发射带电粒子的核反应(np)(nα).PPT

* 第二十三章 原子核化学 Chapter 23　The atomic nucleus chemistry ( 2012级使用 ) 本章教学要求 1. 了解核结构与其稳定性的关系以及稳定岛的价值； 2. 掌握核反应的基本类型； 3. 理解核能释放的本质； 4. 了解核化学的发展现状及发展前景。 §23-1 历史的回顾 1896：贝克列尔(Becquere)发现铀的放射性(使照相底片感光) ； 1919：卢瑟福(Rutherfold)用放射性钋产生的α粒子轰击 氮-14则产生了氧-17； 1934：居里夫妇(M Curie;P Curie)实现了人工放射性； 1937：佩里埃(Perrier)和西格雷(Segre)实现了新元素锝的合成； 1940：麦克米伦(Macmillan)和埃贝尔森(Abelson)从中子照射 铀核的产物中分离出超铀元素-93号鎿； 每个阶段的新发现都促进核化学的应用。 核化学是研究原子核的反应情况的一门化学的分支科学。 定义为：核化学是研究涉及原子核的反应、性质、核反应产物的鉴定和合成制备的一门化学。 核反应与化学反应不同。化学反应涉及到核外价电子的得失或转移，变化是在核外。而核反应涉及的是核内质子、中子的数目的变化，核反应之后，元素的种类发生了变化。 具体而言，核反应的主要特点有： 1、核反应常导致由一种元素变为另一种元素； 2、核反应时伴随的能量效应比化学反应大得多； 3、元素的核性质不受存在状态的限制。 核反应的类型：放射性衰变；粒子或简单原子核轰击原子核；核裂变；核聚变。前一种是自发进行的，后三种是受外因而引起的，也称诱导核反应。 §23-2 核结构 2-1 核模型 （1）液滴模型 把原子核看作是不可压缩、有很大表面张力的特种“液体” 凝成的大小不同的“液滴”；质子间的斥力有使液滴破裂的 趋势，而表面张力的效应和核力的凝聚作用促使核稳定。 核力是短程力，约2×10-13-3×10-13cm，每个核子只与几个相邻的核子起作用，核子可在原子核内运动，很像液体的粒子。 描述处于非激发或者弱激发状态下的核的性质（如发射射线） （2）壳层模型 原子核内的质子和中子犹如电子填充电子壳层一样而填充 各自独立的核壳层： 质子：2，8，20，28，50，82； 中子：2，8，20，28，50，82，126； 满壳层的质子数和种子数的称为“幻数”，具有双“幻数”的 球形对称饱和结构的核特别稳定 解释处于激发状态下的核的性质（如裂变） 2-2 核力 原子核中有一种能克服静电斥力而使核子（质子、中子）紧紧结合在一起的力-核力。 核力是短程力，具有和化学力一样的饱和性。 核力是由核子间交换π介子而产生的。 2-3 核的稳定性 如果用中子数做横坐标，质子数做纵坐标，第三个坐标的相对高度代表同位素的相对稳定性，把已知的一百多种元素的稳定同位素(1900多种)定标在这个立体坐标图内，则可以得到一张像地图那样的三维图画。整个坐标图好像是一望无际的由不稳定的同位素组成的大海，L由坐标零点向东北方向伸展着一个狭长的半岛，已有的一千九百多种核素都分布在这个半岛上。核物理学家把这个半岛叫做β稳定半岛。半岛以外的空白区域叫做不稳定同位素海洋，若有一个核素，它的质子数和中子数用坐标定位正好在海洋中，那么它一定是不稳定的，而且是不可能存在或快速衰变的。 按照这个定位方法，质子数为114，中子数为184的类铅一298核素，就落在了稳定半岛东北端隔海相望的一个小孤岛—“超重岛”上，岛内容纳的核素范围可能是Z = 110～126或108～128，其左右均为较不稳定的元素所围绕。　　宇宙是无穷的，人类的认识能力会不断发展的，在广阔无垠的元素海洋中还有许多“稳定岛”有待人们去发现、去探索。  2-4 质能转换、核的结合能 来源——“核子”（质子和中子的通称） 之间的 强吸引力超过了质子的静电排斥力； 核子组成核时会产生能量（质量）的变化， 服从爱因斯坦的质能相当关系： E=mc2 （c ? 3?108米/秒；1kg相当于9 ?1016焦） 原子比结合能曲线 ?7.6 ?8.5 7.074 2.573 2.827 1.112 比结合能 (MeV) 铀或钚 中等质量核 氦4He 氦3