原子物理学-原子核物理的对象

迄今为止发现2000多个核素，其中300多个天 然核素(280多个稳定核素，60多个放射性核素)， 其余是自1934年以来人工合成的放射性核素。
核素图
核素的稳定区：稳定核素几乎全落在
一条光滑曲线上或紧靠其两侧,
此区域称核素的稳定区.
对于轻核,这条曲线与直
线N＝Z重合,当N、Z
增大至一定数值后,
稳定线逐渐向
位于稳定线
N＞Z的方
上侧的为缺中子
向偏离.
核区,下侧为丰中子核区.
中子数和质子数过多或过少
的核素都不稳定.
中科院近物所.新核素图.114种元素.3070个核素
(4)
Stable and unstable nuclei: balance of numbers of protons and neutrons
第七章
原子核物理概论
主要内容
32 原子核物理的对象 33 核的基态特性之一:核质量 34 核力 35 核的基态特性之二:核矩 *36 核模型 37 放射性衰变的基本规律 38 α衰变 39 衰变 40 γ衰变 41 核反应 42 裂变与聚变:原子能的利用
§32 原子核物理的对象
下面一条极限 线为中子泄漏线， 线上中子结合能为零。
核素(nuclide)图
(1)原子的中心：原子核 线度、质量 原子核的电荷：q Ze
(2)历史回顾 1896年,贝克勒尔发现铀的放射现
象；
1897年,居里夫妇发现钋和镭；
1899-1900年，发现、、 射线；
1903年，卢瑟福证实 射线是氦核， 射线是电子；
1911年，卢瑟福提出原子核式模型； 1919年，卢瑟福首次实现人工核反应：
1952年，美国实现轻元素的热核爆炸； 1954年，苏联建成第一个原子能发电站； 1958年，我国建成第一座重水型原子反
应堆； 1964年，我国成功试爆原子弹； 1967年，我国成功试爆氢弹。
（3）原子核(nucleus)的组成
★原子核由质子和电子组成？
•微观粒子的波动性（以氦核为例）
=2d≈10fm 非相对论
原
子
核
表
示
符
号
：ZAX
（
N
或AX）
N： 核 内 中 子 数 ；
Z： 核 内 质 子 数 ；
A N Z：核内的核子数，
即质量数。
原子核对原子性质起主要贡献的是 核的质量和电荷。
元素的物理、化学性质或光谱特性 主要与核外电子有关，而放射性现 象则归因于原子核。
核外电子的行为对原子核的影响甚 微,可不予考虑。
核素相关概念
元素:质子数相同的一类原子.
核素:具有相同质子数和相同中子数的一类原子核.
同位素:Z相同但N不同 同中子异位素:N相同但Z不同
例如 例如
235U ,238U
2 1
H
,
3 2
H
e
同量异位素:A相同但Z不同.
同质异能素:A和Z均相同但 能量状态不同.
例如
40 18
Ar
,1490K
例如 60Co,60 mCo
原子质量单位u：同位素12C原子质量的1/12
1u
12 6.022 1023
1 12
g
1.66 1027
kg
核子中质子子((nperuottroonn))：：mmpn
1.008665u 1.007277u
nucleon
原子核质量数A：原子的质量都接近于 一个整数,这个整数称为…原子核的质 量一般可用质谱仪测定，其测量精度可 达10-6
p
h
hc
c
1240fm MeV 10fm c
124 MeV c
v
p m
pc2 mc2
124c MeV 0.511MeV
240c
相对论
E2 (pc)2 (mc2 )2
pc 124 MeV mc2 0.511MeV
E pc 124MeV
•核自旋 （以氮核为例）
★原子核由质子和中子组成
核
150
素
100
stable alpha decay beta decay electron capture positron emission fission
N=Z
(nuclide)
50
图
0 0
20
40
60
80
100
proton number Z
稳定核素(黑方块)、实验已发现的核 素(在两条曲折线范围内)以及理 论预告的核素(在两条实线 范围内).上面一条实 线称为质子泄漏 线、线上质子 结合能为零
用粒子从氮核中打出质子；
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，小居里夫妇发现人工放射性； 1939年，重核裂变现象被发现，玻尔
和惠勒提出重原子核裂变的液滴模型 理论；
1942年，费米等发明热中子链式反应 堆；
1945年，美国制造出原子弹；原子弹 在日本广岛分裂；