放射卫生与防护第一章.ppt

已知核半径，可求核体积： 核密度 V ? A， A ? ，V?。 每个核子的体积为： 式中k为常数 类似于某种液体！ 例：计算出核物质密度，并与一般物质的密度作一比较。 水的密度 ? w 1T/m3 ，而 ? N 2.29?1014 T?m-3 2.29?1014 ? w 即：核物质的密度 ? N 2.29?1017 kg?m-3 密度如此之大的核物质，在地球上尚未见到。 星际中发现中子星密度有如此之大。 若取乒乓球半径为2cm，则M ? N V 7.67 ?109T 乒乓球大的核物质达77亿吨！ 晚期恒星由于自身引力使星体剧烈收缩 引力坍缩 ，内部温度高达1011 K，燃烧产生大量中子和质子，自由质子转变为中子，形成中子星密度高达1017～1018 kg?m-3 J.Chadwick,1891~1974 W.K.Heisenberg,1901~1976 三、原子核的角动量和磁矩 核子的轨道角动量和自旋角动量的矢量和 ——核的总角动量也称为核的自旋 1、原子核的角动量 中子和质子的自旋磁量子数自都是1/2 所有核子的总角动量 合成 总角动量： 每个核子的轨道角动量 每个核子的自旋角动量 （1） （2） 所有核子的总轨道角动量 所有核子的总自旋角动量 合成 所有核子的总角动量 j – j 耦合 L –S 耦合 根据量子力学理论核的总角动量大小为 I 为核自旋量子数，取整数，即0，1，2，… 或半整数，即1/2，3/2，5/2，… 核自旋磁量子数mI取值为：I, I –1, …,-I 计 2I +1 个可能值 PN的取向也是量子化的，其投影值PNz为 实验测得：偶A 核的最高自旋为 14 奇A 核的最高自旋为 15/2 Z偶N奇 I 取值：A 为偶数 I 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 A 为奇数 I 1/2, 3/2, 5/2, 7/2, 9/2 偶偶核为 0 奇奇核1, 2, 3, 4, 5, 6 例如: 氢核 I 1/2 PNz ±?/2，其最大投影值为 ?/2 原子核的角动量由 光谱的超精细结构 等实验证实 mp?1836me 是质子的质量 2、原子核的磁矩 原子核带有电荷，且有自旋运动 ? 有磁矩 式中μN为核磁子，通常作为核磁矩的单位。 ~ 10-3?B ? 核磁子μN μB 玻尔磁子 gI称为原子核的g因子或回旋磁比，可正可负，可大可小 由核磁共振实验测定。 对于质子，实验测得： 对于中子： 说明：①所测的两个值分别称为 质子、中子的反常磁矩； 核磁矩μI在外场方向上的投影为 ： ②质子与电子自旋均为1/2，电荷数值相同， 而μe μB 理应μp μN ?反常！！ ③中子不带电，但有磁矩，说明内部也有结构！ 表明质子具有更复杂的内部结构 其最大投影值 一般文献和书藉给出的，均指最大投影值 部分原子核的自旋量子数和磁矩 磁矩 自旋 量子数 核 磁矩 自旋 量子数 核 四、原子核的结合能 1、质能联系定律 质量、能量相联系 说明： 1 式中m为粒子的动质量 v 0，m m0 粒子的静质量 v c，m ? m0 经典物理即如此 2 光子m0 0 ∵ 光子以光速c 运动 光子的动质量为 3 静止质量联系着静止能量 E m0c2 静止的1u 原子质量单位 的物质具有多大能量？ 静止的1u 原子质量单位 的物质具有多大能量？ ∵ 1u 1.座机电话号码?10-27kg 代入： 4 物体的动能EK 若v c，则 5 质量变化伴随有相应的能量变化： 一位旷世奇才的物理学家 唯一被美国《时代》周刊评选出的 20世纪 风云人物 Albert Einstein 1、原子核的结合能 binding energy 质量为mX原子核 包含Z个质子和 A-Z 个中子，实验表明： 所谓“1+1?2” 原子核质量mX总小于它所包含的质子和中子的质量和。 孤立核子组成原子核时所放出的能量， 称为原子核的结合能。 如 实验测得 原子的质量为 而 2个质子，2个中子 用氢原子质量代替质子质量，忽略电子与核的结合能 其差值： 可见： 核子结合成原子核，质量减少了，所减少的质量称为质量亏损。 实验证明： 任何一个原子核的质量总是小于组成的所有核子的质量之和。 质量亏损： 通常用中性原子的质量 质子质量 +Zme +Zme 讲义上： 根据质能关系： 质量改变伴随有相应的能量改变。 ~ 结合能 核的质量 平均结合能：原子核的结合能与核内所包含的总核子数之比。 可比较不同原子核的稳定程度 平均结合能的意义： 拆散原子核外界平均对每个核子所提供的能量。 例： 核子平均结合