第十章 原子核 - 山东大学物理实验教学中心

第十章 原子核

一、学习要点

１．原子核的基本性质

（１）质量数Ａ和电荷数Ｚ；

（２）核由Ａ个核子组成，其中Ｚ个质子（p ）和N=Ａ－Ｚ个中子（n ）；

（３）原子核的大小:Ｒ＝r 0A 1/3 , r 0≈ (1.1~1.3)⨯10-15 m ，ρ=1014 t/m 3═常数

(4)原子核自旋角动量:P I =() 1+I I ,核自旋投影角动量I I M M P I I Iz ,,-== 原子的总角动量:P F = () 1+F F (其中F ＝I +J ,I +J -1,……,|I -J |.

若I >J ， F 取2J ＋1个值；若J I <，F 取2I ＋1个值

原子的总投影角动量F F M M P F F Fz .,, -== 原子光谱和能级的超精细结构―核自旋与核外电子的相互作用

(5）核磁矩：I p I P m e g 2=μ, 核磁子B p m e μβ1836

12≈= (6)原子核的结合能、平均结合能、平均结合能曲线 E = [Zm p +(A -Z)m n -M N ]c 2=[ZM H +(A -Z)m n -M A ]c 2， 1uc 2=931.5MeV ，A E E =

2.核的放射性衰变：

（1）α、β、γ射线的性质

（2）指数衰变规律：t e N N λ-=0 ，t e m m λ-=0 ，λ2ln =

T ，λτ1=

放射性强度：000,N A e A A t λλ==-

（3）放射系

（4）α衰变（位移定律、衰变能、条件、机制、推知核能级）

（5）β衰变：β能谱与中微子理论，费米弱相互作用理论；β-衰变、β+衰变、轨道电子俘获（EC ）（K 俘获）（位移定则，衰变能，实质，条件，核能级等）

（6）射线的探测：防护与应用；

（7）γ衰变：γ跃迁、内转换；

3．核力：性质、汤川秀树、π介子理论；

4．原子核结构模型：

（1）液滴模型

（2）外斯塞格质量（结合能）半经验公式

（3）壳层模型（了解）

5．核反应

（1）历史上几个著名核反应

（2）守恒定律

（3）核反应能及核反应阈能及其计算

（4）核反应截面和核反应机制

（5）核反应类型

（6）重核裂变（裂变方程、裂变能、裂变理论、链式反应）

（7）轻核裂变（聚变能、热核聚变的条件、类型等）

二、基本练习

1．褚书 P369 1，2，3，6，7，8，9

2．选择题：

（1）可以基本决定所有原子核性质的两个量是：

A 核的质量和大小 B.核自旋和磁矩 C.原子量和电荷 D.质量数和电荷数

(2)原子核的大小同原子的大小相比，其R 核／R 原的数量级应为：

A ．105 B.103 C.10-3 D.10-5

(3)原子核可近似看成一个球形，其半径R 可用下述公式来描述：

A.R ＝r 0A 1/3

B. R ＝r 0A 2/3

C. R ＝3034r π

D.R=334A π

(4)试估计核密度是多少g/cm 3？

A.10；

B.1012

C.1014

D.1017

(5)核外电子的总角动量 6=J P ,原子核的总角动量 12=I P ,则原子的总角动量() 1+=F F P F ,其中F 为原子的总角动量量子数,其取值为

A.4,3,2,1;

B.3,2,1;

C.2,1,0,-1,-2;

D.5,4,3,2,1

(6)已知钠原子核23Na 基态的核自旋为I=3/2,因此钠原子基态32S 1/2能级的超精细结构为

A.2个;

B.4个;

C.3个;

D.5个

(7)若某原子其电子轨道量子数L=2,自旋量子数S=0,核自旋量子数I=3/2,则该原子总角动量量子数为

A.7/2,5/2,3/2,1/2；

B. 7/2,5/2,3/2,3/2,1/2;

C. 7/2,5/2,3/2,3/2,3/2,1/2；

D.条件不足,得不出结果.

(8)若电子总角动量量子数J=1/2,原子核自旋角动量量子数I=3/2, 则原子总角动量量子数F 的取值个数为

A.4个;

B.3个;

C.1个;

D.2个

(9)氘核每个核子的平均结合能为1.11MeV ,氦核每个核子的平均结合能为7.07 MeV .有两个氘核结合成一个氦核时

A.放出能量23.84 MeV;

B.吸收能量23.84 MeV;

C.放出能量26.06 MeV;

D.吸收能量5.96 MeV,

(10)由A 个核子组成的原子核的结合能为2

mc E ∆=∆,其中m ∆指

A.Z 个质子和A-Z 个中子的静止质量之差；

B.A 个核子的运动质量和核运动质量之差;

C. A 个核子的运动质量和核静止质量之差；

D. A 个核子的静止质量和核静止质量之差

(11)原子核平均结合能以中等核最大, 其值大约为

A.8.5~7.5MeV ；

B.7.5~7.7MeV ；

C.7.7~8.7MeV ；

D.8.5~8.7MeV

(12) 氘核每个核子的平均结合能为1.09MeV ,氦核每个核子的平均结合能为7.06 MeV.有两个氘核结合成一个氦核时,其能量的变化为

A.23.88 MeV ,氦核比氘核稳定;

B. - 23.88 MeV , 氦核比氘核稳定;

C. 23.88 MeV ，氦核没有氘核稳定；

D. - 23.88 MeV , 氦核没有氘核稳定.

(13)原子核的平均结合能随A 的变化呈现出下列规律