大學《原子物理學》第七章《原子核物理概論》課件

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1、第 七 章 原 子 核 物 理 7.1 原 子 核 的 基 本 性 質(zhì)一 .原 子 核 的 質(zhì) 量 和 大 小 (一 )、 原 子 核 的 質(zhì) 量原 子 的 質(zhì) 量 =原 子 核 的 質(zhì) 量 +核 外 電 子 的 電 子 的 質(zhì) 量-電 子 的 結(jié) 合 能 (可 以 忽 略 )AM Am eZm eAA ZmMm 1 原 子 質(zhì) 量 單 位 u原 子 核 的 質(zhì) 量 通 常 采 用 的 單 位 kgu 271066054.11 2mcE MeVuc 5016.9311 2 2/5016.9311 cMeVu 2 原 子 核 的 質(zhì) 量 數(shù) ANAZ X ZNA 3 質(zhì) 譜 儀 由 此 可 以

2、算 出 離 子 的 質(zhì) 量 ， 進 而 算 出 原 子 及 原 子 核 的 質(zhì) 量 。 (二 )、 原 子 核 的 大 小3/10ArR mr 150 102.1 (三 )、 原 子 核 的 密 度 3173 030 /103.24334 mkgruArAuVmA 二 、 原 子 核 的 電 荷Zeq 是 核 外 電 子 數(shù) ， 即 原 子 序 數(shù) ， 也 稱 核 電 荷 數(shù) 。Ze=1.60217733 10-19C， 三 .原 子 核 的 組 成 -質(zhì) 子 和 中 子 組 成氫 核 -質(zhì) 子 ： 帶 一 個 單 位 正 電 荷ump 007276470.1 um n 008664904.1

3、核 子 -中 子 和 質(zhì) 子 ZNA 四 .原 子 核 的 自 旋 和 磁 矩 1、 原 子 核 自 旋 原 子 核 的 角 動 量 稱 為 核 自 旋 原 子 核 的 自 旋 是 所 有 核 子 的 自 旋 角 動 量 和 軌 道 角 動 量 的 矢 量 和 )1( IILI ： 原 子 核 角 動 量 量 子 數(shù) ， 稱 為 核 自 旋 量 子數(shù) ， 它 可 以 是 整 數(shù) ， 也 可 以 是 半 整 數(shù) 。I原 子 核 角 動 量 在 空 間 某 一 選 定 方 向 的 投 影 ： IIz ML 也 是 量 子 化 的 。 ： 核 自 旋 磁 量 子 數(shù)IMIIIMI 1, 共 個 值

4、。 12 I1 A為 奇 數(shù) 的 核 (奇 A核 )， I為 半 整 數(shù) 0I2 Z、 N都 為 偶 數(shù) 的 核 (偶 -偶 核 )，3 Z、 N都 為 奇 數(shù) 的 核 (奇 -奇 核 )， I為 整 數(shù) 2、 原 子 核 的 磁 矩電 子 的 角 動 量 與 相 應 的 磁 矩 之 間 的 關(guān) 系 為 ：BjjgmejjgJmeg )1(2)1(2 meB 2原 子 核 也 有 磁 矩 ， 它 與 角 動 量 的 關(guān) 系 為 ： 1837/1005.52 227 BpN mAme 核 磁 子 遠 小 于 玻 爾 磁 子 ， 可 見 原 子 核 的 磁 矩 比 電 子 的 磁矩 小 得 多 ，

5、 因 此 產(chǎn) 生 的 超 精 細 結(jié) 構(gòu) 譜 線 也 比 精 細 結(jié) 構(gòu) 譜線 間 距 小 得 多 。 在 外 場 方 向 的 取 向 也 是 量 子 化 的 ， 它 在 外 場 方 向 的 投 影 ： I NIIIzpIIz MgLmeg 2 IIIMI 1,測 量 原 子 核 磁 矩 的 重 要 方 法 之 一 是 核 磁 共 振 。 7.2 原 子 核 力核 力 ： 核 子 之 間 的 相 互 作 用 力 。 一 、 核 力 的 基 本 性 質(zhì)1 核 力 是 短 程 力 ， 只 在 數(shù) 量 級 的 范 圍 內(nèi) 發(fā) 生 作 用 。 m1510： 引 力： 消 失r m1510)28.0(

6、r m15108.0 r m 15102 2 核 力 是 一 種 強 相 互 作 用核 力 的 強 度 比 庫 侖 力 大 一 百 倍 3 核 力 近 似 地 與 電 荷 無 關(guān)pnnnpp FFF 4 核 力 是 具 有 飽 和 性 的 交 換 力核 力 的 飽 和 性 ： 核 子 只 與 它 最 靠 近 的 幾 個 核 子 有 相 互 作 用 。 核 力 是 交 換 力 ： 核 子 之 間 通 過 交 換 某 種 媒 介 粒 子 而 發(fā) 生 相 互 作 用 。 1947年 ， 鮑 威 爾 在 宇 宙 射 線 中 發(fā) 現(xiàn) 了 介 子 ， 稱 為 介 子 ， 有 、 、 三 種 ， 質(zhì) 量 分

7、 別 為 0 emmm 7.273 emm 2640 7.3 原 子 核 放 射 衰 變一 、 放 射 性 衰 變 規(guī) 律（ 一 ） 、 放 射 性 的 發(fā) 現(xiàn) 1896年 ， 法 國 物 理 學 家 貝 克 勒 爾 發(fā) 現(xiàn) ： 鈾 礦 物 能 自 發(fā) 地 發(fā)射 穿 透 力 很 強 并 能 使 照 相 底 版 感 光 的 不 可 見 射 線 。1898年 ， 居 里 夫 婦 又 發(fā) 現(xiàn) 了 釙 和 鐳 ， 并 發(fā) 現(xiàn) 它 們 也 能 自 發(fā) 地 放射 出 射 線 。 放 射 性 衰 變 ： 核 素 自 發(fā) 地 放 射 出 某 種 射 線 而 變 成 另 一 種 核 素 、或 從 激 發(fā) 態(tài) 過

8、 渡 到 基 態(tài) 的 現(xiàn) 象 。 凡 能 發(fā) 生 放 射 性 衰 變 的 核 素叫 放 射 性 核 素 。 HeThU 422349023892 放 射 性 物 質(zhì) 放 出 的 射 線 主 要 有 三 種 ： 1 射 線 ： 即 氦 原 子 核 ， 貫 穿 本 領 很 小 ， 電 離 作 用 很 強 。He422 射 線 ： 是 電 子 流 ， 有 較 大 的 貫 穿 本 領 和 較 小 的 電 離 作 用 ， 其 貫 穿 本 領 大 約 是 射 線 的 100倍 。3 射 線 ： 是 光 子 流 ， 即 波 長 很 短 的 電 磁 波 ， 在 電 磁 波 譜 上 排 在 x射 線 之 后 ，

9、 有 最 大 的 貫 穿 本 領 和 最 小 的 電 離 作 用 。 （ 二 ） 、 放 射 性 衰 變 的 基 本 規(guī) 律放 射 性 衰 變 要 遵 守 ： 電 荷 守 恒 、 質(zhì) 量 數(shù) 守 恒 、 質(zhì) 量 和 能 量 守 恒 、 動 量 守 恒 。 1 指 數(shù) 衰 變 規(guī) 律NdtdN NdtdN dtNdN N N t dtNdN0 0N dtdN / 代 表 一 個 原 子 核 在 單 位 時 間 內(nèi) 發(fā) 生 衰 變 的 幾 率 ， 稱 為 衰 變 常 數(shù) 2 半 衰 期 放 射 性 物 質(zhì) 的 原 子 核 的 數(shù) 目 衰 變 到 原 來 數(shù) 目 的 一 半 時 所經(jīng) 過 的 時 間

10、 叫 半 衰 期 。21T 210021 TeNN 212ln T 693.02ln 21 T 13 平 均 壽 命 一 個 原 子 核 在 衰 變 前 存 在 的 時 間 叫 做 它 的 壽 命 。 所 有 原 子 核 壽 命 的 平 均 值 稱 為 平 均 壽 命 。各 個 原 子 核 的 壽 命 不 同 ， 但 平 均 壽 命 卻 具 有 確 定 的 值 。 二 、 衰 變 原 子 核 自 發(fā) 地 放 射 出 粒 子 而 發(fā) 生 的 衰 變HeYX 4242 AZAZ 、 衰 變 能 ： 原 子 核 在 衰 變 過 程 中 釋 放 的 能 量 ， 用 Q表 示 2)( cmmmQ YX

11、2)( cMMM HeyX 、 衰 變 條 件 0Q HeyX MMM 、 衰 變 能 的 釋 放 形 式 YEEQ 例 ： 判 斷 是 否 發(fā) 生 衰 變 。uC6429 HeCoC 426027u6429 三 、 衰 變 泡 利 認 為 ： 當 放 射 性 物 質(zhì) 發(fā) 生 衰 變 時 ， 除 了 放 出 粒 子外 ， 還 要 放 出 一 個 中 性 粒 子 ， 其 靜 止 質(zhì) 量 幾 乎 為 0， 故 稱 為 中微 子 。1 衰 變 ： YX 011 eAZAZ能 量 守 恒 ： Qcmcmcm eYX 222Q 22 )()( cMMcmmm YXeYX YX MM 衰 變 條 件 ： 2 衰 變 ： eAZAZ 011YX 22 )2()( cmMMcmmmQ eYXeYX 四 、 衰 變原 子 核 通 過 發(fā) 射 光 子 從 激 發(fā) 態(tài) 躍 遷 到 較 低 能 態(tài) 的 過 程 XX* hEEE ji