第五章 核物理一原子核的基本性质和组成二原子核的结合.pptVIP

* 第五章 核物理 一、原子核的基本性质与组成 二、原子核的结合能和核力 三、原子核的衰变 四、核反应（自学） §5.1 原子核的基本性质与组成 一、原子核的组成 原子核：质子＋中子 质子带有与电子等量的正电荷 质量为电子质量的1836.12倍 中子不带电，质量为电子的1838.65倍。 核子：质子和中子的统称。 ??原子序数Z ?：?原子核中质子数目。 质量数A：原子核中质子和中子的总数。 原子核的表示： 如： 同位数：原子序数相同而质量数不同的原子。 e.g. 自然界中氢有三种同位素，即分别称为氢核、氘核（又称重氢）和氚核。 即： “原子质量单位”:碳同位素的原子核质量的1/12。 以amu或u表示： 1u=1.660566×10-27Kg 二、原子核的大小与密度 实验发现 r0=1.2×10－15m=1.2fm（飞米） E.g. 和 的核半径分别为4.6fm和7.4 fm 核的密度都相等，比地球平均密度大1014倍 三、原子核的自旋和磁矩 1.核自旋（原子核的自旋角动量） ——核子的轨道角动量与自旋角动量之和。 自旋量子数 质子和中子的自旋量子数均为1/2(费米子）， ——质量数A为奇数，I是1/2的奇数倍， 质量数A为偶数， I为正整数或零。 核 自旋（量子数） 磁矩 1 1 0 3/2 3/2 9/2 +0.8565?N -0.8213?N +3.2532?N +2.215?N +5.49?N —— 核的自旋角动量在任何一方向的分量Lz也是量子化的 自旋磁量子数 2.核磁矩 质子的轨道磁矩 其在z轴方向的投影： ——核磁子 质子和中子的自旋磁矩 gs——g因子 其在z轴方向的投影： 由于 质子 gs,p=5.5857 中子gs,n= -3.8261 Notice:中子有带正电的内核和带负电的外壳 核磁矩 在z轴方向的分量： 四、核磁共振 核磁矩比原子磁矩还要小一千倍左右，如何测量核磁矩？ 拉比(I.I.Rabi)首创了核磁共振法 纯水，——水分子中的电子磁矩相互抵消，氧原子核的磁矩为零，所以水分子的磁矩仅由氢核（质子）提供 磁矩平行于磁场的态为低能态，反平行B的为高能态 热平衡时，处于低能态上质子数稍多于高能态上的质子数 将电磁波加于水的样品，当其频率满足 即 质子将吸收电磁波的能量，在两能态之间发生共振跃迁 核磁共振——在外磁场中原子核吸收特定电磁波的现象 乙醇（C2H5OH）的核磁共振谱线 利用氢核的核磁共振的医疗诊断 人体内部大部分是水，这些水以及富含氢的分子的分布可因种种疾病发生变化 §5.2 原子核的结合能和核力 一、原子核的质量亏损和结合能 原子核的质量亏损Dm——原子核的质量小于组成它的质子和中子质量之和，两者之差称为～。 由质能关系E=mc2 原子核的结合能Eb——质子、中子组成原子核时放出能量 反之要使原子核分解为单个的质子和中子也必须给予等值的能量 原子核质量 平均结合能（又称比结合能e） ——原子核的结合能EB与质量数A之比 核子的比结合能愈大，原子核就愈稳定 1.最轻核和最重核比结合能较小， 2.大多数中等质量的核，比结合能近似地相等，都在8MeV左右，中等质量的核最为稳定。 3.当重核裂变成为中等质量的核，或轻核聚变为质量较大的核时，都将释放出巨大的核能 长约3cm的“LittleBoy”型原子弹 二、核力 ——核子之间一定存在着另一种很强的相互作用力。 它将核子紧密地结合在一起形成原子核。 性质： (1)核力与核子的电荷无关。质子与质子之间、中子与中子之间、质子与中子之间的核力都是相同的。 (2)核力是短程力。其作用范围在10-15m以内 r(fm) U(r)/Mev 1 -100 100 200 2 核力势能曲线 强力是一种多体力不可叠加 类比：两个原子—残余电磁力 两个核子—残余色力 核子由夸克组成 夸克：色荷作为“内禀性质” 色荷： 红、绿、蓝 具有相互作用力 核力也是一种交换力 1935年日本物理学家汤川秀树提出了核力的介子理论——核子之间的相互作用是通过一个核子放出一个p介子、另一个核子吸收这个p介子而形成的。 p介子有三种带电状态：p+（带正电）、p–（带负电）、p0（中性）。 质子和质子、中子和中子之间交换的是p0介子，交换前后各个核子的电荷不变；质子和中子之间交换的是p+、p–介子 核子之间通过交换介子产生核力 §5.3 原子核的衰变 放射性衰变（蜕变）——不稳定核通过释放某些粒子而趋于稳定的过程。 一、a 衰变 a粒子从原子核内逃逸出的现象 a粒子即 如： 一般有 伴随着a 衰变有能量释放，释放的能量以a 粒子的动能形式带走 a 粒子，在核表面就形成