原子核物理

Q 2 Z(c2 a2 ) 5
电四极矩是量度原子核电荷偏离球对称的程度.
§33 放射性衰变的基本规律
放射性衰变：核素自发地放射出某种射线而变成另一种核素的现象。 已经发现的放射性衰变模式： 1．衰变：放出带两个正电荷的氦原子核。 2．β衰变：放出电子(或正电子),同时放出反中微子(或中微子)。 3．γ衰变：放出波长很短(小于0.01nm)的电磁辐射。 4．自发裂变：原子核自发分裂为两个或几个质量相近的原子核。 放射现象的研究是获悉原子核内部状况的重要途径之一。
的增大而增大，但有明显的起伏。
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:
B BV BS BC
体积能
aV A
表面能
aS A2 / 3
பைடு நூலகம்
库仑能 3 1 Z( Z 1) e2
四、电四极矩
对于任意的带电体系,它在x 处产生的电势为
1
4 0r
∫dV
1
4 0r 2
∫zdV
1
4 0r 3
∫1 ( 3z 2
2
- r2
)dV
...
原子核的电偶极矩恒等于零,电四极矩定义为:
∫ Q = 1 ρ(3z 2 - r 2 )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
➢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。
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。
(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
=
e 2mp
= 3.152×10-8 eV
/
T
( ) μ
p
=
e 2mp
l+
g
p
,s
s
g p,s = 5.6
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;
5 4 0
R
魏扎克(Weizacker)公式:
B aV A aS A2/ 3 aCZ 2 A1/ 3 asym( Z N )2 A1 BP B壳
对称能
对能 偶偶核 1
奇A核 0 aP A1/ 2
奇奇核-1
从实验定出:
aV = 15.8MeV aS = 18.3MeV aC = 0.72MeV
aSym = 23.2MeV aP =11.2MeV
§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
~ 10-15 m
102
大于 1014,m核力消失。
弱 万有引力
10-13
10-39
~ 1017 m
(2) 饱和性。
核子只与它相邻的核子有相互作用。 B ∝ A
(3) 核力与电荷无关。
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; 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：
4 2
He
174N
187
O
11p
质子：带一个单位正电荷
P 32
15
• 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,
S 32
16
• 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
三、核素图
兰州近代物理研究所利用HIRFL合成的新核素、 首次建立的核衰变纲图及部分研究过的核素
第七章 原子核物理概论
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
§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;
μp,s = 2.79 μN
n
e 2mn
(
gn,ll
gn,s s)
gn,l 0 gn,s = -3.82
μn,s = -1.91μN
三、核磁矩
质子、中子和原子核都具有磁矩，核磁矩为
μI
=
g
I
μN
I
μI ,z = gI μN mI m I = I ,I -1,... -( I -1), - I
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
-
273.3me
mπ0 = 264me
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。
§32 核的基态特性之二:核矩
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
mp 1.007277u
1932年，查德威克发现了中子 :
24He49Be162C01n mn 1.008665u
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：
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。
§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 m Zmp Nmn
原子核质量亏损 m
m Zmp Nmn m ZM H Nmn M
原子核的结合能，用 B 表示
B mc2 ZM H Nmn M c2
B 也代表把原子核拆散时所需做的最小功的数值。
核子的平均结合能(比结合能) : B/A