原子核与放射性教学内容

939.56563
0.5110
电荷/e
+1
0
-1
原子核质量近似为Au.
核素：一类具有确定质子数、核子数和能量状态的 中性原子称为核素。
核素的表示形式：
A Z
X
AX
如： 16O,107Ag,238U
同位素(isotope)：质子数相同，中子数不同的不同 核素。
同位素在元素周期表中处于同一位置。
如：氢原子的三种同位素：
1 1
H
2 1
H
氘
3 1
H
氚
碳的同位素有： 68C,69C, , 162C,163C, , 260C 等
天然存在的各元素中各同位素的多少是不一样的，各 种同位素所占比例叫作各该同位素的天然丰度。
如：在碳的同位素中，12C的天然丰度为98.9﹪， 1的3C 为1.1﹪，而14C的只有 1.31.010%
第十七章 原子核与放射性
• 1896年，法国物理学家安东尼·亨利·贝克勒 尔发现铀盐能放射出穿透力很强的，并能使 照相底片感光的一种不可见的射线。
• 1898年，居里夫妇发现了放射性更强的元 素—钋(Po)和镭(Ra).
• 由于发现放射性，居里夫妇和贝可勒尔共同 获得了1903年诺贝尔物理学奖。
• 后来卢瑟福和他的合作者通过大量实验证实
一、原子核的组成、质量和大小
1. 原子核的组成
原子核 (nucleus)
质子 (proton)
1 1
p
质子数， 原子序数：Z
原子 (atom)
核外电子 (electron)
中子 (neutron)
1 0
n
中子数：N
核子 (nucleon)
核子数， 原子质量数： A=Z+N
原子质量单位(u) ：162C 原子质量的1/12.
ZmH Nmn ma c2
例：计算5Li核和6Li核的结合能，给定5Li原子的质量
为m5=5.012539u,6Li原子的质量为m6=6.015121u,氢 原子的质量为mH=1.007825u.比较5Li核的质量与质子 及粒子的质量和（mHe=4.002603u).
解： 5Li核的结合能为
﹡A<30时， 在A为
4的倍数时具有最大 值，说明这些核比 其邻近的核更稳定。
比结合能和质量数的关系线
﹡A>60时， 逐渐减小，核越来
越不稳定。因为随着A的增大， 库仑力的效果渐趋显著，结合能 被削弱。
﹡A>30时，比结合 能变化不大，大约 都为8MeV。这说明 核力的“饱和性”， 它是核力短程性的 直接后果。
﹡在核的线度内，核力比库仑力大得多。
⑵原子核的结合能
由于核力将核子聚集在一起，所以要把一个核 分解成单个的中子和质子时必须克服核力做功，为 此所需的能量叫做核的结合能。它也是单个核子结 合成一个核时所能释放的能量。
核子结合成一个核时，根据能量守恒：
Zmp Nmn c2 mNc2 E 结合能
原子核的密度比地球的平均密度大1014倍。
3. 原子核的结合能
⑴ 核力
﹡原子核中质子间距离非常小，因此它们间存在很大 的库仑斥力。 ﹡核的稳定性说明核子间一定存在一种和库仑力相抗 衡的吸引力，这种力称为核力。
﹡核力是短程力。在核内，一个核子只受到和它相邻 的其它核子的核力作用。
﹡核力与电荷无关。质子和质子，质子和中子，中子 和中子间的作用力是一样的。
如果将核看成球形，则核的半径R和 A1/3 成正比，即
R R0 A1/3 R0 1.2fm 1.21015m
56Fe 核的半径为4.6fm，238U 核的半径为7.4fm。
原子核的密度： M M V 4 R3
3
Au 3u
4 3
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R03
A
4R03
各种核的密度都是一样的。
2.31017(kg/m3 )
已发现的射线有，，三种。
• 1911年，卢瑟福通过 粒子散射实验发现了
原子的核式结构。
本章拟学习内容：
第一节 原子核的基本性质 第二节 原子核的衰变类型 第三节 原子核的衰变规律
本章习题：
第304-305页，17-1、17-4、17-6、17-8、 17-10、17-11。
第一节 原子核的基本性质
可见，5Li核的质量大于质子和粒子的质量和。因此 5Li核不稳定，它会分裂成一个质子和一个粒子并放 出一定的能量，放出的能量为
m5 mH mHe c2
5.012539 5.010428931.5 2.0MeV
原子核的比结合能：就一个核平均来讲，一个核子的 结合能。
E / A
比结合能越大，表明核子间结合得越紧密。比结合能 的大小可作为核稳定性的量度。
1u 1.66054021027kg 931.4943MeV/c2
质子
中子
电子
质量/u
1.0072764660 1.0086649235 5.48579903104
质量/kg
1.67262311027 1.67492861027 9.1093897 1031
质量/ MeV/ c2 938.27231
同核异能素：质量数和质子数均相同而处于不同能量 状态的一类核素。
如： 9493Tcm 和 9493Tc
表示处于较高核能级状态
原子核与原子一样具有分立的能级状态，在一定条件 下，可以在不同能级间跃迁。
2. 原子核的大小
卢瑟福根据粒子散射实验的结果计算出了原子核的
半径R约为 1015 1014m 的量级。
E5 (3mH 2mn ma )c2
1u 931.5MeV/c2
(31.007825 21.008665 5.012539) 931.5
26.3MeV
6Li核的结合能为
E6 (31.007825 31.008665 6.015121)931.5
32.0MeV
m5 = 5.012539u > mH + mHe = 5.010428u
稳定核的中子数和质 子数间的关系
﹡稳定轻核的中子数等于质子 数。稳定重核的中子数大于 质子数。
﹡Z > 81的绝大多数同位素核 都是不稳定的，它们都会通过 放射现象而衰变。
轻核和重核的比结合能小于中等核的比结合能。 比结合能小的核变成比结合能大的核时，将释放能量。 采用重核裂变和轻核聚变两种途径获得原子能。
结合能：E Zmp Nmn mN c2 mc 2
质量亏损： m Zmp Nmn mN
质量亏损是单独的核子结合成核后其总的静质量的 减少。
质量亏损： m Zmp Nmn mN ZmH Nmn ma
结合能：
氢原子质量 原子质量
E mc 2
Zmp Nmn mN c2