变，即3.7×1010 Bq
• 派生单位有毫居里，mCi , 即1/1000 Ci
•
微居里，μci, 即1/1000 mCi
精选ppt
31
半衰期
• 核衰变时放射出β粒子或俘获轨道电子 的衰变。
• β衰变后核素的原子序数可增加或减少 但质量数不变。
• 分β－衰变、β＋衰变和电子俘获三种 类型。
• β粒子的速度为20万km/s。
精选ppt
17
β－衰变
• 衰变时放射出β－粒子。核内中子过多 造成的不平衡。中子转化为质子的过程 。
β－
np+e-
γ
精选ppt
4
原子核的表示符号
• 目前通常用AX表示 各种核素，如131I。
精选ppt
5
2、原子核的能级
• 原子核具有一定 的能量。
原子核物理概论.ppt
p h hc 1240 fm MeV 124MeV
c 10 fm c
c
则
v p pc2 240c m mc2
—— 不可能！
另外，原子核的质子-电子假说也无法解释核自旋的实验 事实。以氮原子核为例，按照原子核的质子-电子假说，氮 核中应包含14个质子和7个电子，粒子总数是21，因为质子 和电子的自旋都是1/2，21个粒子合成的氮核的自旋是21/2， 而实际上氮核的自旋是1。
质子和中子统称为核子，海森伯认为质子和中子是核子 的两个不同状态，它们在质量上的微小差异是由电性质的不 同所引起的。在原子核内，中子是组成核的稳定粒子，但在 原子核外，中子是不稳定的，一个自由中子的寿命是888.6 s， 约为15 min，最后衰变为一个质子、一个电子和一个反中微 子，即
n p e ve
➢ 1900年，发现 射线。
➢ 1903年，卢瑟福证实 射线是氦核， 射线是电子。
➢ 1911年，提出原子的核式模型。 ➢ 1919年，实现人工核反应。 ➢ 1932年，查德威克发现中子。 ➢ 1934年，约里奥.居里夫妇发现人工放射性。
➢ 1939年，发现铀原子核裂变。 ➢ 1942年，发明热中子链式反应。 ➢ 1945年，原子弹。 ➢ 1952年，氢弹。 ➢ 1954年，苏联第一个原子能发电站。 ➢ 1958年，我国第一座重水型原子反应堆。 ➢ 1964年，我国第一原子弹试爆成功。 ➢ 1967年，我国第一氢弹试爆成功。
(1) 同位素：是质子数Z相同而中子数N不同的核素，它们 在周期表上占据同一个位置。自然界存在的元素往往是由 几种同位素所组成，并且各种同位素的含量有一定的比例， 这种比例称为同位素的丰度。
例如，自然界存在的氧有三种同位素，即 186O, 187O, 188O ， 它们的丰度分别为99.759%、0.037%和0.204%。
高中物理人教版《原子核》PPT精讲课件
() A．12.09 eV C．1.89 eV
B．10.20 eV D．1.51 eV
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命题意图：本题考查原子的能级跃迁问题，体现了模型建构的 核心素养．
光电流大 小/mA
逸出光电子的 最大动能/eV
1
4.0
弱
29
第一组 2
4．0
中
43
0.9 0．9
3
4．0
强
60
0．9
4
6.0
弱
27
第二组 5
6．0
中
40
2.9 2．9
6
6．0
强
55
2．9
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命题角度 | 光电效应规律的应用
例 2 [2019·北京卷，19]光电管是一种利用光照射产生电流的
装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流．表中给出
了 6 次实验的结果．
组
次
入射光子的 能量/eV
相对 光强
4．原子核的衰变
衰变类型
α 衰变
β 衰变
衰变方程 AZX→ZA－－24Y＋42He
AZX→Z＋A1Y＋－01e
2 个质子和 2 个中子 核内的一个中子转化成了
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3.原子核的关键词的转化:
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A.
2
3 9
8 4
P
u
发生β衰变后产生的新核为
U 2 3 4
92
B.
2
3 9
8 4
P
u
衰变为
23 9
4 2
U
,中子数减少2
C.温度升高时
P 2 3 8
94
u
的衰变会加快
D.
238 94
P
u
衰变为
U 2 3 4
92
释放的能量为(mPu-mU)c2
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【解析】选C、D。由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知:X原子核中
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A.
2
3 9
8 4
P
u
发生β衰变后产生的新核为
U 2 3 4
92
B.
2
3 9
8 4
P
u
衰变为
23 9
4 2
U
,中子数减少2
C.温度升高时
P 2 3 8
94
u
的衰变会加快
D.
238 94
P
u
衰变为
U 2 3 4
92
释放的能量为(mPu-mU)c2
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【解析】选C、D。由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知:X原子核中
第7章原子核物理概论
第七章 原子核物理概论
Manufacture :Zhu Qiao Zhong 10
J.Chadwick, (1891-1974),英. 因于1932年发现中子,获1935 年度诺贝尔物理学奖.
第七章 原子核物理概论
F.Joliot－curie,法, （1900～1958） I.Joliot－curie,法, （1897～1956） 因于1934年发现人工放射性,同获 1935年诺贝尔化学奖
轶事三则：
1）居里夫人把她千辛万苦提炼出的镭（价值100万以上法郎.他与居里所得 诺贝尔奖金7万法郎）赠送给了研究治癌的实验室.有人劝她把这些财产留给 两个女儿,居里夫人说：“我希望女儿长大自己谋生,我只留给她们精神财富, 把她们引上正确的生活道路,而绝不给她们留金钱.”
2）居里夫人淡泊名利 .一次她的一位朋友来访,看见她的小女儿正在玩英国 皇家学会刚刚颁发给她的金质奖章,惊讶地说“居里夫人,得到一枚英国皇家学 会的奖章,是极高的荣誉,你怎么能给孩子玩呢?”居里夫人笑了笑说：“我是想 让孩子从小就知道,荣誉就像玩具,只能玩玩而已,绝不能看得太重,否则就将一 事无成.”
Manufacture :Zhu Qiao Zhong 11
哈恩等人发现核裂变（1938）
哈恩（Hahn ）德 （1879～1968）
1938年,哈恩和助手斯特拉斯曼发现 铀经中子照射后产生了中间质量的元 素.接着迈特纳（曾是哈恩的助手）和 弗里什提出核裂变概念,解释了他们的 实验结果.哈恩为此 独获1944年诺贝尔 化学奖.
第七章 原子核物理概论
Manufacture :Zhu Qiao Zhong 13
分子：107 cm 原子： 108 cm 原子核： 1012 cm 质子：1013cm 电子、夸克1：016 cm
chp7_第七章：原子核物理概论
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。
第七章：原子核物理概论
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。
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。
相同粒子间
n n 0
p
p 0
不同粒子间
n p
n p
第七章：原子核物理概论
第三节:核 力 汤川通过解量子场的方程得到π 介子的质量为
m 275me
5．自旋相关性 研究表明，核力的大小与两粒子自旋的相对取向有关，自旋平 行时，核力较强，反之核力较弱。
第七章：原子核物理概论
第三节:核 力
1.电磁相互作用和光子
在经典电磁理论中，我们引入了电磁场的概念，认为电荷间的相 互作用是通过“场”来传递的，那么这种场到底是什么东西呢？
量子电动力学和量子场论告诉我们，电磁场是量子化的，这个 “场”是由“虚光子”组成的；电荷间的相互作用就是通过交换 "虚光子”实现的，与此类比，1935年,日本物理学家汤川秀树 (Yukawa)提出了核力的介子理论。
以中子数N和质子数z分别为横、纵坐标轴，标出每一核素的 位置而得到的图称核素图。
第七章：原子核物理概论
第二节:核质量
1.质量亏损 11 2
由上面的讨论我们知道，原子核由中子和质子组成，但实验表明
，核的质量并不等于相应的质子和电子质量之和，比如对元素
9 4
Be
其中性 原子的质量为 M Be 9.0121859
第七章：原子核物理概论
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。
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。
相同粒子间
n n 0
p
p 0
不同粒子间
n p
n p
第七章：原子核物理概论
第三节:核 力 汤川通过解量子场的方程得到π 介子的质量为
m 275me
5．自旋相关性 研究表明，核力的大小与两粒子自旋的相对取向有关，自旋平 行时，核力较强，反之核力较弱。
第七章：原子核物理概论
第三节:核 力
1.电磁相互作用和光子
在经典电磁理论中，我们引入了电磁场的概念，认为电荷间的相 互作用是通过“场”来传递的，那么这种场到底是什么东西呢？
量子电动力学和量子场论告诉我们，电磁场是量子化的，这个 “场”是由“虚光子”组成的；电荷间的相互作用就是通过交换 "虚光子”实现的，与此类比，1935年,日本物理学家汤川秀树 (Yukawa)提出了核力的介子理论。
以中子数N和质子数z分别为横、纵坐标轴，标出每一核素的 位置而得到的图称核素图。
第七章：原子核物理概论
第二节:核质量
1.质量亏损 11 2
由上面的讨论我们知道，原子核由中子和质子组成，但实验表明
，核的质量并不等于相应的质子和电子质量之和，比如对元素
9 4
Be
其中性 原子的质量为 M Be 9.0121859
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M
Be
4mH 5mn
9.0746278u
显然
m
M
Be
M
Be
0.062442u
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 ，
即 mN
m Zme
n
En c2
式中 me 是电子质量，En 是第n个电子的结合能。
原子核的绝对质量是非常小的，
第七章：原子核物理概论
第一节:原子核的描述
比如：12C 原子的质量仅为 1.9926781026 kg 所以国际上定义，
M v
A/ N0
4 3
R03
AN0
3A 4 r03 AN0
2 1014
(克/立方厘米)
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。
第七章：原子核物理概论
第一节:原子核的描述
在发现中子之前，人们知道的基本粒子只有电子的质子。
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。
第七章：原子核物理概论
第二节:核质量
1.质量亏损 11 2
由上面的讨论我们知道，原子核由中子和质子组成，但实验表明
，核的质量并不等于相应的质子和电子质量之和，比如对元素
9 4
Be
其中性 原子的质量为 M Be 9.0121859
另一方面，
9 4
Be
由四个氢原子（质子+电子）和五个中子构成
相应的质量和为
第七章：原子核物理概论
第一节:原子核的描述
因此早在1920年，卢瑟福就推测，核内应当存在一种与质 子质量大体相等，不带电的粒子。1932年查德维克发现中子后， 海森伯等人马上就提出了核的质、中模型。
实验表明，质子、电子的质量分别是
mp 1.007277u
mn 1.008665u
质量数均为1，即A=1，前者带一个单位正电荷，后者不带电， 两者统称核子
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
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 -
dn ~ Z 2 d
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。
第七章：原子核物理概论
原子的两个层次
第一节:原子核的描述 以电子为核心
核
原子物理 核物理
物质结构中靠的最近也是分的最开的两个层次！
核对原子的贡献
124 Mev c
v p 240c
m
显然是错误的，用相对论公式 E2 ( pc)2 (mc2 )2
注意到 pc 124Mev mc2 0.51Mev
故近视有 E pc
由此可以求得核内电子能量为
E pc 124Mev
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。
上面我们知道，核是由质子和中子构成的，那么 Z，N的不 同搭配使自然界共有多少种核呢？
一共约有2000个核素。其中天然存在的有300多个核素， （280多个稳定核素，60多个长寿命的放射性核素）；人工制造的 1600多个放射性核素。它们构成了核物理的研究对象。
以中子数N和质子数z分别为横、纵坐标轴，标出每一核素的 位置而得到的图称核素图。
质量1的2C1/12为原子质量单位，记为
1 1.66056610这27 k样g ，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 。
原子核基本情况---原子核的大小核的半径有一个经验公式
R r0 A1/3 ，其中 r0 1.2 fm
由此我们可以求得核的密度ρ是一个与A无关的常数
质量（99%） 电荷
核的其他属性对原子的影响很小
核外电子的行为对原子核的性质也几乎毫无关系
物质性质
a、原子核（如放射现象）
b、原子（或称电子）所 有物理化学属性
泾渭 分明
第七章：原子核物理概论
第一节:原子核的描述 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，
根据质量数的定义，我们很容易知道，质量数A，质子数Z和中子数 N的关系是A=Z+N，所以完整的核素符号是
A Z
X
N
比如
4 2
He2
，
N 14
77
等。
第七章：原子核物理概论
第一节:原子核的描述 在物理学中，对有一定关系的核素，有些常用的术语如下：
同位素：比如
69C, 160C, 162C
同中子素：比如
随着量子力学的诞生，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
x p ~ h 2
在核内 x 5 fm 所以，相应的电子动量为
p h 124 Mev
2x
c
第七章：原子核物理概论
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
p
h 2x
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。
第七章：原子核物理概论
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。
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。
近代物理基础 ------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 衰变
第六节 衰变
第七节 衰变
第八节 核反应 第九节 原子能的利用
第七章：原子核物理概论
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。
C 14
68
,
15 7
N8
,
C 16
88
同量异位素：比如
40 18
Ar,
K 40
19
,
2400Ca
镜核：比喻
( 13 H
2
,
3 2
He1
),
(
B 11
56
,
C 11
65
),
(
C 13
67
,
N 13
76
),
(
14 7
N8
,
O 15
87
)
。
第七章：原子核物理概论
第一节:原子核的描述 原子核的基本情况---核素图