原子核的基本性质
第九章原子核和基本粒子简介
9.4 原子核反应
放射性核衰变是不稳定核的自发转变，核反应是用具有 一定能量的粒子轰击一个原子核，使其放出某种粒子而 转变为新原子核的过程 。研究核反应的重要目的之一是 获取核能（裂变能，聚变能）。 一、 核反应的一般规律
1. 几个著名的核反应
历史上第一个人工核反应
14 7 4 1 N2 He 1 H 17 8O
、 、
0
质量介于质子和电子间，称为
介子。
1947年，在宇宙射线中发现了
介子，质量为273 me.
1949年，汤川秀树获得诺贝尔物理学奖。
0 1950年，又发现了 介子，质量为264 m
e
C.F.鲍威尔（英国人）开发了用以研究核破坏过程 的照相乳胶记录法并发现各种介子，获得诺贝尔物理学奖。
M X MY
原子核内一个质子转化为中子，同时放出一个正电子和一个 中微子。只在人工放射物中出现。
A Z
X
A Z 1
Y e e
0 1
衰变能
Ed (mX mY me )c2 (M X MY 2me )c2
4.K电子俘获 原子核俘获一个核外K层上的电子，核内一个质子变为中子，同 时放出一个中微子的过程。
1u 1 12 12 1 C原子质量 12 N 0 12
1.66055 10 27 Kg
原子核的基本性质
1871～1937 1908年诺贝尔化学奖
其他主要贡献： 14 1 17 1919年， N H O
1920年，预言中子存在。
培养了12位诺贝尔奖获奖者。
卢瑟福散射实验结论：
• 正电荷集中在原子的中心，即原子核； • 线度为10–12cm量级，为原子的10–4量级； • 质量为整个原子的99.9%以上； 从此建立了原子的有核模型。
原子核的半径,根据测量方法： 核力半径和电荷分布半径。 它们结果相近，均与 A1/3 成正比。 R r0 A1 3 13 R 1 . 20 0 . 30 A fm 电荷半径：
核力半径： R 1.40 0.10A1 3 fm 重要结论： 原子核半径近似正比于A1/3，原子核体积近似正比于A。
I gI I N
gI 核朗德因子或核的回旋磁比率，与组成原 子核的核子的磁矩，核子在核中的相对运动 磁矩都有关系，因此包含了核结构的信息。
核磁矩在 z 方向的投影为:
I ,z g I mI N
mI取值为I,I-1,I-2…,-I+1,-I。共2I+1个。
通常所说的核磁矩是 mI=I 时的取值，也就是磁 矩在z方向上投影的最大值来表征磁矩的大小，
19.2
原子核的量子性质 (自旋、磁矩和电四极矩) 1、原子核外电子的状态量子数
主量子数
角动量量子数 磁量子数 自旋量子数
第1章 原子核的基本性质(9P1.4S)
第一章原子核的基本性质
原子核的基本性质通常是指原子核作为整体所具有的静态性质。它包括原子核的电荷、质量、半径、自旋、磁矩、电四极矩、宇称、统计性质和同位旋等。这些性质和原子核结构及其变化有密切关系。本章的讨论，不仅使我们对原子核的静态性质有个概括了解，而且为讨论以后各章准备必要的知识。
§1.1 原子核的电荷、质量和半径
1．核的电荷
1911年，卢瑟福(E.Rutherford)做了如下实验：用一束α粒子去轰击金属薄膜，发现有大角度的α粒子散射。分析实验结果得出：原子中存在一个带正电的核心，叫做原子核。它的大小是10－12cm的数量级，只有原子大小的万分之一，但其质量却占整个原子质量的99.9％以上。从此建立了有核心的原子模型。由于原子是电中性的，因而原子核带的电量必定等于核外电子的总电量，但两者符号相反。任何原子的核外电子数就是该原子的原子序数Z，因此原子序数为Z的原子核的电量是Ze，此处e是元电荷，即一个电子电量的绝对值。当用e作电荷单位时，原子核的电荷是Z，所以Z也叫做核的电荷数。
不同的原子核由不同数目的中子和质子所组成。中子和质子统称为核子，它们的质量差不多相等，但中子不带电，质子带正电，其电量为e。因此，电荷数为Z的原子核含有Z个质子。可见，原子序数Z同时表示了核外电子数、核内质子数以及核的电荷数。
测量原子核电荷的方法有多种。比较精确的方法是在1913年由莫塞莱(H.G.J.Moseley)提出的。他发现元素所放出的特征X射线的频率ν与原子序数Z之间有下列关系：
AZ B
=-(1.1-1)
物理中的原子结构与原子核的组成及性质
物理中的原子结构与原子核的组成及性质一、引言
在物理学领域中，原子结构与原子核的组成及性质是重要的研究对象。本文将介绍原子结构与原子核的基本概念，探讨原子核的组成要素和性质，并阐述原子核在物理学和其他领域的应用。
二、原子结构的基本概念
1. 原子的结构
原子由带正电荷的原子核和围绕核运动的带负电荷的电子云组成。原子核由质子和中子组成，而电子则以电云的形式存在。
2. 质子、中子和电子
质子是带正电荷的粒子，质子数量决定了原子的化学性质；中子是电中性的粒子，质量与质子相近；电子是带负电荷的粒子，质量远小于质子和中子。
三、原子核的组成要素
1. 质子
质子是原子核中带正电荷的组成要素，其数量决定了原子的原子序数。质子的质量为1.673×10^-27千克，带有基本电荷1.602×10^-19库仑。
2. 中子
中子是电中性的组成要素，其数量决定了同位素的变体。中子的质量与质子相近，为1.675×10^-27千克。中子的发现为原子核提供了更多的稳定性。
四、原子核的性质
1. 原子核的质量数
原子核的质量数是指核中质子和中子的总数，它决定了同一元素不同同位素之
间质量的差异。
2. 原子核的电荷数
原子核的电荷数等于其中质子的数量。质子的正电荷与电子的负电荷相抵消，
使得原子整体呈电中性。
3. 原子核的尺寸
原子核的尺寸相对较小，尺寸大约为10^-15米数量级。与整个原子相比，原
子核的体积非常小，其中包含了绝大部分的质量。
4. 原子核的稳定性
原子核的稳定性受到质子相互排斥力和中子与质子之间的相互作用力的平衡。
稳定的原子核具有特定的质子和中子的比例，若比例失衡，则产生放射性衰变。
第一章 原子核的基本性质
mI I , I 1,..., I 1, I
e I z g I 2m mI P ' 其最大投影（记作 I ）为
（1.3-7）
e gI 2m I g I N I P
' I
（1.3-8）
e 27 =5.0508×10 A· ㎡，称之为核磁子。因为 式中 N 2m P
e e l Pl gl P l 2me 2me
（1.3-2）
s g s B Ps
（1.3-3）
和
l g l B Pl
（1.3-4）
e 式中 B 9.2740 10 24 A · m 2,称之为玻尔磁子。 2me
（2）当I≥j时，F取2j+1个值，则能级分裂为2j+1个， 则无法利用子能级数目来确定I。 从量子力学知道， PI 和 Pj的相互作用能量E正比 于 PI Pj ，即
A是常量。将（1.2-4）式两边平方：
E API Pj
2 F 2 I 2 j
（1.2-6）
P P P 2PI Pj
称为共振吸收；此时的频率称为共振频率。
h E g I N B
(1.3 12)
h gI N B
(1.3 13)
用途： 1. 测核的磁矩 2. 测磁场
2.核物理与粒子物理讲义-第一章原子核的基本性质1
M = M + M e −We N A
12 C原子质量 = 1 = 1.6605402 ×10−27 kg 1u = N 12 A = 931.49423 MeV/c2
特征能量单位：keV、MeV、GeV、TeV 103 106 109 1012 eV 1eV=1.60217733 x 10-19 J 测质量的质谱仪方法（电磁方法）：
140 150 School 160 170 190 180 Neutron number
-2
70 100 110 2004 120 130
-6
从1969至1974，美国Berkeley和俄罗斯Dubna，重离子诱发的“热熔合”，合成 了104、105和106三种元素的几个同位素。中子跑走太多，融合截面小。 1973年，Dubna小组利用40Ar+208Pb反应证实了他们提出的以双幻核为靶以减 少复合核的激发能，降低复合核裂变的竞争，提高重余核产额的想法 -“冷熔 合” 。德国GSI在1975年建成了重离子强流直线加速器、研制了重余核分离设备 SHIP和单个原子的α衰变关联测量技术，使得他们可以分离寿命短至几个微秒的 蒸发余核并测量其α衰变。从1981-1996年，GSI小组利用强流54Cr，58Fe， 62Ni，64Ni和70Zn束流轰击208Pb和209Bi靶，先后合成了Z=107－112的6种新 元素的一系列同位素。在“冷熔合”反应中，所要合成元素的生成截面随其原子序 数的增加而呈指数下降，合成Z＝112的元素已经达到目前GSI技术条件的极限。 2004年，日本的RIKEN小组利用极强的70Zn束流轰击209Bi靶合成了113号元 素。近几年来，Dubna小组考虑到“冷熔合”反应截面的减小，选择了双幻核 48Ca轰击丰中子锕系靶，通过所谓的“温熔合”来产生接近理论预言的球形超重 稳定岛的长寿命核。该实验室经过一系列艰苦的设备改造后，于1998年底开始了 Z≥114号元素的合成探索。基于单个原子的α衰变关联测量技术，先后获得了1个 289114、2个288114、2个287114、2个 292116、3个288115、1个287115和2个294118 衰变事件。尽管目前报道的实验结果已经合成到了118号元素（117号未见报 道），但被确认的结果只到112号元素，113－116和118号元素的确认需待进一 步的验证实验。
原子核物理教案
第一章原子核的基本性质Basic Properties of Nucleus
学习与思考
•一个深夜，担任英国剑桥大学卡文迪许实验室主任的卢瑟福，披着外衣来检查实验室，发现一位学生还在做实验。卢瑟福就问他：“你上午干什么了？”
学生回答：“在做实验。”卢瑟福又问：“那你下午做什么了？”学生回答：“做实验。”卢瑟福提高嗓门问：“那你晚上又做什么呢？”学生挺直了胸脯回答：“我还在做实验。”卢瑟福对他说：
“你整天做实验，还有什么时间用于思考呢？”
学习与思考
学而不思则罔，
思而不学则殆。
孔子
《论语·为政》
原子核的基本性质
为了了解原子核，人们首先是测定了它作为整体所具有的静态特性,以得一个基态核的图像。这些静态基本特征包括核的组成、质量、大小、自旋和统计性、宇称以及核的磁矩和电四极矩。这些性质的来源是和核的内部结构及其运动变化密切相关。
卢瑟福散射实验结论：
•正电荷集中在原子的中心，即原子核；10一、原子核的发现与原子的核式模型 1909年 散射试验，1911年提出原子的核式模型。
§1.1 原子核的组成、质量
•线度为10–12cm 量级，为原子的–4量级；•质量为整个原子的99.9%以上；原子的电中性，要求：
•原子核所带电量与核外电子电量相等，•核电荷与核外电子电荷符号相反。
即：核电荷Ze ，核外电子电荷–Ze 。研究专题:
如何测量Z ？
质子的发现
1919年Rutherford用a 粒子轰击14N( +14N 18O+ p) ，发现了质子。这个实验第一次实现了原子核的人工转变。1924年, Patrik Maynard Stuart Blaskett(1897-1974)had taken 23,000 photographs showing 415,000 tracks of ionized particles. Eight of these were forked.通过对a 粒子径迹的照片分析进一步证明，质子是由
原子核的基本性质
2.结合能
（1）质量亏损：
M ( Z , A) ZM ( 1H ) ( A Z )mn M (Z , A) 0
（2）结合能：
上式说明核子结合成原子核时要放出能量，或者说把原子核打碎成自由 核子要给予能量，此即结合能 B(Z,A)
B(Z , A) M ( Z , A)c2
（3）比结合能：
R 1.1 A1/ 3 fm
高能电子
3.改进公式：
R rp z1/ 3 , rp 1.64 fm
4.实验表明：对中质比大的原子核，中子的分布半径比质子的大， 出现“中子皮”，“中子晕”。
6 2
He, 48 Be
11 3
Li
5.估计核的密度
4 4 V R 3 r03 A A 3 3
（3）
当I j时，能级分裂只有两个？
利用超精细结构谱线的相对强度测定核的自旋
PI与Pj的相互作用能量E
E＝API Pj 1 ＝ A F(F+1)-I(I+1)-j(j+1) 2
2
（PF＝PI Pj）
由于能级分裂就是由于PI与Pj的相互作用能量， 所以分裂F的个数就是E的个数
设F＝I j，I j－1，I j-2， 时的相互作用能量 E分别为E1，E2，E3，
PF Pj PI , F j I , j I 1,
原子核的性质
p x
其中Δx, Δp分别为电子位置和动量的不确定性。
又因为：E 2 p2c2 me2c4
因此我们可以估计核内存在的自由电子能量。
假设忽略电子的静止质量，me=0 核的大小为5fm (1fm=10-13cm)
E
pc
c x
197 MeV 5 fm
1930年，玻特（W.Bothe）等人利用α粒子轰击锂、铍等轻元素， 发现一种贯穿能力较强的辐射，它能穿过厚的铅板被记数管记录下 来，当时认为可能是γ射线。
1930年，I. Joliot-Curie夫妇重做这个实验，用钋α源打到铍靶上， 并用所放出的那种穿透性强的“射线”去轰击石蜡，结果观测到了 反
分的精确质量值。我们知道原子核是由质子和中子组成的，但是 历史上对于原子核的组成的认识并不是一帆风顺的。
1919年，E.Rutherford通过实验：
174N 187O11H
反应发现了一种粒子，它带一个单位正电荷的电量，其质量与氢 原子核质量相等。这种粒子被称为质子。同时，用快速α粒子轰击 其他元素的原子核时也能产生这种粒子。这个发现说明了原子核内 是包括质子的。
第一章 原子核的基本性质
原子核的基本性质通常是指原子核作为整体具有的静态性质。 它包括原子核的电荷、质量、半径、自旋、磁矩、电四极矩、 宇称和统计性等。这些性质和原子核结构及其变化有密切关系。
原子核结构和核反应的物理性质
原子核结构和核反应的物理性质
在物理学领域中，原子核结构和核反应是两个重要的研究对象。原子核是构成原子的基本组成部分，它包含了质子和中子这两种粒子。了解原子核的结构和核反应的物理性质对于我们理解宇宙的形成和发展过程具有重要意义。
一、原子核结构
原子核结构是指原子核内部的组织和排列方式。根据现代物理学的研究成果，我们知道原子核是由质子和中子组成的。质子带正电荷，中子不带电荷。原子核的直径约为10^-15米，相比于整个原子的大小来说，原子核非常小。
原子核结构的研究发现，原子核内部存在着一种强相互作用力，这种力可以使质子和中子相互吸引，维持原子核的稳定。而质子之间的电荷相互作用力则使得原子核内的粒子排列成特定的方式。根据质子和中子的数量和排列方式，不同的原子核具有不同的质量数和原子序数。
二、核反应的物理性质
核反应是指原子核之间发生的相互作用过程。核反应具有以下几个重要的物理性质：
1. 反应类型
核反应可以分为两种类型：裂变和聚变。裂变是指重原子核分裂成两个或多个轻原子核的过程，聚变则是指轻原子核融合成一个重原子核的过程。裂变和聚变都会释放出巨大的能量，这也是核能的来源之一。
2. 能量释放
核反应释放的能量是巨大的。这是因为原子核内部的结合能是非常大的，当核反应发生时，一部分结合能会转化为能量释放出来。根据爱因斯坦的质能方程
E=mc^2，质量和能量之间存在着等价关系，所以即使是微小的质量差异也会释放
出巨大的能量。
3. 反应速率
核反应的速率是由原子核之间的相互作用力和碰撞频率决定的。在核反应中，
原子核之间需要克服相互之间的静电斥力才能接近，当碰撞的能量足够大时，核反应才能发生。因此，核反应的速率与原子核的能量和温度有关。
原子核的结构和性质
原子核的结构和性质
原子核是构成物质的基本组成部分之一，也是具有重要性质的微观物质体系。研究原子核的结构和性质，对于深入了解物质的
基本本质具有重要意义。本文将从原子核的组成、结构、性质等
多个角度来阐述原子核的重要性。
一、原子核的组成
原子核是由质子和中子两种基本粒子组成的，其中质子(即氢核)带正电荷，中子不带电。原子核的电荷数与质子数相等，而中子
数却未必相等。一个原子核的元素符号可以用原子序数Z(即质子数)和中子数N来表示。例如，氦核的元素符号是He，其质子数
为2，中子数为2，即He-4，是由2个质子和2个中子组成的。
原子核的大小与目前已知物质中的最小粒子-量子比较相当，通常用其半径来表示，一般来说，原子核的半径在非重元素的原子
核中在1×10^-14m以上，而在重元素中会更大一些。
二、原子核的结构
原子核的结构是由质子和中子之间的相互作用来决定的。这种
相互作用强烈而短程，只作用在半径为10-14厘米的范围内，并具有强烈的核力，是由原子核内的强子(质子和中子)之间的相互作用决定的。
原子核由质子和中子组成，并被电子云包围。由于原子核的尺
度远小于电子云的尺度，因此原子核对其周围电子云的贡献相对
较小。因此电子云可以进一步分析核的性质，同时核对于其反应
以及核内的核反应等方面的性质是非常重要而且具有特殊性质的。原子核中的质子和中子互相呈现出一定的排布，形成了不同的结
构模式，如球形结构、椭球形结构、三棱锥结构等。
三、原子核的性质
原子核具有非常独特的性质，其中一些性质非常有价值，而有
些性质则被认为是危险因素。原子核的性质与其所含的质子和中
原子核的基本性质
性。
35 35
第35页，本讲稿共63页
（4）原子核的宇称：
一个原子核的宇称不会改变、除非发射或吸收具有 奇宇称的光子或其它粒子（光子宇称是奇性），原子核的 称决定于：
{ li =
偶数,宇称为偶
奇数,宇称为奇
li 为组成原子核的各核子 l 值的总和
有自旋，且自旋都为1/2，因此具有固有角动量（自旋角动
量），与电子一样，都是
。
3
核子在核内还有轨道运动，核子的自旋和2轨道角动量
的矢量和就是原子核的角动量,习惯上也称它为原子核的
核自旋，并用PI表示， PI是量子化的。
PI I (I 1)
I 称为核自旋量子数。
21 21
第21页，本讲稿共63页
A为奇数的原子核，I一定是半整数，A为偶数 的原子核，I一定是整数。所以，A为奇数的原子核 是费米子，A为偶数的原子核为玻色子。下表列出 了一些原子核基态时的I值。
2、PI在某特殊方向投影的数值为；
PIZ MI, MI I, I 1, I 1,I
MI称为核磁量子数。PIZ的最大值：PI=I
通常用来表示核角动量的大小.若以为单位, 则角动量的大小就可用I来表示。
22 22
第22页，本讲稿共63页
原子核 I
n
原子核的性质
a<b ,Q<0
表6.3
原子核 Q(10-28)m2 0 0 +.000273 +0.02
n
1 1 2 1 7 3
H H Li N O Cl In Lu Sb
14 7 17 8
+0.02
-0.005 -0.0789 +1.14 -0.30
35 17
113 49 121 51 175 71
+5.90
F=I+J,I+J-1,…I-J
如果JI, F有2I+1个值;如果IJ,F有2J+1个值。不同F 的状态具有不同能量，于是原来不考虑核自旋（F=J为定值） 的能级又分裂成（2I+1）或（2J+1）个子能级。
二、原子核的磁矩
1、核子的磁矩
原子核内的质子带电，它的“轨道”运动 产生“轨道磁矩”，另外质子和中子本身还有 与自旋相关的磁矩，理论和实验都证明原子 核和核子都具有磁矩，中子和质子的磁矩为：
q=+Ze
二、原子核的质量与质量数
原子核的另一重要特征是它的质量。
MN = MA– Zme
原子质量单位：
1 12 12 1 1u C原子质量 12 N 0 12 1.66055 10 27 Kg
原子质量 = 原子量×原子质量单位
原子核物理知识点归纳 (1)
1-1 当电子的速度为 2.510
答：总能量
E mc 2
8 m
me c 1 v
s2c12时，它01.的51动132能..051和026总能量0.各92为4多M少eV？
动能
T
me
c
2
1
1 v c 2
1 ຫໍສະໝຸດ Baidu 0.413MeV
1-2.将 粒子的速度加速至光速的 0.95时， 粒子的质量为多少？
答： 粒子的静止质量
m0
M 2,4
2m e
M 2,4
4
2,4
931.4940
4.0026u
粒子的质量
m m0 4.0026 12.8186u 2.1281023
1 2 1 0.952
1-6
当质子在球形核内均匀分布时，原子核的库仑能为 E
c
3 5
e2 Z (Z 1) 4 0 R
。试计算
13 6
C
和
173 N 核库仑能之差.
答：
13 6
C
和
13 7
N
核库仑能之差为
E C
3e 2 4 50
76 65 1.5131 3 1015
原子核物理和粒子物理简介
1 2 N0
T1
N0e 2
T1
2
ln2
0.693
平均寿命
每个原子核衰变前存在的时间的平均值。
原子核的寿命：
L t(dN )0tNdt0tN0etdtN 0
平均寿命： L 1 N0
平均寿命与半衰期的关系：
T1 2
ln 2
放射性活度（放射性强度） 一个放射源在单位时间内发生的核衰变次数。
2、具有少于84个质子的原子核，质子数和中 子数均为偶数时，其核稳定。
3、质子数或中子数等于2，8，20，28，50，
82，126的原子核特别稳定。
幻数
24He18O 6 2802P8 b
4、中子数和质子数之比n/p=1时原子核稳定， 比值越大，稳定性越差。
二、原子核衰变
不稳定的原子核会自发地转变成另一种核而同时 放出射线，这种变化叫放射性衰变。
+衰变是原子核内质子转变成中子，同时放出一个
正电子和一个中微子
11P01n10ee
射线是光子流， 是在衰变或衰变后形成新核时辐射出来的。
放射性衰变过程遵守电荷守恒、质量数守恒、能量守恒、 动量守恒、角动量守恒。
Z AX A Z 42Y24He
Z AX Z A 1Y1 0e~ e
Z AX Z A 1Y1 0ee
三、放射性衰变定律
t时刻样品中有N个核，在dt时间内有dN个发生衰变
哈尔滨工程大学原子核物理课件01原子核的基本性质
•核力作用半径 由核散射、核反应等确定，近似地 =R2 为核反应截面。 通常： R≈rA1/3, r =(1.4~1.5) fm , 1fm=10-15m
1 fermi = 1.0 x 10−15 metres = 1 femtometre = 0.001 picometre = 1000 attometres
Biblioteka Baidu
例：入射离子带单位电荷，B=0.3580 T，R=0.05 m，加速电压V=672 V时离 子电流出现最大值则离子的质量为多 少？该原子的质量数为多少？
M=3.8110-26 kg A=23 能否判断为何种核素？
http://www.nndc.bnl.gov/
应用
4. 核的半径
原子核近似为球形，可定义半径或平均半径 （10-15~10-14m)。 “虚”表面，半径的定义模型相关。 核的大小的测量：电子、中子、质子散射，反 应截面测量等。
核的磁矩μ ：
磁矩z方向投影的取值有几个？
核磁共振法测磁矩 将被测样品放在一个均匀的强磁场 B中（≈1T） ，由于核具有磁矩μI， 它在磁场中与 B作用获得附加能量：
output 30Hz
塞曼效应
产生的本质区别
核磁共振
2.0 10-19C 5.2 10-19C 8.0 10-19C
2. 核的电荷
– 原子为电中性，所以Q原子=Q核+Q电子=0。 – Q核=Ze，e为元电荷~1.610-19C。Z又称为核电 荷数。
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原子核物理基础
概论
原子核是原子的中心体。研究这个中心体的性质、特征、结构和变化等问题的一门学科称为原子核物理学。
一、原子核物理的发展简史
1.1886年 Bequenel发现天然放射性。进一步研究表明，放射性衰变具有统计性质；放射性元素经过衰变（α，β， ）；一种元素会变成另一种元素，从而突破了人们头脑中元素不可改变的观点。
2.1911年 Rutherford α粒子散射实验，由α粒子的大角度散射确定了原子的核式结构模型。
3.1919年α粒子实验首次观察到人工核反应（人工核蜕变）。使人们意识到用原子核轰击另外的原子核可以实现核反应，就象化学反应一样。
4.1932年查德威克中子的发现表明原子核由质子和中子构成，中子不带电荷，易进入原子核引起核反应。
在这件大事中，实际上有我国物理学家的贡献。根据杨振宁先生的一篇文章介绍，我国物理学家赵忠尧在1931年发表了一篇文章，文中预言了中子的存在，但查德威克看了之后未引用，故失去了获得诺贝尔奖的机会。
5.20世纪40年代核物理进入大发展阶段（引用科学史材料）：
（1）1939年Hahn发现核裂变现象；
（2）1942年Fermi建立第一座链式反应堆，这是人类利用原子能的开端；
（3）加速器的发展，为核物理理论和核技术提供了各种各样的粒子流，便于进行各种各样的研究；
（4）射线探测器技术的提高和核电子学的发展，改变了人类获取实验数据的能力；
（5）计算机技术的发展和应用，一方面进一步改进了人们获取数据，处理核数据的能力，另一方面提供了在理论上模拟各种核物理过程的工具。
例如模拟反应堆中中子的减速、慢化过程等物理过程。
二、核物理的主要研究内容
核物理学可以分为理论和应用两个方面。理论方面是对原子核的结构、核力及核反应等问题的研究。同其它基础研究一样，是为了了解自然、掌握自然规律，为更好地改造自然而开辟道路的。另一方面是原子能和各种核技术的应用，包括民用与军用。这两方面的研究相互联系，相互促进，相互推动向前发展。
三、学习中的要求
掌握基本概念、基本规律、基本计算方法，学习思考问题的基本方法等。
四、读物
［日］片山泰久，量子力学的世界，科学出版社，1983。
［美］Ｉ.阿西莫夫，原子能的故事，科学出版社，1980。
冯端，冯步云，熵，科学出版社，1992。
阅读科普读物掌握一点常识。
第一章原子核的基本性质
概述
原子核的基本性质指原子核作为整体所具有的静态性质。基本性质包括核电荷、质量、核半径、自旋、磁矩、宇称和统计性质等。这些基本性质与核的结构及其变化是有联系的，但在本章中不讨论核的变化及过程。
一、原子的核结构模型
Ｊ.Ｊ.Ｔhomson 1903年的西瓜模型 1909年Ｅ.Ｒutherford的核式结构模型（大角度粒子散射）
二、核的组成及核物理研究的层次
原子核物理学是研究核的特征、结构及其变化等问题的一门学科。核由质子和中子构成，统称核子。在核物理中，对核也划分出基本的研究对象，而不再追究其内部结构。这些基本对象按质量的大小可分为：
轻子：质量很小或等于零的粒子，如电子，光子，中微子等；
重子：如质子、中子等；
介子：质量介于轻子和重子之间的粒子如π+、π－、μ＋μ－
等。
三、核与原子壳层
(a)核与核外电子通过库仑力结合在一起；
(b)核子与核子(质子、中子)通过核力结合在一起；
(c)核的状态变化影响电子的状态及变化。
§1.原子核的电荷、质量、大小
Rutherford的α粒子散射实验确立了原子的有核模型。原子核这个中心体的电荷、质量、大小又如何?这是本节要讨论的。
1.核的电荷
原子作为整体是电中性的,因而核带的电荷量等于核外电子的电荷量,但两
者的符号相反。通常我们的规定,电子带负电荷,核带正电荷。单个电子带电荷量为－e(e=×10-19C)。核外电子数是该原子的原子序数Z。总核外电子的电荷量为-Ze，因此核带的电荷量为+Ze。用e作为单位时,核的电荷数为Z。
由于中子不带电荷,质子带正电荷,原子序数Z表示了核外电子数、原子序数及原子核的电荷数。
测量核电荷数的一种较精确的方法是1913年提出的。他发现元素放出的特征X射线的频率γ与原子序数Z之间有如下关系:
B
AZ
v-
=
式中A，B对一定范围内的元素为常数。
因此，只需要测出特征X射线的频率ν,就可以计算出Z。而ν可用光谱的方法测出。参见褚圣麟《原子物理学》P226。
2.原子核的质量
若忽略核外电子的结合能引起的原子质量的变化,原子核的质量是原子质量与核外电子质量之差。由于原子核的质量不便于直接测量,通常是测量原子质量(实际上是测量离子--部分电离的原子)来推知原子核的质量。（质谱仪）
在一般的计算过程中,只需利用原子的质量因为若核变化过程的前后电子数目不变,电子的质量可以自动相消。
(1)原子质量单位
由于一个原子的质量很小,通常不用宏观的质量单位Kg或者g,而采用原子的质量单位μ,其定义如下:1μ=12C原子静止质量的1/12。
μ与g的单位换算如下: 1μ=1Mol碳原子/N
A ×1/12=12克/ N
A
×1/12=×10-24(g)
式中N
A 是阿伏伽德罗常数。1Mol物质含有N
A
个原子，从计算的角度看, N
A
是宏
观单位g与微观单位μ的比值. N
A
=1(g)/1(μ)=×1023个。当用μ作质量单位时,核质量数用A表示。
(2)测量原子质量的方法:用质谱仪测量原子的质量。其原理是带电粒子(原子的离子)在磁场中的偏转。
设离子的初速度为0,则离子经电压为V的加速电场后的速度满足
1/2Mv2=qV
式中M为离子的质量,v为速度,q为电荷量,V为电压。具有速度为v的带电粒