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第一章核物理

《核物理实验方法》作业汇总(期末复习)

《核物理实验方法》作业汇总(期末复习) 2016.5.6汇总谢伟 第一次作业: 1、简述高压倍增器的优缺点及主要用途。 2、画出静电加速器的示意图并简述其工作原理。 第二次作业: 1、画出直线加速器的示意图并说明其工作原理(需查阅相关课外资料) 2、画出回旋加速器的示意图并证明旋转频率与速度无关。 第三次作业 1、带电粒子主要通过哪两种方式在物质中损失能量? 2、什么是切伦科夫辐射和穿越辐射? 3、光子通过哪三种方式在物质中损失能量? 第四次作业 1.什么是气体探测器?气体探测器有哪几个工作模式?请说明每个工作模式的特点。 2.请画出电离室的电荷感应过程示意图。并结合示意图简要说明电离室的工作原理。

3.电离室的优缺点是什么,有哪些应用? 第五次作业 1.正比计数器的工作原理是什么?正比计数器有哪些性能参数? 2.正比计数器有哪些应用?请举例说明。 3.以有机管为例,说明G-M计数器的工作原理和猝灭机制。 第六次作业 1、请简述多丝正比室的测量原理 2、漂移室在高能物理上有什么应用? 第七次作业 1、流光-放电模式是怎么形成的,请简单定性说明。 2、请简述电阻板室的结构和性能。 第八次作业 1、利用能带论解释绝缘体、导体、半导体的区别。 2、什么是P型半导体?什么是N型半导体?什么是PN结? 3、简述半导体探测器的工作原理。 4、常见的径迹测量半导体有哪几种?

第九次作业 1、画出闪烁探测器的组成示意图并说明其工作原理。从粒子进入闪烁体内损失能量到转变为电信号,可以分成哪几个阶段? 2、结合教材P235的表6.2.1回答,哪种无机晶体具有最大的光输出?哪种无机晶体具有最短的发光衰减时间?BGO 晶体的发射光谱主峰是多少? 3、有机闪烁体可以分为哪三大类?每类各有什么优缺点? 4、光电倍增管由哪几部分构成?并简单说明光电倍增管的工作原理。 第十次作业 1、解释什么是伽马射线的全能峰、康普顿连续谱、逃逸峰? 2、结合教材P285图6.5.13回答: (1)图中的两个三角形表示什么电路? (2)图中“符合1”和“符合2”的作用分别是什么?对应什么样的逻辑电路? (3)简述该图是如何测量多丝正比室的探测效率的? 3、请写出切伦科夫辐射角公式,并解释如何利用切伦科夫探测器分辨速度不同的粒子?

原子核物理知识点归纳

原子核物理重点知识点 第一章 原子核的基本性质 1、对核素、同位素、同位素丰度、同量异位素、同质异能素、镜像核等概念的理解。 (P2)核素:核内具有一定质子数和中子数以及特定能态的一种原子核或原子。 (P2)同位素:具有相同质子数、不同质量数的核素所对应的原子。 (P2)同位素丰度:某元素中各同位素天然含量的原子数百分比。 (P83)同质异能素:原子核的激发态寿命相当短暂,但一些激发态寿命较长,一般把寿命 长于0.1s 激发态的核素称为同质异能素。 (P75)镜像核:质量数、核自旋、宇称均相等,而质子数和中子数互为相反的两个核。 2、影响原子核稳定性的因素有哪些。(P3~5) 核内质子数和中子数之间的比例;质子数和中子数的奇偶性。 3、关于原子核半径的计算及单核子体积。(P6) R =r 0A 1/3 fm r 0=1.20 fm 电荷半径:R =(1.20±0.30)A 1/3 fm 核力半径:R =(1.40±0.10)A 1/3 fm 通常 核力半径>电荷半径 单核子体积:A r R V 3033 434ππ== 4、核力的特点。(P14) 1.核力是短程强相互作用力; 2.核力与核子电荷数无关; 3.核力具有饱和性; 4.核力在极短程内具有排斥芯; 5.核力还与自旋有关。 5、关于原子核结合能、比结合能物理意义的理解。(P8) 结合能:),()1,0()()1,1(),(),(2 A Z Z Z A Z c A Z m A Z B ?-?-+?=?= 表明核子结合成原子核时会释放的能量。 比结合能(平均结合能):A A Z B A Z /),(),(=ε 原子核拆散成自由核子时外界对每个核子所做的最小平均功,或者核子结合成原子核时平均每一个核子所释放的能量。 6、关于库仑势垒的理解和计算。(P17) 1.r>R ,核力为0,仅库仑斥力,入射粒子对于靶核势能V (r ),r →∞,V (r ) →0,粒子靠近靶核,r →R ,V (r )上升,靠近靶核边缘V (r )max ,势能曲线呈双曲线形,在靶核外围隆起,称为库仑势垒。 2.若靶核电荷数为Z ,入射粒子相对于靶核 的势能为:r Ze r V 2 0241 )(πε=,在r =R 处, 势垒最高,称为库仑势垒高度。

大学物理第六章 原子核物理 答案

第16章 原子核物理 一、选择题 1. C 2. B 3. D 4. C 5. C 6. D 7. A 8. D 二、填空题 1. 171076.1?,13 1098.1? 2. 2321)(c m m m -+ 3. 1.35放能 4. 9102.4? 5. 117.8 6. 2321`c h m m m -+ 7 . 67.5MeV ,67.5MeV/c ,22 1036.1?Hz 8. 121042.2-? 9. 1.49MeV 10. 115kg 三、填空题 1. 解:设从t =0开始做实验,总核子数为N 0,到刻核子数为N 由于实验1.5年只有3个铁核衰变,所以 1<<τt ,)1(0τ t N N -≈ t =0时,铁核总数为 31274 0106.310 66.1104.6?=??=-N t =1.5年时,铁核总数为 )1(300τ t N N N -≈-=由此解得 3131 00108.15.13 106.3?=??=-=t N N N τ年

设半衰期为T ,则当t =T 时有2/0N N =,由τ/0e t N N =得τ/e 21T = 所以, 31 311025.1693.0108.12ln ?=??==τT 年 2. 解:设氢核和氮核的质量分别为N H m m 、,被未知粒子碰撞后速度分别为v H 和v N ; 未知粒子的质量为m , 碰撞前速度为v ,与氢核碰撞后为v 1,与氮核碰撞后为v 2 未知粒子与氢核完全弹性碰撞过程满足关系 H H 1v m mv mv += 2H H 2122 12121v m mv mv += 未知粒子与氮核完全弹性碰撞过程满足关系 N N 2v m mv mv += 2N N 2122 12121v m mv mv += 联立~得 2N N 2 H H N H ) ()(m m m m m m E E ++= 带入数据,可解得 03.1H =m m 由其质量比值可知,未知粒子的质量与氢核的质量十分接近,另由于它在任意方向的磁场中都不偏转,说明它不带电.由此判断该新粒子是中子. 3. 解:与第一组粒子相对应的衰变能为 α1α12264.793MeV 4.879MeV 4222 A E K A ==?=- 与第二组粒子相对应的衰变能为 α2α2 2264.612MeV 4.695MeV 4222A E K A ==?=- 226 86Rn 的两能级差为 ()α1α2 4.879 4.695MeV 0.184MeV E E E ?=-=-= 光子的能量与此两能级差相对应,所以光子的频率为 619 19340.18410 1.60218910Hz 4.4510Hz 6.62610 E h ν--????===??

粒子物理和核物理实验方法课程教学大纲

粒子物理与核物理实验方法课程教学大纲 课程基本信息(Course Information) 课程代码 (Course Code) PH067 *学时 (Credit Hours) 3 *学分 (Credits) 48 *课程名称 (Course Name) 粒子物理与核物理实验方法 Methods of Experimental Nuclear and Particle Physics 课程性质 (Course Type) 专业选修课 授课对象 (Audience) 物理学专业、物理学专业(国际班)大学三年级本科生 授课语言 (Language of Instruction) 英文 *开课院系 (School) 物理与天文学院 先修课程 (Prerequisite) 物理学引论,电动力学,量子力学1 授课教师 (Instructor) 课程网址 (Course Webpage) *课程简介(Description) 这是一个粒子与核物理实验的入门级课程,对原子核和粒子物理学中的各种实验方法做了概述。课程的目标是使物理方向的高年级本科生或低年级研究生,从没有专业基础开始进阶到可以开始从事粒子实验方向的研究工作。课程涵盖了原子核与粒子中的基本相互作用过程、粒子束和加速器原理、基本粒子和物质的相互作用、各类常用粒子探测器原理、粒子物理常用的统计方法和数据分析技术。课程的最后将有一系列诺奖级的粒子物理实验的实例,每一个都是标准模型建立过程中的关键实验。本课程将重点培养学生设计实验和估算实验观测量的能力,鼓励学生组成团队,选定一个前沿的研究课题,完成一项实验的概念设计,每一个小组在学期结束时进行答辩。 *课程简介(Description) This is an introductory course which gives an overview of various experimental methods in modern nuclear and particle physics. The goal is to equip senior undergraduate or starting graduate students who have no relevant background with basic knowledge to jump start on the experimental research projects. The course covers basic nuclear and particle interaction processes, particle accelerator, passage of particle in matter and detector technologies, basics of statistics and analysis, as well as example experiments which established the foundation of the standard model. The students are expected to work in groups and develop an experimental proposal at the conceptual stage on selected topics, perform estimates on basic observables, and make a 15‐minutes PPT defense at the end of the semester. 课程教学大纲(Course Syllabus)

原子核物理课件第二章杨福家版

第2章核力与核结构 一、核力 ?(1)核力是强相互作用 ?质子之间库伦斥力反比于距离,而核内质子间距离非常小,但质子能紧密结合而不散开,说明新的作用力——核力的存在,且是吸引力。 ?一般核力约比库伦力大一百倍。

第2章核力与核结构 ?(2)核力的短程性和饱和性 ?结合能近似与A成正比,说明核力是短程力;?如果为长程力,一个核子能与核内其它每一个核子发生作用,那么核的结合能正比于核子的成对数A(A-1),即正比于A2,与实验事实不符。?核力只作用于相邻核子,由于相邻核子数目有限,因此核力具有明显的饱和性。

第2章核力与核结构 ?(3)核力的电荷无关性 ?1932年海森堡假设:质子与质子之间的核力Fpp 和中子与中子之间的核力Fnn以及质子与中子之间的核力Fpn都相等,称为核力的电荷无关性。?利用同位旋概念,质子和中子是一种粒子的两种 不同电荷态,同位旋都为1/2,而同位旋第三分量分别为1/2和-1/2。

第2章核力与核结构 ?(4)核力与自旋有关 ?利用氘核的基态性质,由一个质子和一个中子组成 的最简单核子束缚态,其自旋和宇称为,其 自旋为两个核子的总自旋和相对轨道角动量之和。 + =1 π I 3 S1 3 P1 3 D1 1 2 1 1 P110 状态LS

第2章核力与核结构 ?由于氘核基态宇称为正,只能是3S1+3D1态的混合,即有S=1的自旋三重态组成,不存在自旋单态的氘核,核力将使质子和中子倾向于处在自旋平行的态。 ?(5)非中心力成分 ?氘核基态可以是3S1+3D1的混合态,其中3S1态约占96%,3D1态约占4%。 ?核力是以中心力为主,混有少量的非中心力。

原子核物理实验方法课后习题(答案)

第一章习题 1. 设测量样品的平均计数率是5计数/s,使用泊松分布公式确定在任1s 内得到计数小于或等于2个的概率。 解: 05 1525 (,)!5(0;5)0.0067 0!5 (0;5)0.0337 1!5(0;5)0.0842 2! N N r r r r N P N N e N P e P e P e ----=?=?==?==?= 在1秒内小于或等于2的概率为: (0;5)(1;5)(2;5)0.00670.03370.08420.1246r r r P P P ++=++= 2. 若某时间内的真计数值为100个计数,求得到计数为104个的概率,并求出计数值落在90-104范围内的概率。 解:高斯分布公式2 222)(2 2)(2121 )(σπσ πm n m m n e e m n P -- -- = = 1002==σm == =-- --2 2 22)104(2 2)(2121 )104(σπσ πm m m n e e m P 将数据化为标准正态分布变量 110 100 90)90(-=-= x 4.010100 104)104(=-=x 查表x=1,3413.0)(=Φx ,x=,1554.0)(=Φx 计数值落在90-104范围内的概率为

3. 本底计数率是500±20min -1,样品计数率是750±20min -1,求净计数率及误差。 解:t n = σ 本底测量的时间为:min 2520500 2 === b b b n t σ 样品测量时间为:min 35207002 === s s s n t σ 样品净计数率为:1min 200500700-=-=-= b b s s t n t n n 净计数率误差为:1min 640-== +=+= b s b b s s t n t n σσσ 此测量的净计数率为:1min 6200-± 4. 测样品8min 得平均计数率25min -1,测本底4min 得平均计数率18min -1,求样品净计数率及误差。 解:1min 71825-=-=-= b b s s t n t n n

原子核物理试题

期末考试试卷(B 卷) 课程名称: 原子核物理 学院: 核科学与技术学院 姓名: 校园卡号: (共150分,请选其中的100作答) 1. 我们知道原子核体积近似地与A 成正比,试说明其内在的物理原因。 2. 重核裂变后,生成的中等重的核常伴随着β衰变,为什么? 3. Bi 21183 衰变至Tl 20781,有两组α粒子,其能量分别为6621keV ,6274keV 。前 者相应是母核衰变至子核基态,后者为衰变至激发态。试求子核Tl 20781激发态的能量。 4. 对于Ca Sc s 42 2068.04221??→?, 查表得3.310),(=m E Z f ,并已知子核的能级特性为+O 。试判断母核的能级特性。 5. 质子轰击7Li 靶,当质子的能量为0.44, 1.06, 2.22 和3.0MeV 时,观测到共振。已知质子和7Li 的结合能为17.21MeV ,试求所形成的复合核能级的激发能。 6. 简述处于激发态的复合核的中子蒸发能谱,并推导之。 7. 什么是内转换电子,内转换电子与β跃迁电子的区别。 期末考试试卷(B 卷)答案 题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总 分 分 数 阅卷教师

1.解: 核力的作用要比库仑力强,而且主要是吸引力,这样才能克服库仑力形成原子核。核子之间的磁力也比核力小很多,万有引力更是微不足道。 核力是短程力,粗略的说,核力是短程力的强相互作用,而且起作用的主要是吸引力。 2.解: 重核的中质比大于1,甚至达到1.54.对于重核,核内的质子数增多,库仑力排斥增大了,要构成稳定的核就必须要还有更多的种子以消耗库仑排斥力作用。贝塔稳定线表示原子核有中子,质子对称相处的趋势,即中子数和质子数相当时原子核比较稳定。 3.解: 子核的激发能量: MeV E E A A E 7.353]62746621[207211)]()([410=-=--= αα 4.解: 4242 21 20 0.68 3.31/2log log(0.6810) 3.13 s Sc Ca f T β+ ???→?=?= 1/2 l o g f T ?判断跃迁种类几次规则知道该β + 衰变为容许跃迁 01,0;0,1 (1)1;1 i i i i I I I πππ?=-=±=?=?+=+=+故而,故而, 所以,母核42 21 Sc 的能级特性为:0+1+。 5.解: 复合核的激发能为: 代入数据得到: **12**3417.60,18.1319.15,19.84E M eV E M eV E M eV E M eV ==== 6.解: 再通过复合核的反应中,出射粒子的能量也具有麦克斯韦分布的特点,在适当的条件下叫分布也是各向同性的。因此,我们可以用液滴蒸发的图像来处理复合核的衰变,这就是中子蒸发能谱。 推导如下: 令剩余核的激发能 n E E E -=0*由于复合核的衰变至剩余核的激发能为n E E E +→**之间的概率与此间的能级成正比,同时与复合核的中子宽度)(n n E Γ成正比, 于是: n n n n n n dE E E E dE E n )()()(0-Γ∝ρ 又反应截面可以写为 ΓΓ=b CN ab ) (ασσ *A aA a A m E E B m m =++

原子核物理学发展史

目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 序言 (2) 1.伦琴和X射线的发现 (3) 1.1偶然的发现 (3) 1.2机遇是留给有准备的人 (3) 2.贝克勒尔发现放射性 (3) 2.1贝克勒尔发现铀盐辐射 (4) 3.居里夫人和镭的发现 (4) 3.1钋的发现 (4) 3.2不知疲倦的科学家 (5) 3.3生活的不幸成为研究的动力 (6) 4.卢瑟福和α射线的研究 (6) 4.1卢瑟福发现α射线 (7) 4.2卢瑟福提出有核原子模型 (8) 5.总结 (9) 参考文献 (10) 致谢 (11)

摘要:在21世纪,原子核物理学已经在人类生活,军事上都得到了广泛应用,但有多少人知道其发现的历程呢!在以牛顿理论系统建立的经典力学的大厦笼罩下,原子核物理学又是经过多少科学家的反复推导和验证诞生的呢!或许岁月的长河会掩盖住过往的尘沙,但它无法遮挡住那如黄金般闪耀的历程! 在本文中我们将通过文献研究法和调查法,跟寻科学家的脚步,来重新认知原子核物理的发展的历程。并且着重通过对卢瑟福对α射线的研究,尤其是α粒子的大角度散射实验,来亲自感受原子核发现的经过。最后讨论原子和物理的发现和发展给人类带来的好处和坏处,正确的对待科学,应用科学,使我们的家园变得更美好。 关键字:X射线放射性α射线 Abstract:In the 21st century, nuclear physics has been in the human life, the military has been widely used, but how many people know that their findings of course! In Newton's theory of classical mechanics system set up for our shadowat, omic nucleus physics and after how many scientists of derivation and validation is born again and again! The long river of years may obscure past dust, but it cannot block the shine like gold of course! In this article, we will through the literature research and survey method and steps of scientists, to the cognitive development of nuclear physics. And emphatically based on the research of the rutherford to alpha rays, especially of alpha particles, large Angle scattering experiment, after found to experience personally the nucleus. Finally discussed the discovery and development of atoms and physical brings to the human, the advantages and disadvantages of the correct treatment of science, applied science, make our home more beautiful. Keywords:X ray radioactive alpha

核物理实验讲义

实验1 核衰变的统计规律 实验目的 1. 了解并验证原子核衰变及放射性计数的统计性。 2. 了解统计误差的意义,掌握计算统计误差的方法。 3. 学习检验测量数据的分布类型的方法。 内容 1. 在相同条件下,对某放射源进行重复测量,画出放射性计数的频率直方图,并与理论分布曲线作比较。 2. 在相同条件下,对本底进行重复测量,画出本底计数的频率分布图,并与理论分布图作比较。 3. 用2χ检验法检验放射性计数的统计分布类型。 原理 在重复的放射性测量中,即使保持完全相同的实验条件(例如放射源的半衰期足够长,在实验时间内可以认为其活度基本上没有变化,源与计数管的相对位置始终保持不变;每次测量时间不变,测量仪器足够精确,不会产生其它的附加误差等等),每次的测量结果并不完全相同,而是围绕着其平均值上下涨落,有时甚至有很大的差别。这种现象就叫做放射性计数的统计性。放射性计数的这种统计性反映了放射性原子核衰变本身固有的特性,与使用的测量仪器及技术无关。 1. 核衰变的统计规律 放射性原子核衰变的统计分布可以根据数理统计分布的理论来推导。放射性原子核衰变的过程是一个相互独立彼此无关的过程,即每一个原子核的衰变是完全独立的,和别的原子核是否衰变没有关系,而且哪一个原子核先衰变,哪一个原子核后衰变也纯属偶然的,并无一定的次序,因此放射性原子核的衰变可以看成是一种伯努里试验问题。设在t=0时,放射性原子核的总数是0N ,在t 时间内将有一部分核发生了衰变。已知任何一个核在t 时间内衰变的概率为)1(t e p λ--=,不衰变的概率为q=1-p=e t λ-, λ是该放射性原子核的衰变常数。 利用二项式分布可以得到在t 时间内有n 个核发生衰变的概率P(n)为 n N t n t e e n n N N n p -----= 0)()1(! )!(!)(00λλ (1) 在t 时间内,衰变掉的粒子平均数为 )1(00t e N p N m λ--== (2) 其相应的均方根差为 2 10)()1(t me p m pq N λσ-=-== (3)

MCNP程序在实验核物理中的应用

MCNP程序在实验核物理中的应用 2008年3月14日星期五 一、蒙特卡罗方法简述 1. 蒙特卡罗方法又称为随机抽样技巧或统计试验方法。半个多世纪以来,由于科学技术的发展和计算机的出现与发展,这种发展作为一种独立的方法被提出来,并首先在核武器的试验与研制中得到了应用。蒙特卡罗方法是一种计算方法,但与一般数值计算方法有很大区别。它是以概率统计理论为基础的一种方法。由于蒙特卡罗方法能够比较逼真地描述事物的特点及物理实验过程,解决一些数值方法难以解决的问题,因而该方法的应用领域日趋广泛。 2.蒙特卡罗方法在实验核物理中的应用是该方法最重要的应用领域之一。由于受物理条件地限制,为了得到所求结果,必须借助于理论计算。蒙特卡罗方法具有逼真地描述真实的物理过程的特点,在一定意义上讲,它可以部分代替物理实验,因而成为解决实验核物理中实际问题的非常有效的工具。 3.蒙特卡罗方法所特有的优点,使得它的应用范围越来越大。它的主要应用范围包括:粒子输运问题、统计物理、典型数学问题、真空技术、激光技术以及医学、生物、探矿等方面。蒙特卡罗方法在粒子输运问题中的应用范围主要包括:实验核物理、反应堆物理、高能物理等方面。 二、蒙特卡罗方法应用软件简介 建立完善的通用蒙特卡罗程序可以避免大量的重复性工作,并且可以在程序的基础上,开展对于蒙特卡罗方法技巧的研究以及对于计算结果的改进和修正的研究,而这些研究成果反过来又可以进一步完善蒙特卡罗程序。 1.通用蒙特卡罗程序通常具有以下特点: 具有灵活的几何处理能力 参数通用化,使用方便 元素和介质材料数据齐全 能量范围广,功能强,输出量灵活全面 含有简单可靠又能普遍适用的抽样技巧 具有较强的绘图功能 2.常用的通用蒙特卡罗程序简介 MORSE程序 较早开发的通用蒙特卡罗程序,可以解决中子、光子、中子-光子的联合输运问题。采用组合几何结构,使用群截面数据,程序中包括了几种重要抽样技巧,如俄国轮盘赌和分裂技巧,指数变换技巧,统计估计技巧和能量偏移抽样等。程序提供用户程序,用户可根据需要编写源分布以及记录程序。一般中子能量可从10-6甚至10-9Mev到20Mev。光子能量可在Kev到Gev数量级范围。电子能量也可在Kev到Gev数量级范围。 是美国橡树岭国家实验室从60年代开始研制的大型、多功能、多群中子-光子偶合输运程序。其全名是:Multigroup Oak Ridge Stochastic Experiment Code. EGS程序 EGS是Electron-Gamma Shower 的缩写,它是一个用蒙特卡罗方法模拟在任意几何中,能量从几个KeV到几个TeV的电子-光子簇射过程的通用程序包。由美国Stanford Linear Accelerator Center提供。EGS于1979年第一次公开发表,提供使用。EGS4是1986年发表的EGS程序的最新版本。

原子物理学习题解答

原子物理学习题解答 第一章 原子的基本状况 1.1 若卢瑟福散射用的α粒子是放射性物质镭' C 放射的,其动能为6 7.6810?电子伏 特。散射物质是原子序数79Z =的金箔。试问散射角150ο θ=所对应的瞄准距离b 多大? 解:根据卢瑟福散射公式: 2 02 22 442K Mv ctg b b Ze Ze αθ πεπε== 得到: 21921501522 12619 079(1.6010) 3.97104(48.8510)(7.681010) Ze ctg ctg b K ο θαπεπ---??===??????米 式中2 12K Mv α=是α粒子的功能。 1.2已知散射角为θ的α粒子与散射核的最短距离为 2202 1 21 ()(1)4sin m Ze r Mv θ πε=+ ,试问上题α粒子与散射的金原子核之间的最短距离m r 多大? 解:将1.1题中各量代入m r 的表达式,得:2min 202 1 21 ()(1)4sin Ze r Mv θπε=+ 1929 619479(1.6010)1 910(1)7.6810 1.6010sin 75 ο--???=???+??? 143.0210-=?米 1.3 钋放射的一种α粒子的速度为7 1.59710?米/秒,正面垂直入射于厚度为7 10-米、密度为4 1.93210?3/公斤米的金箔。试求所有散射在90ο θ>的α粒子占全部入射粒子数的百分比。已知金的原子量为197。 解:散射角在d θθθ+ 之间的α粒子数dn 与入射到箔上的总粒子数n 的比是:

dn Ntd n σ= 其中单位体积中的金原子数:0//Au Au N m N A ρρ== 而散射角大于0 90的粒子数为:2 ' dn dn nNt d ππσ =?=? 所以有: 2 ' dn Nt d n ππσ=? 2 221800 2 903 cos 122( )( )4sin 2 Au N Ze t d A Mu ο ο θ ρπθθπε= ??? 等式右边的积分:180 18090903 3 cos sin 2221 sin sin 2 2 d I d ο ο ο οθθ θθ θ =?=?= 故 '22202012()()4Au N dn Ze t n A Mu ρππε=?? 64 8.5108.510--≈?=? 即速度为7 1.59710/?米秒的α粒子在金箔上散射,散射角大于90ο 以上的粒子数大约是 4008.510-?。 1.7试计算氢原子的第一玻尔轨道上电子绕核转动的频率、线速度和加速度。 解:电子在第一玻尔轨道上即年n=1。根据量子化条件, π φ 2h n mvr p == 可得:频率 2 12 11222ma h ma nh a v πππν=== 赫兹151058.6?= 速度: 6 1 110188.2/2?===ma h a v νπ米/秒

核物理实验报告

闪烁γ能谱测量实验报告 张传奇2012012784 一、实验目的 1. 加深对γ射线和物质相互作用的理解。 2. 掌握NaI(Tl)γ谱仪的原理及使用方法。 3. 学会测量分析γ能谱。 4. 学会测定γ谱仪的刻度曲线。 二、实验仪器 FH1901NaI(Tl)闪烁谱仪、SR-28 双踪示波器、137Cs放射源、60Co放射源 三、实验原理 1、γ射线与物质相互作用 γ射线与物质相互作用主要有光电效应、康普顿散射及电子对效应。 在光电效应中,原子吸收光子的全部能量,其中一部分消耗与光电子脱离原子束缚所需的能量,另一部分就作为光电子的能量,所以,释放出来的光电子能量就是入射光子的能量和该束缚电子所处的电子的壳层的结合能B γ之差,因此 E光电子=Eγ-Bi= Eγ 即光电子的动能近似等于γ射线的能量。值得注意的是,由于必须满足动量守恒定律,自耦电子不能吸收光子能量二成为光电子。光电效应的发生除入射光子和光电子之外,还需一个第三者参加,这个第三者就是发射光电子之后剩余下来的整个原子,它带走一些反冲能量,由于他的参加,动量和能量守恒才能满足。 康普顿散射是γ光子与原子外层电子相互作用的结果。这是γ光子与物质中“自由”电子(包括束缚甚弱的电子)非弹性散射的过程,根据散射过程中的动量守恒和能量守恒定律可求得散射电子(又称康普顿电子)的动能为: 式中m0c2为电子静止能量,?为γ光子的散射角,v为散射光子频率。 发生康普顿效应时,散射光子可以向各个方向散射。对于不同方向的散射光子,其对应的反冲电子的能量也不同。因而,即使入射γ光子的能量是单一的,反冲电子的能量的确实随散射角连续变化的。 电子对效应时γ光子从原子核旁经过时,在原子核的库仑力的作用下,γ光子转化为一个正电子和一个富电子的过程。根据能量守恒定律,只有当入射光子的能量hv大于m0c2,即大于1.02Mev时,才能发生电子对效应,与光电子效应相似,电子对效应除涉及入射光子和电子对意外,必须要有原子核参加。 2、能谱分析 γ射线与闪烁体发生光电效应时,γ射线产生的光电子动能为:

原子核物理复习资料

1、核的自旋:原子核的角动量,通常称为核的自旋。 2、衰变常量:衰变常量是在单位时间内每个原子核的衰变概率。 3、半衰期:半衰期是放射性原子核数衰减到原来数目的一半所需的时间。 4、平均寿命:平均寿命是指放射性原子核平均生存的时间。 5、放射性活度:在单位时间内有多少核发生衰变,亦即放射性核素的衰变率,叫衰变率。 6、放射性:原子核自发地放射各种射线的现象,称为放射性。 7、放射性核素:能自发的放射各种射线的核素称为放射性核素,也叫做不稳定核素。 8、核衰变:原子核衰变是指原子核自发的放射出α或β 等粒子而发生的转变。 9、衰变能:原子核衰变时所放出的能量。 10、核素:具有相同质子数Z和中子数N的一类原子核,称为一种核素。 11、同位素:质子数相同,中子数不同的核素。 12、同中子素:中子数相同,质子数不同的核素。 13、同量异位素:质量数相同,质子数不同的核素。 14、同核异能素:质量数和质子数相同而能量状态不同的核素。 15、镜像核:质子数和中子数呼唤的一对原子核。 16、质量亏损:组成某一原子核的核子质量与该原子核质量之差。 17、核的结合能:自由核子组成原子核所释放的能量。 18、比结合能:原子核平均每个核子的结合能。 19、最后一个核子的结合能:是一个自由核子与核的其余部分组成原子核时,所释放的能量。 21、内转换现象:原子核从激发态到较低的能态或基态的跃迁时把核的激发能直接交给原子的壳层电子而发射出来。 22、内转换电子:内转换过程中放出来的电子。(如果单出这个就先写出内转换现象的定义) 23、内电子对效应: 24、级联γ辐射的角关联:原子核接连的放出的两个γ光子,若其概率与这两个γ光子发射方向的夹角有关,即夹角改变时,概率也变化,这种现象称为级联γ辐射角关联,亦称γ-γ角关联。 25、穆斯堡尔效应:原子核辐射的无反冲共振吸收。 26、核的集体模型:每个核子在核内除了相对其它核子运动外,原子核的整体还发生振动与转动,处于不同运动状态的核,不仅有自己特定的形状,还具有不同的能量和角动量,这些能量与角动量都是分立

原子及原子核物理(郭江编)_课后答案

第一章 原子的基本状况 1.1 若卢瑟福散射用的α粒子是放射性物质镭' C 放射的,其动能为6 7.6810?电子伏特。散射物质是原子序数79Z =的金箔。试问散射角150ο θ=所对应的瞄准距离b 多大? 解:根据卢瑟福散射公式: 2 02 22 442K Mv ctg b b Ze Ze αθ πεπε== 得到: 21921501522 12619 079(1.6010) 3.97104(48.8510)(7.681010) Ze ctg ctg b K ο θαπεπ---??===??????米 式中2 12K Mv α=是α粒子的功能。 1.2已知散射角为θ的α粒子与散射核的最短距离为 2202 1 21 ()(1)4sin m Ze r Mv θ πε=+ ,试问上题α粒子与散射的金原子核之间的最短距离m r 多大? 解:将1.1题中各量代入m r 的表达式,得:2min 202 1 21 ()(1)4sin Ze r Mv θπε=+ 1929 619479(1.6010)1 910(1)7.6810 1.6010sin 75 ο--???=???+??? 143.0210-=?米 1.3 若用动能为1兆电子伏特的质子射向金箔。问质子与金箔。问质子与金箔原子核可 能达到的最小距离多大?又问如果用同样能量的氘核(氘核带一个e +电荷而质量是质子的两倍,是氢的一种同位素的原子核)代替质子,其与金箔原子核的最小距离多大? 解:当入射粒子与靶核对心碰撞时,散射角为180ο 。当入射粒子的动能全部转化为两粒子间的势能时,两粒子间的作用距离最小。 根据上面的分析可得: 22 0min 124p Ze Mv K r πε==,故有:2min 04p Ze r K πε= 192 9 13619 79(1.6010)910 1.141010 1.6010 ---??=??=???米 由上式看出:min r 与入射粒子的质量无关,所以当用相同能量质量和相同电量得到核代

卓顶精文最新原子核物理第二版-习题答案-杨福家-复旦大学出版社.docx

第一章 1-3.试计算核素He和Li,并对比结合能之差别作讨论。 1-4.试计算ZY,ZY,ZY,三个核素的中子分离能;比较这三个分离能,可得出 什么重要结论? 1-5.求出U的平均结合能;如果近似假定中等质量原子核的平均结合能为8.5MeV,试估计一个U核分裂成两个相同的中等原子核时,能放出多少能量?

1-6.试由质量半经验公式,试计算Ca和Co的质量,并与实验值进行比较。 1-7.利用质量半经验公式来推导稳定核素的电荷数Z与质量数A的关系式,并与β稳定线的经验公式作比较? 1-8.试利用镜核(A相同,中子数N和质子数Z互换的一对核)N和C质量差以及质量半经验公式来近似估算原子核半径参量Y。

1-11.在核磁共振法研究原子Mg的基态(=5/2+)的磁特性实验中,当恒定磁场的强度=5.4Gs以及高频磁场的频率为v=1.40MHz时,发现了能量的共振吸收,试求gI因子及核磁矩。 1-12.假定核电荷Ze均匀分布在两个主轴分别为a和c(c沿对称轴)的旋转椭球内,试推导公式(1.6.6)。(Q=Z(-))

第二章 2-1.核力有哪些主要性质?对每一种性质,要求举一个实验事实。

2-3.试计算从中取出一个质子所需的能量;并进行比较,从中可得出什么结论? 2-4.由质量半经验公式估算和的基态质量差,并与实验值比较。(Y0取1.4fm) 2-5.根据壳层模型决定下列一些核的基态自旋和宇称: ,,,,,,,

2-6.实验测得的最低三个能级Iπ为3/2-(基态),1/2-和3/2+;测得的最低4个能级的Iπ为3/2-(基态),5/2-,1/2-和7/2-,试与单粒子壳模型的预言相比较,并对比较结果作出定性说明。 第三章 3-1.一个放射性核素的平均寿命为10d,试问经过5天衰变的数目以及在第五天内发生衰变的数目是原来的多少(百分比)? 3-2.已知1mg每分钟放出740个α粒子,试计算1g的放射性强度 (T=4.5Y10^9年)。 3-3.是重要医用放射性同位素,半衰期为5.26年,试问1g的放射性强度?100mCi的钴源中有多少质量Co?

原子核物理第三章课后习题答案

原子核物理第三章课后习题答案

3-3. 60Co 是重要的医用放射性同位素,半衰期为5.26年,试问1g 60Co 的放射性强度?100mCi 的钴源中有多少质量60Co ? 解:放射性强度公式为: 000.693,==t t A dN m A N e N N N e N N dt T M λλλλλ--=- ===其中,,,T 为半衰期,0A 231330.6930.6931 6.022*******.2636524360059.93384.1977810/1.13510t dN m A N e N N dt T M Ci λλλ-∴=- ===?=?????≈?≈?次秒 其中103.710/i C =?次核衰变秒, 1039100 3.71010/i mC -=????10010=3.7次核衰变秒,利用公式 00.693t A dN m A N e N N dt T M λλλ-=- ===,可知2390.6930.693 6.022*********.2636524360059.9338 A m m A N T M ==??=???? 3.7 解可得,-58.8141088.14m g g μ=?= 3-5用氘轰击55Mn 可生成β-放射性核素56Mn ,56Mn 的产生率为 8510/s ?,已知56Mn 的半衰期2.579h,试计算轰击10小时后,所生成 的56Mn 的放射性强度。 解:利用放射性强度公式 /(1)(12),P t t T A N P e P λλ--==-=-其中为核素的产生率。 可知生成的56 Mn 的放射性强度为: /810/2.57988(12)510(12) 4.6610 4.6610t T A P Bq --=-=??-≈??次核衰变/秒=。 3-6已知镭的半衰期为1620a ,从沥青油矿和其他矿物中的放射性核

核技术应用习题及答案

习题 核技术及应用概述 1、什么是核技术? 2、广义地说,核技术分为哪六大类? 3、核能利用与核武器主要利用的什么原理,其主要应用有哪些? 4、什么是核分析技术,其特点是什么? 5、什么示放射性示踪技术,有哪几种示踪方式? 6、研究植物的光合作用过程是利用的核技术的哪个方面? 7、什么是核检测技术,其特点是什么? 8、辐射照射技术的定义是什么,辐射交联的聚乙烯有什么优点? 9、写出以下核技术应用中所涉及的英文缩写的中文含义: XCT NMR-CT PECT SPECT CST 10、什么是当今产值最大、发展最快的核辐射设备? 第一篇核技术基础知识 1、何谓核素和同位素? 2、什么是结合能,什么是比结合能? 3、已知M(1H)=1.007825u, M(n)=1.008665u, M(14N)=14.003074u,14N的比结合能是多少Mev? 4、已知M(1H)=1.007825u, M(n)=1.008665u, M(2H)=2.014102u,求氚核的结合能和比结合能是多少Mev? 5、γ衰变的特点? 6、何谓半衰期? 7、应用14C进行考古,已知自然界中为14C/12C 1.0×10-12,某生物化石中为14C/12C 3.5×10-15,求其死亡时间? 8、什么是韧致辐射? 9、什么是康普顿-吴有训效应? 10、放射性活度的定义及它的表达式? 11、电离辐射的来源有哪些? 核能利用与核武器 1、什么是原子核的比结合能? 2、裂变反应堆又哪几部分组成? 3、试述反应堆的分类? 4、说明核电站工作原理? 5、什么是有效增值系数或再生系数,什么是临界状态? 第二篇核医学成像技术和仪器 1、核子医学仪器包括哪些? 2、国际规定,作为表达组织密度的统一单位CT值的计算公式是什么?如果水的吸收系数为

核物理实验方法习题及答案yanxinzaofortran

第一章习题 1,简述核物理常用基本概念 1,元素(element ):元素,也叫化学元素,指具有相同核电荷数(质子数)的同一类原子的总称。 2,原子(atom ):构成化学元素的基本单元和化学变化中的最小微粒,即不能用化学变化再分的微粒。 3,原子核(atomic nucleus ):简称“核”,位于原子的核心部分,由质子和中子两种微粒构成。 4,核素(nuclide ):指具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。 5,核子(nucleon):质子、反质子、中子和反中子的总称,是组成原子核的粒子。 6,原子序数( atomic number ):是指元素在周期表中的序号,用Z 表示。 7,质量数(mass number ):是原子内质子和中子数之和,用A 表示。 8,中子数(neutron number ):特指原子核内的中子个数,用N 表示。 9,核素表示: N A Z X ,简写为 :X A 10,同重元素(isobar ):质量数相同而中子数和质子数不同的元素。 11,同位素(isotope ):原子序数相同而中子数不同的核素。 12,同中异位素(isotone ):中子数相同而质子数不同的核素。 13,同质异能素(isomer ):处于较长寿命的激发态的核素。 14,原子量(atomic weight ):某种原子的质量与碳-12原子质量的1/12的比值称为该原子的原子量,又称相对原子质量。 15,分子量(molecular weight ):组成分子的所有原子的原子量的总和。 16,同位素丰度(isotope abundance ):自然界中存在的某一元素的各种同位素占所有同位素的相对含量(以原子物质的量百分计)。 17,用丰度计算元素:原子量设元素的原子量为A ,各同位素 的原子量为,各元素的自然界丰度为,则有 18,阿伏伽德罗常数:12g 12C 所包含的C 原子个数,用Na 表示。

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