第七章-原子核物理PPT课件
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第7章原子核物理概论
数年后,当居里夫人想在故国波兰华 沙假设一个镭研究院治疗癌症时,美国 公众再次为她捐赠了第二克镭.
居里夫人在工作中遭受了大剂量的辐射.后来长期患恶性贫血 症.弗列德利克·约里奥曾检验过她当年的实验记录本,发现全都 严重沾染了放射物.她当年用过的烹调书,50年后再检查,还有放 射性.
第七章 原子核物理概论
【教学重点】 核力和核矩；放射性衰变的基本规律；和裂
变和核聚变。 【教学难点】核力和核结构。
第七章 原子核物理概论
Manufacture :Zhu Qiao Zhong 3
§7-1 原子核的描述
一、历史回顾 贝克勒尔发现放射现象（1896）
1896年,贝克勒尔发现钠盐的放射现象.
这是人类历史上第一次在实验室里观察 到原子核现象,是核物理学的开端.
第七章
原子核物理概论
Nuclear physics introduction
教材:原子物理学,杨福家,高教社,2008第四版 制作:红河学院理学院 Zhu Qiao Zhong
目录
第七章 原子核物理概论
§7-1原子核物理的对象 §7-2核力 §7-3核的基态特性之一：核质量 §7-4核的基态特性之二：核矩 *§7-5核模型
贝克勒尔是研究荧光和磷光现象的世家子弟,
于1892年担任巴黎自然历史博物馆教授 ,而此
职位是他祖父和父亲曾担任过的…
贝克勒尔,1852-1908 法,与居里夫妇共同获
偶然？必然？ 伦琴发现X射线后,彭加勒(法)认为“X射
线可能跟荧光属于同一机理”, 建议贝克勒 尔验证,终于发现钠盐有预期效果.同时发现
§7-5放射性衰变基本规律 §7-6 α衰变 §7-7 β衰变 §7-8 γ衰变 §7-8核反应和核能的利用
居里夫人在工作中遭受了大剂量的辐射.后来长期患恶性贫血 症.弗列德利克·约里奥曾检验过她当年的实验记录本,发现全都 严重沾染了放射物.她当年用过的烹调书,50年后再检查,还有放 射性.
第七章 原子核物理概论
【教学重点】 核力和核矩；放射性衰变的基本规律；和裂
变和核聚变。 【教学难点】核力和核结构。
第七章 原子核物理概论
Manufacture :Zhu Qiao Zhong 3
§7-1 原子核的描述
一、历史回顾 贝克勒尔发现放射现象（1896）
1896年,贝克勒尔发现钠盐的放射现象.
这是人类历史上第一次在实验室里观察 到原子核现象,是核物理学的开端.
第七章
原子核物理概论
Nuclear physics introduction
教材:原子物理学,杨福家,高教社,2008第四版 制作:红河学院理学院 Zhu Qiao Zhong
目录
第七章 原子核物理概论
§7-1原子核物理的对象 §7-2核力 §7-3核的基态特性之一：核质量 §7-4核的基态特性之二：核矩 *§7-5核模型
贝克勒尔是研究荧光和磷光现象的世家子弟,
于1892年担任巴黎自然历史博物馆教授 ,而此
职位是他祖父和父亲曾担任过的…
贝克勒尔,1852-1908 法,与居里夫妇共同获
偶然？必然？ 伦琴发现X射线后,彭加勒(法)认为“X射
线可能跟荧光属于同一机理”, 建议贝克勒 尔验证,终于发现钠盐有预期效果.同时发现
§7-5放射性衰变基本规律 §7-6 α衰变 §7-7 β衰变 §7-8 γ衰变 §7-8核反应和核能的利用
初中物理核能与原子能PPT
由重的原子核 （bù）等才能发生核裂变。这
（主要是指铀 些原子的原子核在吸收一个中
核或钚核）分 子以后会分裂成两个或更多个
裂成两个或多 质量较小的原子核，同时放出
个质量较小的 二个到三个中子和很大的能量，
原子的一种核 又能使别的原子核接着发生核
反应形式。
裂变……
2.3-核聚变
• 由质量小的原子，主要是指
1967年，我国氢弹实验成功。
1991年，我国第一所核电站投入使用。
——04——
核电站与核原料生产
4.1-核电站原理
• 核电站是一种以核反应为热力源的热电厂，以热能驱动蒸汽涡轮
发动机并连接至发电机发电，其核心设备是核反应堆。
• 现在使用最普遍的核电站为压水式反应器核电站，具体工作原理
是铀制成的核燃料在反应堆内进行核裂变并释放出大量热能；高
5.3-天然放射现象
• 1896年，法国物理学家贝克勒尔在研究铀矿的荧光现象时发现，
含铀的矿物能使黑纸里的照相底片感光。由此断定，铀能自发地
放出穿透性很强的射线。物质放射这种射线的性质叫做放射性。
具有放射性的物质原子核自发地放出射线后，变成另一种原子核，
这种现象叫做天然放射现象，这种变化叫做原子核的衰变。
235的相对质量=
235.0439299
137的相对质量= 137.327
97的相对质量= 97.276
1
0的相对质量= 1
质量损失∆ ≈ 0.56
转化的能量∆ = 2 ≈
200
2.7-实际的情况
• 在核裂变过程中，很难实现所有铀原子完全裂变，因此以上铀235
握的最大质能转化方式。但核聚变和核裂变都只能将质量极小一
部分转化为能量，未来还有更大效率的质能转换方式吗？
（主要是指铀 些原子的原子核在吸收一个中
核或钚核）分 子以后会分裂成两个或更多个
裂成两个或多 质量较小的原子核，同时放出
个质量较小的 二个到三个中子和很大的能量，
原子的一种核 又能使别的原子核接着发生核
反应形式。
裂变……
2.3-核聚变
• 由质量小的原子，主要是指
1967年，我国氢弹实验成功。
1991年，我国第一所核电站投入使用。
——04——
核电站与核原料生产
4.1-核电站原理
• 核电站是一种以核反应为热力源的热电厂，以热能驱动蒸汽涡轮
发动机并连接至发电机发电，其核心设备是核反应堆。
• 现在使用最普遍的核电站为压水式反应器核电站，具体工作原理
是铀制成的核燃料在反应堆内进行核裂变并释放出大量热能；高
5.3-天然放射现象
• 1896年，法国物理学家贝克勒尔在研究铀矿的荧光现象时发现，
含铀的矿物能使黑纸里的照相底片感光。由此断定，铀能自发地
放出穿透性很强的射线。物质放射这种射线的性质叫做放射性。
具有放射性的物质原子核自发地放出射线后，变成另一种原子核，
这种现象叫做天然放射现象，这种变化叫做原子核的衰变。
235的相对质量=
235.0439299
137的相对质量= 137.327
97的相对质量= 97.276
1
0的相对质量= 1
质量损失∆ ≈ 0.56
转化的能量∆ = 2 ≈
200
2.7-实际的情况
• 在核裂变过程中，很难实现所有铀原子完全裂变，因此以上铀235
握的最大质能转化方式。但核聚变和核裂变都只能将质量极小一
部分转化为能量，未来还有更大效率的质能转换方式吗？
原子原子核PPT课件
4．C
9．6.59×1014J 10．527g 11．（1）42∶1（2）α粒子要转109圈 Po核转84圈才能相遇，故两次相遇 时间间隔△t=109Tα．
质子发现(卢瑟福) 中子的发现(查德威克)
原子核同步练习题
一、选择题 (共6小题, 时间7分钟)
1. U 经过3次α衰变和2次β衰变, 最后得到的原子核中的质子数为 A．92 B．88 C．138 D．226
238 92
2．在下列4个核反应式中， x表示了中子的是哪些
A. N H e O X
质子发现(卢瑟福) 中子的发现(查德威克)
1.枣糕结构原子模型 (汤姆生)
(实验基础：电子的发现)
阴极射线
气体放电
原 子 结 构
2.核式结构原子模型 (卢瑟福)
(实验基础： α粒子散射实验)
规律：绝大多数、少数
氢原子能级(En=E1/n2)
跃迁( hv =E初－E末） 轨道量子化（rn= n2r1)
原子
原子核
(单元复习)
2003.3.22
1.枣糕结构原子模型 (汤姆生)
(实验基础：电子的发现)
阴极射线
气体放电
原 子 结 构
2.核式结构原子模型 (卢瑟福)
(实验基础： α粒子散射实验)
规律：绝大多数、少数
氢原子能级(En=E1/n2)
跃迁( hv =E初－E末） 轨道量子化（rn= n2r1)
6．某原子核A经过P次α衰变，Q次β 衰变后变成原子核B，则 A．核A的质量数比核B的质量数多4P个 B．核A的质子数比核B的质子数多 （2P-Q）个 C．核A的中子数比核B的中子数多 （2P+Q）个 D．核为A的中性原子中的电子数比核 为B的中性原子中的电子数少 （ Q - 2P)个
原子核物理卢希庭ppt
1H2 2H
0.001548;2H3
112C 2
0.042306;12C1H4 16O
0.036386,
求核素1H、2 H和16O的原子质量。
2M(1H)-M(2H)=a 3M(2H)-1/2M(12C)=b M(12C)+4M(1H)-M(16O)=c 由以上三式可以解得 M(1H)=1+1/6(3a+b) M(2H)=2+1/3b M(16O)=16+2/3(3a+b)-c
第一章习题
1-1 A 利用课本上的公式
AZ B
A, B已知（书上第四页）
E h (其中h是常数为6.63 1034 )
B 上课讲的公式
2-2质谱仪工作原理
1 M 2 qV (1)
2
qB M 2 (2)
R
q M
2V B2R2
即M
qB2 R2 2V
由1，2可以解出
M A 1.66 1027
原子核在两相邻子能级间跃迁。
2.1 已知224 Rn的半衰期3.66 d,问一天和十天中分别衰变了多少份额？ 若开始有1 μg，问一天和十天中分别衰变掉多少原子？
解：由N N0et知
衰变的份额： =（N0
N） N0
（1 et）=（1
e ） t ln 2T1 2
一天衰变的份额： =（1 e0.6933.66）=0.172=17.2%
由题意可知12 6
C的最低激发态T
1,T3
1 2
(Z
N)
0
T 1 Z N 1 2
Z N 2，2Z 12 2
Z
5或7;
对于12 7
N，T3
1;152B,T3
《高三物理原子核》课件
总结
通过学习本课件，你将深入了解原子核的基本知识和性质，掌握放射性现象、核反应、核能利用等方面的知识。 希望这些内容能够对你的高考物理考试有所帮助。让我们一起探索原子核的神秘世界！
探索核素与同位素的概念，了解它们之间的关系和特点。
原子核基本性质
介绍原子核的质量数、原子序数、核电荷数、核自旋等基本性质。
章节二：放射性现象和核反应
1
放射性现象
解释放射性现象的基本概念，探讨放射性衰变及其特征。
2
核反应
详细介绍核反应和核能的概念，并提供计算核能的方法。
核裂变和核聚变
定义核裂变和核聚变，并通过实例深入了解这两种核反应。
《高三物理原子核》PPT 课件
欢迎来到《高三物理原子核》的PPT课件。通过本课件，我们将深入探讨原 子核的基本结构和性质，放射性现象与核反应，以及核能利用与环境控制。 准备好与我们一同探索原子核的奥秘吧！
章节一：原子核的基本结构和性质
原子核组成
了解原子核的组成和成分，揭开其神秘的内部结构。
核素和同位素
章节三：核辐射与核能利用
核辐射的本质和危害
探讨核辐射的本质以及它对人体和环境的危害。
辐射防护与措施
介绍辐射防护的方法和措施，保护人们免受核辐射 伤害。
核能利用的方法和设备
深入了解核能利用的主要方法和设备，探索它们在 现代社会中的重要作用。
核能与环境的关系和控制
探讨核能与环境的关系，并提供相关的环境控制措 施。
最新第7章-原子核与粒子物理PPT课件
衰变条件
ii． 衰变：
MX MY
Z AXZ A 1Ye
E ( m X m Y m e ) c 2 ( M X M Y 2 m e ) c 2
iii．电子俘获（K俘获，L俘获）
Z AXeZ A 1Y
原子核俘获一个核外轨道上的电子转变为另一个核的过程
衰变的本质：衰变时一个中子转变为质子或反之，而 轨道俘获其本质就是俘获轨道电子而转变为中子。
0
238 238t
0
N0235 e0.836t N238
0
t 59(亿年）
2. 衰变
Z AXA Z42Y4 2He
m(m Xm Ym )
m X M X Z m em Y M Y ( Z 2 ) m em M H e 2 m e
衰变能
E ( m X m Y m ) c 2 ( M X M y M H e ) c 2
4. 衰变
原子核通过发射光子 从激发态跃迁到较低能态 的过程
X* X
E EiEj h
§7.５ 原子核反应
原子核反应：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。
(1) 历史上第一个人工核反应
174 N24H e18O 711H (２) 第一个在加速器上实现的核反应
p 12 C 13 N 13 N 13 C e v p 13 C 14 N p 14 N 15 O 15 O 15 N e v p 15 N 12 C
4p 2e2v2.6 7MeV
关于太阳：引力约束等离子体。每天燃烧的氢，相当于每秒爆炸900亿颗百万吨级的 氢弹。碳循环周期 6x106年，质子循环周期 3x109年。太阳外层温度6000K, 中 心温度15,000,000K。
第七章 原子核物理
魏扎克(Weizacker)公式:
B aV A aS A2 / 3 aC Z 2 A1 / 3 asym ( Z N )2 A1 BP B壳
对称能 偶偶核 1 奇A核 0 奇奇核-1 对能
aP A1 / 2
从实验定出:
aV = 15.8 MeV
aS = 18.3MeV
二、原子核的组成
1919年,卢瑟福发现了质子：
4 2 1 He14N 17 O1 p 7 8
质子：带一个单位正电荷
m p 1.007277 u
1932年，查德威克发现了中子 :
4 9 1 He 4 Be12 C 0 n 2 6
mn 1.008665 u
原子核是由质子p和中子n组成，质子和中子统称为核子。原子核 中的核子数、质子数和中子数分别以 A、Z 和 N 表示，它们满足 关系
衰变条件：E0＞0，即
(b) 衰变：
M X MY
A A 0 XZ 1Y 1e Z
E0 ( m X mY me )c 2 ( M X M Y 2me )c 2
衰变条件： E0＞0，即 M X M Y 2me (c) K俘获：原子核俘获一个核外轨道上的电子而转变为另一 A 0 个原子核的过程。 Z X 1 e Z AY 1
2 Q Z( c2 a2 ) 5
电四极矩是量度原子核电荷偏离球对称的程度.
§33
放射性衰变的基本规律
放射性衰变：核素自发地放射出某种射线而变成另一种核素的现象。 已经发现的放射性衰变模式：
1．衰变：放出带两个正电荷的氦原子核。
2．β衰变：放出电子(或正电子),同时放出反中微子(或中微子)。 3．γ衰变：放出波长很短(小于0.01nm)的电磁辐射。 4．自发裂变：原子核自发分裂为两个或几个质量相近的原子核。 放射现象的研究是获悉原子核内部状况的重要途径之一。
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%。
原子物理-原子核物理
图731表示了由于核子能级分裂所出现的幻数壳层模型在解释幻数和原子核基态的许多性质如自旋磁矩宇称等方面比较成功但该模型视核子为独立粒子在一个平均场中运动这就大大地简化了实际情况要比这复杂得多模型各有成功之处也各有局限性它们都只反映了一部分实际情74原子核的放射性衰变在发现的二千多种核素中绝大多数都是不稳定的它们会自发地蜕变变为另一种核素同时放出各种射线这种现象称为放射性衰变
表7.1.1
3. (1) 我们在第六章已经学过电子的磁矩为：
预测
在斯特恩提出问题后的两个月，他给出 的实验结果竟是
对于中子，因为中子不带电，原有的理论就不仅给出g n,l =0， 而且给出g n,s =0。但是，
中子不带电，与轨道角动量相联系的磁矩为零，这十分自然。但 是，与自旋角动量相联系的磁矩却不为零，这表明，虽然中子整体 不带电，但它内部存在电荷分布。中子自旋磁矩的符号与电子一致 ，因此，它与电子一样，自旋指向与磁矩相反。
(3) (4)非有心力的存在
3.
P=n+π+ n= p+π - p=p±π0 n=n±π0
图7.2.2π介子作为核力的传播子 §7.3 7.3.1液滴模型 :(1)原子核的结合能近似地正比于核中的核子 数A，即比结合能近似为常数，这说明核子间相互作用力具有
(2)核物质密度近似为常数，表示原子核不可压缩，这也与液 体的不可压缩性相似
对于原子核，许多实验事实表明，当组成它的质子数或中子数 等于2，8，20，28，50，82，126这些数字时，原子核特别稳定 。这些数字称为幻数。
幻数的存在使人们想到，原子核内也可能存在着与原子类似的 壳层结构，核内的质子和中子按泡利不相容原理和能量最低原理 分别填充自己的壳层，当质子数和中子数均为幻数时正好填满一 个壳层。
表7.1.1
3. (1) 我们在第六章已经学过电子的磁矩为：
预测
在斯特恩提出问题后的两个月，他给出 的实验结果竟是
对于中子，因为中子不带电，原有的理论就不仅给出g n,l =0， 而且给出g n,s =0。但是，
中子不带电，与轨道角动量相联系的磁矩为零，这十分自然。但 是，与自旋角动量相联系的磁矩却不为零，这表明，虽然中子整体 不带电，但它内部存在电荷分布。中子自旋磁矩的符号与电子一致 ，因此，它与电子一样，自旋指向与磁矩相反。
(3) (4)非有心力的存在
3.
P=n+π+ n= p+π - p=p±π0 n=n±π0
图7.2.2π介子作为核力的传播子 §7.3 7.3.1液滴模型 :(1)原子核的结合能近似地正比于核中的核子 数A，即比结合能近似为常数，这说明核子间相互作用力具有
(2)核物质密度近似为常数，表示原子核不可压缩，这也与液 体的不可压缩性相似
对于原子核，许多实验事实表明，当组成它的质子数或中子数 等于2，8，20，28，50，82，126这些数字时，原子核特别稳定 。这些数字称为幻数。
幻数的存在使人们想到，原子核内也可能存在着与原子类似的 壳层结构，核内的质子和中子按泡利不相容原理和能量最低原理 分别填充自己的壳层，当质子数和中子数均为幻数时正好填满一 个壳层。
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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
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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mp 1.00727u7
1932年，查德威克发现了中子 :
24He49B e16C 201n mn 1.0086u65
.
3
原子核是由质子p和中子n组成，质子和中子统称为核子。原子核
中的核子数、质子数和中子数分别以 A、Z 和 N 表示，它们满足
关系
A=Z+N
• 一种原子核，用符号
A Z
X
表示。
例如符现了介子，称为 介子，
有 、 、 0 三种， 质量分别为:
m m - 27 .3m 3 e mπ0 =26m 4e
.
12
No Image
不同核子的相互作用通过发射或吸收 介子而产生，相当于两
核子之间的位置发生交换，核力为交换力。
.
13
§32 核的基态特性之二:核矩
首次建立的核衰变纲图及部分研究过的核素
.
6
§30 核的基态特性之一:核质量
一、 原子核的质量亏损和结合能
mZmp Nmn
原子核质量亏损 m
m Zp m N n m ZH M N n M m
原子核的结合能，用 B 表示
B m 2 Z cH M N n M m c 2
B 也代表把原子核拆散时所需做的最小功的数值。
(3) 在质量数小于30 的原子核中，比结合能的数值就其总的趋势来讲是随 A
的增大而增大，但有明显的起伏。.
8
二、半经验质量公式
1935年,魏扎克(Weizacker)根据液滴模型给出了一个半经验核 质量公式.将原子核比作一个密度极大的、不可压缩的液滴。
原子核结合能的半经验公式:
BBVBSBC
体积能
四、电四极矩
对于任意的带电体系,它在x 处产生的电势为
4 1 0 r ∫ d 4 V 1 0 r 2 ∫ z d 4 1 0 V r 3 ∫ 2 1 ( 3 z 2 - r 2 ) d . V .
原子核的电偶极矩恒等于零,电四极矩定义为:
∫ Q=1 ρ(3z2-r2)dV
e
当 Q = 0 时，核电荷分布呈球形 Q > 0 时，呈长椭球形 Q < 0 时，呈扁椭球形
aV A
表面能
aS A2 / 3
库仑能 3 1 Z(Z1)e2
5 40
R
魏扎克(Weizacker)公式:
B a V A a S A 2 / 3 a C Z 2 A 1 / 3 a s( y Z m N ) 2 A 1 B P B 壳
对称能
.
对能
偶偶核 1
奇A核 0 aPA1/ 2
1942年,费米等发明热中子链式反应堆;
1945年,奥本海默领导的美国洛斯.阿拉莫斯实验室制成快中子链式反应装置;
1952年,泰勒等实现了轻元素的热核爆炸;
.
2
1954年,苏联建成第一个原子能发电站;
二、原子核的组成
1919年,卢瑟福发现了质子：
24He17N 4 18O 71 1p
质子：带一个单位正电荷
( ) μp
= e 2mp
l+gp,ss
gp,s =5.6
μp,s =2.79μN
n2em n(gn,llgn,ss)
gn,l 0 gn.,s =-3.82
μn,s=-1.91μN 14
三、核磁矩
质子、中子和原子核都具有磁矩，核磁矩为
μ I= gIμNI
μ I , z = g I μ N m I m I = I , I - 1 ,. - ( I - . 1 ) .- I ,
1911年,卢瑟福提出原子的核式模型;
1919年,卢瑟福首次实现人工核反应;
1932年,查德威克发现中子;海森伯提出原子核由质子和中子组成;
1934年,约里奥.居里夫妇发现人工放射性;
1939年,哈恩和史特拉斯曼在用中子轰击重元素铀的实验中,发现有中间质 量的元素产生;梅特纳和弗里什提出用铀原子核分裂成两半的产物解释实验 结果;玻尔和惠勒提出了重核裂变的液滴模型理论;
一、核自旋
原子核具有角动量，常称为核自旋，它是核内 A 个核子
的自旋角动量和轨道角动量的矢量和。
实验发现,原子核基态的自旋量子数有如下规律:
奇A 核的自旋量子数都是半整数。 偶 A 核的自旋量子数都是整数，其中偶偶核的自旋
都为零；
二、核子磁矩
核磁子 μN=2em p=3.15× 21-08eV/T
~1017m
(2) 饱和性。
核子只与它相邻的核子有相互作用。 B∝A
.
11
(3) 核力与电荷无关。
Fpp=Fnn=Fpn
(4) 核力与自旋有关。
两核子之间的核力与它们的自旋的相对取向有关。
二、核力的介子理论
1935年，汤川秀树提出了核力的介子理论：核力是一种交换力， 核子之间通过交换某种媒介粒子而发生相互作用，并估计这种媒介 粒子的质量约为电子静止质量的200倍，介于质子和电子质量之间， 故称为介子。
32 15
P
• 同位素： Z 相同而 N 不相同的原子核。
例如：29325U,
U 238
92
• 同中子异位素： N 相同而 Z 不相同的原子核。
例如：
31 15
P,
3126S
• 同量异位素： A 相同而 Z 和 N 不相同的原子核。
例如：
3 1
H,
23He
.
4
三、核素图
.
5
兰州近代物理研究所利用HIRFL合成的新核素、
核子的平均结合能(比结合能) : B/A
.
7
➢讨论
质量数A
(1) 轻核和重核的比结合能都小于中等质量原子核的比结合能，这一事实是 核能得以利用的基础。
(2) 获得核能的途径有两个：重核裂变和轻核聚变。
(2) 质量数在 30 以上的原子核中，比结合能随 A 的变化不大，近似为一
常量。这显示了核子只与邻近核子作用，核力具有饱和性。
9
奇奇核-1
从实验定出:
aV=15.8MVe aS=18.3MVe aC=0.72MVe
aSym =23.2MVe aP=1.12MVe
.
10
§31 核力
一、核力的基本性质
(1) 短程、强相互作用。
强
电磁
相对强度 1
力程
~10-15m
10 2
大于 1014,m核力消失。
弱 万有引力
10 -13
10-39
第七章 原子核物理概论
主要内容: 1.原子核物理的研究对象 2.原子核的基态特性 3.天然放射性 4.核反应及原子能的利用
.
1
§29 原子核物理的研究对象
一、历史回顾
1896年,贝克勒尔发现了铀的放射现象;
1897年,居里夫妇发现放射性元素钋和镭;
1899年,1900年发现 ,射线和 射线;
1903年,卢瑟福证实了射线是带正电的氦原子, 射线是电子;
1932年，查德威克发现了中子 :
24He49B e16C 201n mn 1.0086u65
.
3
原子核是由质子p和中子n组成，质子和中子统称为核子。原子核
中的核子数、质子数和中子数分别以 A、Z 和 N 表示，它们满足
关系
A=Z+N
• 一种原子核，用符号
A Z
X
表示。
例如符现了介子，称为 介子，
有 、 、 0 三种， 质量分别为:
m m - 27 .3m 3 e mπ0 =26m 4e
.
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No Image
不同核子的相互作用通过发射或吸收 介子而产生，相当于两
核子之间的位置发生交换，核力为交换力。
.
13
§32 核的基态特性之二:核矩
首次建立的核衰变纲图及部分研究过的核素
.
6
§30 核的基态特性之一:核质量
一、 原子核的质量亏损和结合能
mZmp Nmn
原子核质量亏损 m
m Zp m N n m ZH M N n M m
原子核的结合能，用 B 表示
B m 2 Z cH M N n M m c 2
B 也代表把原子核拆散时所需做的最小功的数值。
(3) 在质量数小于30 的原子核中，比结合能的数值就其总的趋势来讲是随 A
的增大而增大，但有明显的起伏。.
8
二、半经验质量公式
1935年,魏扎克(Weizacker)根据液滴模型给出了一个半经验核 质量公式.将原子核比作一个密度极大的、不可压缩的液滴。
原子核结合能的半经验公式:
BBVBSBC
体积能
四、电四极矩
对于任意的带电体系,它在x 处产生的电势为
4 1 0 r ∫ d 4 V 1 0 r 2 ∫ z d 4 1 0 V r 3 ∫ 2 1 ( 3 z 2 - r 2 ) d . V .
原子核的电偶极矩恒等于零,电四极矩定义为:
∫ Q=1 ρ(3z2-r2)dV
e
当 Q = 0 时，核电荷分布呈球形 Q > 0 时，呈长椭球形 Q < 0 时，呈扁椭球形
aV A
表面能
aS A2 / 3
库仑能 3 1 Z(Z1)e2
5 40
R
魏扎克(Weizacker)公式:
B a V A a S A 2 / 3 a C Z 2 A 1 / 3 a s( y Z m N ) 2 A 1 B P B 壳
对称能
.
对能
偶偶核 1
奇A核 0 aPA1/ 2
1942年,费米等发明热中子链式反应堆;
1945年,奥本海默领导的美国洛斯.阿拉莫斯实验室制成快中子链式反应装置;
1952年,泰勒等实现了轻元素的热核爆炸;
.
2
1954年,苏联建成第一个原子能发电站;
二、原子核的组成
1919年,卢瑟福发现了质子：
24He17N 4 18O 71 1p
质子：带一个单位正电荷
( ) μp
= e 2mp
l+gp,ss
gp,s =5.6
μp,s =2.79μN
n2em n(gn,llgn,ss)
gn,l 0 gn.,s =-3.82
μn,s=-1.91μN 14
三、核磁矩
质子、中子和原子核都具有磁矩，核磁矩为
μ I= gIμNI
μ I , z = g I μ N m I m I = I , I - 1 ,. - ( I - . 1 ) .- I ,
1911年,卢瑟福提出原子的核式模型;
1919年,卢瑟福首次实现人工核反应;
1932年,查德威克发现中子;海森伯提出原子核由质子和中子组成;
1934年,约里奥.居里夫妇发现人工放射性;
1939年,哈恩和史特拉斯曼在用中子轰击重元素铀的实验中,发现有中间质 量的元素产生;梅特纳和弗里什提出用铀原子核分裂成两半的产物解释实验 结果;玻尔和惠勒提出了重核裂变的液滴模型理论;
一、核自旋
原子核具有角动量，常称为核自旋，它是核内 A 个核子
的自旋角动量和轨道角动量的矢量和。
实验发现,原子核基态的自旋量子数有如下规律:
奇A 核的自旋量子数都是半整数。 偶 A 核的自旋量子数都是整数，其中偶偶核的自旋
都为零；
二、核子磁矩
核磁子 μN=2em p=3.15× 21-08eV/T
~1017m
(2) 饱和性。
核子只与它相邻的核子有相互作用。 B∝A
.
11
(3) 核力与电荷无关。
Fpp=Fnn=Fpn
(4) 核力与自旋有关。
两核子之间的核力与它们的自旋的相对取向有关。
二、核力的介子理论
1935年，汤川秀树提出了核力的介子理论：核力是一种交换力， 核子之间通过交换某种媒介粒子而发生相互作用，并估计这种媒介 粒子的质量约为电子静止质量的200倍，介于质子和电子质量之间， 故称为介子。
32 15
P
• 同位素： Z 相同而 N 不相同的原子核。
例如：29325U,
U 238
92
• 同中子异位素： N 相同而 Z 不相同的原子核。
例如：
31 15
P,
3126S
• 同量异位素： A 相同而 Z 和 N 不相同的原子核。
例如：
3 1
H,
23He
.
4
三、核素图
.
5
兰州近代物理研究所利用HIRFL合成的新核素、
核子的平均结合能(比结合能) : B/A
.
7
➢讨论
质量数A
(1) 轻核和重核的比结合能都小于中等质量原子核的比结合能，这一事实是 核能得以利用的基础。
(2) 获得核能的途径有两个：重核裂变和轻核聚变。
(2) 质量数在 30 以上的原子核中，比结合能随 A 的变化不大，近似为一
常量。这显示了核子只与邻近核子作用，核力具有饱和性。
9
奇奇核-1
从实验定出:
aV=15.8MVe aS=18.3MVe aC=0.72MVe
aSym =23.2MVe aP=1.12MVe
.
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§31 核力
一、核力的基本性质
(1) 短程、强相互作用。
强
电磁
相对强度 1
力程
~10-15m
10 2
大于 1014,m核力消失。
弱 万有引力
10 -13
10-39
第七章 原子核物理概论
主要内容: 1.原子核物理的研究对象 2.原子核的基态特性 3.天然放射性 4.核反应及原子能的利用
.
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§29 原子核物理的研究对象
一、历史回顾
1896年,贝克勒尔发现了铀的放射现象;
1897年,居里夫妇发现放射性元素钋和镭;
1899年,1900年发现 ,射线和 射线;
1903年,卢瑟福证实了射线是带正电的氦原子, 射线是电子;