原子核物理习题答案 卢希庭版全
原子核物理(卢希庭)课后习题习题第5、6章
+ 7 m n − ∆ m ( 8 ,15 ) + 8 m n − ∆ m ( 7 ,15 ) (1 )
Ed
−
1
= [ m ( 8 ,15 ) − m ( 7 ,15 ) − m e ] c 2 = [m
p 1 0
− m n + ∆ m ( 7 ,15 ) − ∆ m ( 8 ,15 ) − m e ] c 2 n → 11 H + e − + ν
A − 14 EK = Ed A
第六章习题
6-1
3 3 利用核素质其, 能的其其的其Em。 利用核素质其,计计1 H → 2 He 的β能的其其的其 。 能的其其的其
衰衰中的其其的其Em其电等对衰衰的 其电等对衰衰的。 解:β衰衰中的其其的其 其电等对衰衰的。 衰衰中的其其的其
试试试试试态下的 、 a ) 衰 衰衰 D ; 、 b ) β 粒 中 粒 粒 的 其 E β ;
E 、 c ) β 与 β 能其其的其 E m 基支 E β / E m .
解:
ln 2 V * (N A * 2) 、 a)衰衰衰 D = A = λN = T Vmol 0.693 2.57 *10 −3 23 = * 6.02 *10 * *2 12.33 * 365 * 24 * 3600 22.4 = 2.46 *1011 s −1
7 4
7 Be + e − → 3 Li + ν
P2 E d2 PR2 0.87 2 ER = = ν = = MeV = 58eV 2 2 m R 2m R 2m R c 2 * 7 * 931.5
6-6
P的 β 粒中其其的其 Em = 1.71MeV,计计放射 β 粒中和 原中核的其其大大的 E R .和和放中两中和核的其 其大大的 E Rν 。
原子核物理(修订版)习题解答 卢希庭
R12
2mpU1 eB12
对4He: R12 meHBe(U22 偏2 转同样的轨道)
则
B2
mHeU 2 其B12中 2mpU1
U1 1.3106V U2 2.6106V
B1 0.6T故可解得 B2 1.2T
1.4 解:原子核半径
1
R r0 A 3
其中:
故可得:
4 2
H的e 半径
14077A的g 半径
ln 2 T1/ 2
m M
NA
则235U的半衰期为:
T1/ 2
ln 2 N A M
1 A/m
0.693 6.0221023mol1
1
235g
80.0Bq
2.221016 s 7.0108 a
mg
即235U的半衰期为7.0 108 a
2.7
解:当该核素β放射性强度Iβ随时间的变化是 a 衰变与β衰变共同作用的结果
2
R
RB
其中 U=1000 V R=0.182 m B=0.1 T
故可解得: v 1.099105 m / s
2qU
由 m v可2 解得
m 2.6531026kg
离子质量数 A m 16 1u
1.3 解:由 1 mv2 qU和
2
mv2 qvB R
对质子: mp eR12B12 / 2U1
I
2 mR2
5 则质子的能量为 P I
又因为原子的磁矩为
3 2
2 2
Rd 2 R sin 2
R sin
2
4
3
R 2
由 4 R2 ,e 则
5 3e 12m
g
p
e 2m
原子核物理(卢希庭)课后习题习题第5、6章
b
Ed (88,223) (82,209) (6,14)
VC (r)
Z1Z 2
1
1
6 82
1
1
A13 A23 143 2093
EK
A 14 A
Ed
试计算: (i)223Ra发射14 C的动能Ek 和库仑势垒Vc ;
(ii)53mCo发射质子的动能E k 和库仑势垒Vc。
解得Ed 58
(1
m mY
)EK
()
利用m 4 ( A为母核质量数) mY A 4
Ed
(
A
4
4
)
EK
粒子的动能
A4 EK ( A )Ed 子核的反冲能
4
4
EY Ed EK ( A 4)EK A Ed
223 88
R
a164C
P 209
[M (13H ) M (23He)]C 2
=(14.950MeV-14.931MeV)
=19keV
6-2
4273V既可以产生 衰变;也可以产生K俘获,已知 的最大能量
为1.89keV , 试 求K俘 获 过 程 放 出 的 中 微 子的 能 量E 。
为母核质量)
Ed
(
A
A
4
)
EK
EK
(
A
A
4
)
Ed
EY
Ed
EK
(
A
4
4
)
EK
4 A Ed
利用核素质量,计算226 Ra的
原子核物理习题答案_卢希庭版综述
其中,T1
分别为考虑两种衰变时的衰变常量和半衰期
2
I
I et
ln
2 T1
2
0
ln I (t) ln I 0 (t) t ln 2T1 2
由数据线性拟合结果
ln 2 T1 2
0.23
T1 2 3.01 min
2-8、假设地球刚形成时,235U和238U的相对丰度为1:2,试求地球年 龄。
解:设地球的年龄为t,则:
40 Ca:Z=20,A=40,B 337.3
56 Fe:Z=26,A=56,B 487.2
206 Pb:Z=82,A=206,B 1624.8
2.18试由稳定线的(2.7-1)式分别确定57 Ni和140 Xe经衰变生
成的 稳定性核素,并分别写出它们的 衰变链。
解: 衰变后核素质量数不变
由Z
解:设质子密度均匀,匀速转动
角动量
L
r0 2
r2drd (r sin )2 r2dr sin3 d d r 2
8r05
00 0
15
m 4r2 3 3m 4 r2
L 2r02m 3
5
2
1
r0
53
4m
2
0
2 r0
sin
T
r0d
(r0
sin )2
其中
e
4 r02
N1 et N2
ln 2
0.8
N1 N2
t
ln 0.8 T1 2 ln 2
T1 2
代入数据可得:
t 1844.6a
2.10. 已知人体的碳含量为18.25%,问体重为63 kg的人体相当于活度为
多少Bq和微居里的放射源。
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6
1-7
原子核同位旋量子数T满足下列关系
1 Z N T 1 Z N ,T最大值 1(Z N)
2
2
2
T最小值 1 2
ZN
T3 , 对于核的基态具有最小的T值。
原子核的T3
1 2
(Z
N)
Z
A 2
7
1-8同位旋多重态的定义:对于核子数A 相同,自旋和宇称也相同,而且同位旋量 子数T也相同,只有T3不同的各个态。
十天衰变的份额: =(1 e100.6933.66)=0.849=84.9%
t时间后衰变掉原子数:n=
m
M
NA
开始有1 μg
一天衰变的原子数:n
0.172 10-6 224
6.02 1022
4.62 1014
十天衰变的原子数:n
0.849 10-6 224
6.02 1022
2.28 1015
13
9
1-9. 设质子是一个密度均匀具有角动量为 3 h的球,且质子的所有 2
电荷均匀分布于球表面,试计算质子的磁矩;如果角动量的最大可
观测分量是 1 h,试计算相应的磁矩的最大可观测分量(用核磁子表示)。 2
解:设质子密度均匀,匀速转动
角动量
L
r0 2
r2drd (r sin )2 r2dr sin3 d d r 2
2.2、已知222Rn的半衰期为3.824d,问1μ的Ci和103Bq的222Rn的质量 分别是多少?
解:
ln 2
T1
2
A N
A
N ln 2 T1 2
N
A T1 2 ln 2
从而可得:
m N M 1.66053871027 A T1 2 2221.66053871027 ln 2
原子核物理习题答案 卢希庭版共47页文档
43、重复别人所说的话,只需要教育; 而要挑战别人所说的话,则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是:在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联Biblioteka 原子核物理习题答案 卢希庭版
61、辍学如磨刀之石,不见其损,日 有所亏 。 62、奇文共欣赞,疑义相与析。
63、暧暧远人村,依依墟里烟,狗吠 深巷中 ,鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几,倏如流电惊。 65、少无适俗韵,性本爱丘山。
41、学问是异常珍贵的东西,从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
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B(197 Au)=79 7.289+(197-79) 8.071-(-31.157)=1559.366 MeV
(197 Au)=7.916 MeV
B( 252Cf)=98 7.289+(252-98) 8.071-(76.027)=1881.219 MeV
( 252 Cf)=7.465 MeV
I 1000 795 632 398 251 159 解:Q 设每次衰变放出a个粒子
A
I
a
, 又A
N
N0et
A et ln 2T1 2 0
其中,T1
分别为考虑两种衰变时的衰变常量和半衰期
2
I
I et
ln
2 T1
2
0
ln I (t) ln I 0 (t) t ln 2T1 2
由数据线性拟合结果
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
1
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
Z(1H) ( A Z )(n) (Z, A)
= B(Z, A) A
B( 2 H)=(1.007825+1.008665-2.014102) 931.494=2.224 MeV
( 2 H)=1.112 MeV
B( 40Ca)=20 7.289+20 8.071-(-34.846)=342.046 MeV
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会计学
1
2-2质谱仪工作原理
1 M 2 qV (1)
2
qB M 2 (2)
R
q M
2V B2R
2
即M
qB2 R2 2V
由1,2可以解出
A
1.66
M 1027
第1页/共52页
1-3
1 M 2 qV
2
qB M 2
R
R
2VM qB 2
2V1M 1 q1B12
2.7.某种放射性核素既有放射性,又有放射性,实验测得 射线强度I 随时间t的衰减如下表所示,试求考虑到两种衰变时,该核素的半衰期。
t min 0 1 2 4 6 8
I 1000 795 632 398 251 159 解: 设每次衰变放出a个粒子
A
I
a
, 又A
N
N0et
A et ln 2T1 2 0
解:A
N
P(1
et )
t ln 2
P(1 e
T1
2
)
5 108
(1
100.693
e ) 2.579
4.66 108 Bq
第14页/共52页
2-4 人工放射性的生长,放射性核素的特征量
t
解:由A(t) P(1 2 )得 T1/ 2
A
5
1
08
(1
2
10 2.579
)
4.66108 Bq
4,5题是一类题,人工放射性的生 长
m E N Ef M NA Ef
1000 6.021023 200 5.121026 MeV 235
m 5.121026 106 1.61019 2611t 3.14 1010
原子核物理(卢希庭)课后习题答案全
原子核物理(卢希庭)课后习题答案全<i>答案第一二章很全,后面章节也较多</i>第一章习题1-1 A 利用课本上的公式AZ BA, B已知(书上第四页) E h (其中h是常数为 .63 1034 ) 6B 上课讲的公式<i>答案第一二章很全,后面章节也较多</i>2-2质谱仪工作原理1 2 M qV (1) 2 M 2 q B ( 2) R q 2V qB 2 R 22 2 即M M B R 2V 由,1 2可以解出M A 1.66 10 27<i>答案第一二章很全,后面章节也较多</i>1-31 2 M qV 2 2 M q B R 2VM R 2 qB 2V1M 1 2 q1 B1 2V2 M 2 2 q2 B2<i>答案第一二章很全,后面章节也较多</i>4 1-4, 计算下列各核的半径:He, 2107 47Ag,238 92U, 设r0 1.45 fm.解:由R r0 A 3知,对于He,R 1.45 44 2 1 31fm 2.33 fm1 3对于对于107 47 238 92Ag,R 1.45 107 U,R 1.45 2381fm 6.88 fm fm 8.99 fm31-5, 实验测得241 Am和243 Am的原子光谱的超精细结构由六条谱线., 解:由已知条件知原子的总角动量量子数可以取6个值又电子总角动量j核的自旋I 5 2 5 2已知相应原子能级的电子角动量大于核的自旋,试求241 Am和243 Am核的自旋。
2I 1 6 I即241 Am和243 Am核的自旋为<i>答案第一二章很全,后面章节也较多</i>原子209 Bi的谱线2 D3 分裂成四条子能级,相邻能级的间距比为:4,求核的自旋值6 5: I2以及谱线2 S 1 和2 D3 分裂的能级总数。
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ln 2 T1/ 2
m M
NA
则235U的半衰期为:
T1/ 2
ln 2 N A M
1 A/m
0.693 6.0221023mol1
1
235g
80.0Bq
2.221016 s 7.0108 a
mg
即235U的半衰期为7.0 108 a
2.7
解:当该核素β放射性强度Iβ随时间的变化是 a 衰变与β衰变共同作用的结果
29328U的半径
r0 1.45 fm
R 2.3 fm R 6.88 fm R 8.99 fm
1.5 解:
当原子能级的电子的总角动量j大于核自旋I时 , 能级分裂为2I+1条。 所以有 2I+1=6 即 I=5/2
故241Am 和 243Am 核的自旋均为5/2
1.6
解:由原子核半径
1
R r0 A 3
第二章 放射性和核的稳定性 习题答案
2.1
解:t 时间内未衰变的份额为 et
所以,t 时间内衰变的份额为 1 et
衰变常量
和半衰期
的关系为: T1 2
ln
2 T1
2
一天衰变的份额: ln2t
1 e
T1
2
17.25 0 0
十天衰变的份额: ln210d 1 e 3.66d 84.95 0 0
6.501012 g
10Bq的质量 3
m2
103 Bq
222g / mol 3.824 2436000s ln 2 6.0221023mol
1.761013 g
2.3
解:
放射性活度为A N
m N M NA
A
m M
NA
ln 2 T1/ 2
m M
NA
138.4
0.693 8.64 104
1g
所以,
N (235U ) N0 (235U ) e(8 5 )t N (238U ) N0 (238U )
则地球的年t 龄为1
8
5
ln[.N N
(235U (238U
) )
N0 N0
(235U (238U
)] )
5.1109
a
5.1109 a
2-9
解:N N0et ,
t 1 ln N0 T1/2 ln N0
1.2 1012
N12 6.981014
t 1 ln N0 T1/ 2 ln N0
N ln 2 N
2.35104 a
因为测量精度
=7% 其中 为Nc总计数 所以 =2N0c 4
又 Nc=AT A为 放14C射性活度,T为测量时间
所以
T1/
2
为 为
1T4C=的的N质半/c 量衰A 数期。,Am为 Mm样品NA中 Tl含n1/22
2.5
解: n197Au 198Au
ln 2t
由人工放射性的生长公式得 : A P(1 e T1/2 ) 95%P
即
ln 2t
e T1/ 2 5%
所以,
即需要照射t 11(.65l2nd0. .05 / ln 2)T1/2 11.652d
2.6
解: 由于放射性活度为:
A N
m M
NA
设该稳定核为 Ax
则有
1
r0 Ax 3
1 3
r0
A
1 3
故所求稳定核是 Ax 7
即所求稳定核为 7 L。i
1.7 解:由于核的基态具有最小的T值:
由 T 1 ZN 2
T3
1 2
(Z
N)
可知:
7Li : T 1/ 2 T3 1/ 2
7Be : T 1/ 2 T3 1/ 2
14N : T 0 T3 0
取出一个中子后变为12B ,Z=5,N=7 奇奇核,稳定性 较小,结合能B(Z-1,A)非常小,结果Sp(Z,A)非常 大,
所以,从13C 中取出一个质子所需能量比取出一个中 子所需能量大的多。
2.17
解:结合能半经验公式:
B(Z,
A)
15.835 A
2
18.33A 3
0.714Z
A2
1 3
92.80(
由此可以看出根据结合能半经验公式得出的数值和实 验结果符合的还是比较好的。
2.18
解:β稳定性经验公式:
Z
A 1.98 0.0155A2/3
57Ni
Z
57 1.98 0.0155 572/3
A
Z)2
A1
11.2A
1 2
2
其中:偶偶核 1,奇奇核 奇1 A核 0
40:Ca B(20,40) 337.27(MeV )
56:Fe B(26,56) 487.17(MeV )
208P:b B(82,208) 1642.75(MeV )
实验结果依次是342.05MeV, 492.3MeV,1636.4MeV
B
1881.30M比eV结合能
B A 7.916MeV B A 7.465MeV
2.13 解:3H 的结合能为 B(1,2) [M (1H) 2mn M (3H)]c2
(1.007825 21.008665 3.016050)931.414MeV
8.481MeV
同理,依次为: 3H:e B(2,3) 7.718MeV 12B: B(5,12) 79.57MeV 12C: B(6,12) 92.16MeV 13N: B(7,13) 94.104MeV 13C: B(6,13) 97.11MeV
部分放射性活度在任何时候都是与总放射性活 度成正比。
设总的衰变常量为 且
ln 2
I I0eet I0e T1 2
ln 2 T1
2
解得 :T1 2=3.01min
2.8
解: N (235U ) N0 (235U )e5t
N (238U ) N0 (238U )e8t
两式相其比中,5,8分别为235U ,238U的衰变概率。
所以,12B和 12N 的基态同位旋量子数均为 T 1 12B 的 T3 1 12N 的 T3 1
综上 12B 和 12N 基态,同位旋量子数T和12C 的第一激发态的T相同都是1
T3 分别为-1,+1和0
所以,12B和 12N的基态与12C 的第一激发态组成同位旋三重态。
1.9 解:质子的转动惯量
第一章 原子核的基本性质 习题答案
1.1
解:由元素特征X射线频率 与原子序数Z有如下
关系:
AZ B (1)
其中:
A 5.2107 s1/2 B 1.5108 s1/2
又由
(2)
已知能量 E h
则联立(1)E和 7(.882k)eV解得:Z = 29
故该元素的原子序数为29
1.2
解:由1 mv2 qU和 mv2 q可vB知: v 2U
从13 C核中取出一个中子或质子, 各需的能量为:
Sn(Z, A) (Z, A 1) (n) (Z, A)
所以 Sp(Z
,
A)
(Z
1,
A
1)
(1H
)
(Z
,
A)
带入数据得:
Sn(6,13) (6,12) (n) (6,13) 0 8.071MeV 3.125MeV 4.946MeV
210g
6.022 1023 mol 1
1.66 108
Bq
则其放射性活度为1.66108 Bq
2.4
2H 55Mn56Mn n
由人工放射性生长公式
-t ln 2
A
P(1- e-t ) P(1- e
T1
2
)
带入数值解得 A= 4.66108 Bq
即轰击10h后 56M的n 放射性活度为 4.66108 Bq
1.11
解:核磁共振时原子核吸收磁场能量引起核 外电子超精细结构能级之间跃迁,并不是 核能级间的跃迁。因为原子核的核距与外 磁场作用产生附加能量,附加能量有2I+1个 取值,导致同一能级加上2I+1个不同的附加 能量从而形成2I+1个能级,核磁共振能级跃 迁时2I+1个能级中的相邻子能级之间的跃迁, 而不是核能级的跃迁。
2
R
RB
其中 U=1000 V R=0.182 m B=0.1 T
故可解得: v 1.099105 m / s
2qU
由 m v可2 解得
m 2.6531026kg
离子质量数 A m 16 1u
1.3 解:由 1 mv2 qU和
2
mv2 qvB R
对质子: mp eR12B12 / 2U1
N ln 2 N
而由题知由题知:N=80% N0
带入数值解得: 所以,
t 5730a ln 5 1844.6a ln 2 4
该古代人死亡年代为2005-1844.6=160a, 即公元160年。
2-10
解 在有生命的机体内12C与14C的原子含量之比为1:1.21012 则体重为63 ㎏的人体含碳量:
16O : T 1 T3 1
1.8
解:核子数A相同,自旋和宇称也相同而且同位旋量子数T也相同,只是 T3
不同的各个态称为同位旋多重态。
12C的自旋和宇称为1+
1122查CN的 和表知T1231B2的B12和(TZ12NN1的)Z自0旋N 和 T宇称1 与(Z
12C的相同,为1+
N) 6
2
2
[1.007825 1.008665 2.014102]u 931.494MeV
2.224MeV
比结合能 同理依次为:
B