第七章-原子核物理PPT课件
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1947年，鲍威尔在宇宙射线中发现了介子，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
( ) 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 ,
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
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。
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;
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
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
(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
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
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。
例如符号：
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。
第七章 原子核物理概论源自文库
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;
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。
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
( ) 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 ,
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
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
.
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(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。
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;
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
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
(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
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
mp 1.00727u7
1932年，查德威克发现了中子 :
24He49B e16C 201n mn 1.0086u65
.
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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。
例如符号：
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
.
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三、核素图
.
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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。
第七章 原子核物理概论源自文库
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;
首次建立的核衰变纲图及部分研究过的核素
.
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§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。