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(完整版)原子核物理导论(一)PPT文档

7. Nuclear Collisions and Reactions 14. Nuclear and Particle Astrophysics
Nuclear Physics ≠ Nuclear Bomb !!
Aims
•To study the general properties of nuclei •To examine the characteristics of the nuclear force •To introduce the principal models of the nucleus •To discuss the spontaneous decay of nuclei including
those far from the region of stability •To study nuclear reactions, in particular fission and fusion •To introduce detectors •To discuss the practical applications of nuclear physics •To develop problem solving skills in the above areas
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原子核物理第一章课件2

T=1的态是同位旋三重态（T3=1,0,-1）;T=0的态是同位旋单态，T3=0
A个核子组成的原子核，总同位旋 ˆ ˆ T ti ; T3 t3i
i 1 i 1 A A
1 1 质子的t3 ,中子的t3 ，所以 2 2 1 A 原子核的T3 ( Z N ) Z 2 2 由此可见，同一种核素的所有能态都有相同的T3值。
式中A是归一化系数。可以由上式证明，每个核子的波函数的宇称为(-1) l，即决定于轨道量子数的奇偶性。所以原子核的总宇称决定于核内所有核子的轨道量子数li的总和，原子核的宇称，则可写为
N (1)
i 1
A
i
原子核宇称的测定：
实验上是通过核衰变或核反应使原子核状态发生改变来获得核的宇称知识的。
另一些粒子, 如光子等, 其内禀宇称为奇, 即
1
如果考虑到粒子的内禀宇称，上述 n个粒子体系的总宇称为
1 2 n (1)
l1 l 2 l n
原子核是由中子和质子组成的体系，其总宇称应该等于所有核子的内禀宇称与轨道宇称的乘积。已知质子和中子的内禀宇称为偶宇称，所以原子核的宇称决定于它所包含的核子的轨道宇称。原子核内每个核子可以近似看作是在由其他核子提供的中心力场中独立运动，所以它们的波函数必定可以写为
1 2
N
各个粒子的轨道角动量分别为 l 1 , l 2 , , l n 则这体系的的总宇称为
( 1)
l1 l2 ln
《原子核物理》第一章原子核的基本性质
作为微观粒子，还应该有内禀宇称，它和粒子内部结构有关。其宇称可由核素性质表查得，例如质子、中子、电子等的内禀宇称为偶，即
160CoFra bibliotek的衰变实验进行检验。１９５７年，吴健雄等人进行了这一实验，并证实了这一结论。

原子核课件

2、体积：原子核的体积近似地与质量数成正比：
V
4 R3
3
A
4 3
r03
AV0
原子核
3、密度：
M V
Au V
Au
A
4 3
r03
3u
4 r03
u= 1.6610-27Kg ; r0 = 1.4 fm
1017 Kg / m3=1014 / m3
密度大得惊人！原子核是物质紧密集中之处！核的质量密度是水的密度的1014倍，也是地球平均密度的1014倍。
• 原子核的一个重要特征是它的电荷。由卢瑟福的原子核式结构模型可知： • 原子序数为Z的原子的中心有一个带有正电量为Ze的原子核。即a q=+Ze Z是原子序数，e是基本电荷，其数值为一个电子电量的绝对值。
原子核
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
原子核
三、原子核的成分
早先人们只知电子和质子这两种基本粒子，当发现原子核可放出电子（β衰变），自然使人们推测核是由电子和质子组成的。但这引起许多矛盾。其中，不确定关系指出核“装不下”电子。1932年查德威克发现了中子后，才知核是由质子和不带电的中子组成的，它们的质量相近
mn 1.00866u5 mp 1.00727u7 海森伯统称它们为核子，并认为质子和中子仅仅是核子的两种不同状态（同位旋 1 2 ）。
）由相距为
0.023埃的两条线组成,D2线
由1 相58距95.为93 A0 .021
埃的两条线组成.这就是原子光谱的超(2精 5细88结9.9构6 A。)
3P
3S (a)
5893A D
5896A D1

第一章_原子核物理讲义

利用相对论关系，核内电子能量 E≈PC≧124MeV
可是，没有任何实验迹象能表明原子核内存在如此高能的电子。直到1932年，查德维克（J.Chadwick）发现了中子，人们才搞清楚了核的基本组成。中子发现后不久，海森伯（W.Heisenberg）很快就提出了原子核是由质子和中子所组成的假设，得到一系列实验事实的支持，有人把发现中子的年代当作原子核物理诞生的年代。
注意到，一般数据表中又常用质量过剩（mass excess）△(Z,A)来表示相应的原子质量M（Z，A），且用相应能量来表示，即定义：
2 ( Z , A ) [ M ( Z , A ) A u ] c
(1.3.3)
可见，知道了△(Z,A)，即可得 M(Z,A)。引入可对计算带来不少方便。于是，结合能可改写为：
§1.1原子核的组成
1、原子的中心——原子核
1909年卢瑟福的学生盖革（H.Geiger）和马斯顿(E.Marsden)用α粒子轰击原子时，发现α粒子被反射回来的几率有约八千分之一。卢瑟福根据实验事实，于1911年提出原子的“核式结构模型”。
他认为正电荷和原子质量集中在原子中心 R≤10-12cm的小范围内，这就是原子核。核外电子在核的库仑场中运动，这种核式结构决定了原子的性质。盖革和马斯顿继续进行系统实验研究，并充分肯定了这一理论的正确性。随后，尼·玻尔（N.Bohr）又将量子说应用于原子的有核结构，成功地解释了氢原子的光谱。
图1.2.1 一些核的电荷分布
定义电荷从0.9ρ0下降到0.1ρ0的距离为边界厚度t，则由（1.2.4）式 : t=(4ln3)a=4.4a (1.2.5) 对不同核，a近似于常数，即t近似于常数，如图1.2.1。由ρ（r），得均方根半径 <r2>1/2。

哈尔滨工程大学原子核物理课件01原子核的基本性质

质量数（整数）=质子数+中子数
元素符号
原子序数（整数） =质子数
A Z
X
核素（nuclide）有确定的质子数和中子数同位素（isotope）质子数相同的一类核素同中子素（isotone）中子数相同的一类核素同量异位素（isobar）质量数相同的一类核素同核异能素（isomer）有同样的质子数与中子数，但能量不同的核素
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
a散射实验的一些推论
• • • •
原子核：~10-14m, 原子：~10-10m 占有99.9%以上的原子质量 Q原子=Q核+Q电子=0 Z= 原子序数=核电荷数
1. 构成 • 质子、电子
1919年卢瑟福：a+14N->H+17O
Z质子 Z质子
由于电场作用，将不能稳定存在！！！
Z电子
V
i 1
原子质量质量单位
核质量
核外电子质量
电子结合能
[qU]=[E]
特征能量单位： keV 103 MeV 106 GeV 109 TeV 1012 eV 1eV=1.60217733 10-19 J
原子单位amu: atomic mass unit 1 amu=16O原子质量/16 1u = 1.000318 amu 中子质量、质子质量、电子质量？
n
i
nV
V
i 1
n

第一章原子核物理基础

超新星——宇宙新标尺
尽管超新星非常亮，但放在浩瀚的宇宙之中，也只是微弱的一点。如何寻找超新星？这意味着研究团队必须彻查整个天空，来寻找遥远的超新星。诀窍就在于，比较同样的一小块天空拍摄于不同时间的两张照片。这一小块天空的大小，就相当于你伸直手臂时看到的指甲盖大小。第一张照片必须在新月之后拍摄，第二张照片则要在3个星期之后，抢在月光把星光淹没之前拍摄。
接下来，两张照片就可以拿来比对，希望能够从中发现一个小小光点，即CCD图像中的一个像素——这有可能就是遥远星系中爆发了一颗超新星的标志。只有距离超过可观测宇宙半径1/3的超新星才是可用的，这样做是为了消除近距离星系自身运动而带来的干扰。两个研究小组总共观测了约50颗遥远的“Ia型超新星”，并于1998年得到了一致的结论：宇宙的膨胀速度不是恒定的，也不是越来越慢，而是不断加快。
1、宇宙膨胀来自“超新星”大爆炸超新星（即大质量恒星）爆炸的概念是1934年由茨维基和巴德提出的。他们猜测当一些恒星寿命结束时将会塌缩，然后发生爆炸，其亮度可达到十亿甚至百亿个太阳的亮度，巴德和茨维基也观测到了一些超新星。宇宙中其实有两种不同的超新星：一种是茨维基最早提出的核塌缩超新星，另一种其爆炸机理不同，现在一般认为是白矮星（质量比较低的恒星比如太阳在燃尽核燃料后就会变成白矮星）从其伴星中吸积（吸积是围绕年轻恒星的星盘入面的碎片渐渐变大,最后形成行星的过程;即是天体通过引力 “吸引”和“积累”周围物质的过程。）物质，到一定程度后再发生核爆炸。但有趣的是，茨维基和巴德最早观测到的超新星都是后面这种他们所未曾想到过的类型，他们把这种发生爆炸的白矮星称为“Ia型超新星”。
"宇宙” 宇宙英语中叫cosmos，在俄语中叫 кocMoc ，在德语中叫kosmos ，在法语中叫cosmos。它们都源自希腊语的 κoσμoδ，古希腊人认为宇宙的创生乃是从浑沌中产生出秩序来，κoσμoδ其原意就是秩序。但在英语中更经常用来表示“宇宙”的词是universe。此词与universitas有关。在中世纪，人们把沿着同一方向朝同一目标共同行动的一群人称为universitas。在最广泛的意义上，universitas 又指一切现成的东西所构成的统一整体，那就是universe，即宇宙。universe和cosmos常常表示相同的意义，所不同的是，前者强调的是物质现象的总和，而后者则强调整体宇宙的结构或构造。而在汉语中，宇代表了所