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第七章 原子核物理

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第7章原子核物理概论

第7章原子核物理概论
数年后,当居里夫人想在故国波兰华 沙假设一个镭研究院治疗癌症时,美国 公众再次为她捐赠了第二克镭.
居里夫人在工作中遭受了大剂量的辐射.后来长期患恶性贫血 症.弗列德利克·约里奥曾检验过她当年的实验记录本,发现全都 严重沾染了放射物.她当年用过的烹调书,50年后再检查,还有放 射性.
第七章 原子核物理概论
【教学重点】 核力和核矩；放射性衰变的基本规律；和裂
变和核聚变。 【教学难点】核力和核结构。
第七章 原子核物理概论
Manufacture :Zhu Qiao Zhong 3
§7-1 原子核的描述
一、历史回顾 贝克勒尔发现放射现象（1896）
1896年,贝克勒尔发现钠盐的放射现象.
这是人类历史上第一次在实验室里观察 到原子核现象,是核物理学的开端.
第七章
原子核物理概论
Nuclear physics introduction
教材:原子物理学,杨福家,高教社,2008第四版 制作:红河学院理学院 Zhu Qiao Zhong
目录
第七章 原子核物理概论
§7-1原子核物理的对象 §7-2核力 §7-3核的基态特性之一：核质量 §7-4核的基态特性之二：核矩 *§7-5核模型
贝克勒尔是研究荧光和磷光现象的世家子弟,
于1892年担任巴黎自然历史博物馆教授 ,而此
职位是他祖父和父亲曾担任过的…
贝克勒尔,1852-1908 法,与居里夫妇共同获
偶然？必然？ 伦琴发现X射线后,彭加勒(法)认为“X射
线可能跟荧光属于同一机理”, 建议贝克勒 尔验证,终于发现钠盐有预期效果.同时发现
§7-5放射性衰变基本规律 §7-6 α衰变 §7-7 β衰变 §7-8 γ衰变 §7-8核反应和核能的利用

原子核物理概论

原子核物理概论

从核素图上看到，稳定的核素都分布在一个狭长 的带状区域内，通过这狭长带状区域中心可画一条
光滑曲线，这条曲线称为 稳定线(-stability line) 。
稳定线及其附近的这个狭长的带状区域称为核素 的稳定区。 稳定线起始段与N=Z的直线相重合； 随着核子数增多偏向N>Z方向。 上侧区域是缺中子的核素区，具有 放射性(包括 电子俘获 ) 或放射质子；下侧的区域是丰中子核素 区，具有 - 放射性或放射中子。这两个区域的核素 经衰变后转变为更靠近稳定线的核素。
为偶数的原子核是玻色子，服从玻色-爱因斯坦统计。
费米子体系
(xi x j ) - (x j xi )
玻色子体系
(xi x j ) (x j xi )
第七章
原子核物理概论
1,原子核的基本性质 2,原子核的结构模型 3,核衰变 4,核反应 5,裂变与聚变
原子核的一般性质
原子核是原子的中心 , 线度占万分之一，质量占
99%以上.
原子核对原子的主要贡献是原子核的质量和电荷。
把原子和原子核看作物质结构中两个层次。 核外电子行为对原子核的性质几乎没影响；物质 有些性质主要归因于核外电子，如元素化学性质、某 些物性及光谱特性等；有些性质归因于原子核，如放 射性等；除电性以外几乎不存在哪种性质是由原子核 和核外电子共同提供的。
1932年查德威克发现中子后，伊凡宁柯和海森 伯提出核的质子-中子假说。 质子p带1个单位正电荷，质量1.007277u，是电 子质量的1836.1倍；中子n不带电荷，质量1.008665u， 是电子质量的1838.1倍。
质子、中子统称核子，海森伯认为质子和中 子是核子的两个不同状态，质量上的微小差异是 由电性质的不同所引起的。

原子物理学 课后答案

原子物理学 课后答案

目录第一章原子的位形 (2)第二章原子的量子态：波尔模型 (8)第三章量子力学导论 (12)第四章原子的精细结构：电子的自旋....................... 错误！未定义书签。

第五章多电子原理：泡利原理 (23)第六章X射线 (28)第七章原子核物理概论.......................................... 错误！未定义书签。

1.本课程各章的重点难点重点:α粒子散射实验公式推导、原子能量级、氢原子的玻尔理论、原子的空间取向量子化、物质的波粒二象性、不确定原则、波函数及其物理意义和薛定谔方程、电子自旋轨道的相互作用、两个价电子的原子组态、能级分裂、泡利原理、电子组态的原子态的确定等。

难点：原子能级、电子组态、不确定原则、薛定谔方程、能级分裂、电子组态的原子态及基态的确定等。

2.本课程和其他课程的联系本课程需在高等数学、力学、电磁学、光学之后开设，同时又是理论物理课程中量子力学部分的前导课程，拟在第三学年第一学期开出。

3.本课程的基本要求及特点第一章原子的位形：卢瑟福模型了解原子的质量和大小、原子核式模型的提出；掌握粒子散射公式及其推导，理解α粒子散射实验对认识原子结构的作用；理解原子核式模型的实验验证及其物理意义。

第二章原子的量子态：玻尔模型掌握氢原子光谱规律及巴尔末公式；理解玻尔原子模型的基本假设、经典轨道、量子化条件、能量公式、主量子数、氢能级图；掌握用玻尔理论来解释氢原子及其光谱规律；了解伏兰克---赫兹实验的实验事实并掌握实验如何验证原子能级的量子化；理解索菲末量子化条件；了解碱金属光谱规律。

第三章量子力学导论掌握波粒二象性、德布罗意波的假设、波函数的统计诠释、不确定关系等概念、原理和关系式；理解定态薛定谔方程和氢原子薛定谔方程的解及n,l,m 三个量子数的意义及其重要性。

第四章 原子的精细结构：电子的自旋理解原子中电子轨道运动的磁矩、电子自旋的假设和电子自旋、电子量子态的 确定；了解史特恩—盖拉赫实验的实验事实并掌握实验如何验证角动量取向的量子化；理解碱金属原子光谱的精细结构；掌握电子自旋与轨道运动的相互作用；了解外磁场对原子的作用，理解史特恩—盖拉赫实验的结果、塞曼效应。

第七章 原子核物理

第七章 原子核物理
4 9 1 He4 Be12C0 n 2 6
mn 1.008664904 u
核子--中子和质子
A N Z
核素和核素图
核素：凡具有相同的原子序数Z、中子数N 及能量状态的原子核称为一种核素。
元素：Z一定的原子。
同位素：Z相同、N不同的核素 同中子素：N相同、Z不同的核素，
1 1H 3 2 H 1H 1 、、
大，表示核子结合的紧密。
(1)A<30的轻核，平均结合能 表现出周期性的变化，凡A等于 4的倍数的核， 有最大值。

(2)中等核(A=30~120)的 结 合能较大，轻核和重核的 较小 获得核能的途径有两个：重 核裂变和轻核聚变。
ms

E ， (3)中等核 的变化不大，B A 显示了核力的饱和性，即一个 核子只同附近的几个核子有作 用力，而不是同所有的核子都 有作用。
r ~：(0.8 ~ 2) 10
15
15
m引力
m
15
m
斥力 消失
2．核力是一种强相互作用
核力的强度比库仑力大一百倍
3．核力近似地与电荷无关
Fpp Fnn Fpn
4．核力是具有饱和性的交换力
核力的饱和性：核子只与它最靠近的几个核子有相互作用。
VA 核的结合能近似地与核子数成正比， EB A
r0 1.2 1015m
数量级： 1015 ~ 1014 m
(三)、原子核的密度 4 3 4 3 V R r0 A A 3 3
mA Au 3u 2.3 1017 kg / m3 4 3 V 4r03 r0 A 3
二、原子核的电荷
原子核的密度为 一常数，而且核 的密度非常大。
q Ze

原子物理学杨福家第四版课后答案

原子物理学杨福家第四版课后答案

原子物理学杨福家第四版课后答案原子物理学作为物理学的一个重要分支，对于理解物质的微观结构和性质具有至关重要的意义。

杨福家所著的《原子物理学》第四版更是众多学子深入学习这一领域的重要教材。

然而，课后习题的解答往往成为学习过程中的关键环节，它有助于巩固所学知识，加深对概念的理解。

以下便是对该教材课后答案的详细阐述。

首先，让我们来看第一章“原子的位形：卢瑟福模型”的课后习题。

其中，有一道关于α粒子散射实验的题目，要求计算α粒子在与金原子核发生散射时的散射角。

解答这道题，需要我们深刻理解库仑散射公式以及相关的物理概念。

我们知道，α粒子与金原子核之间的相互作用遵循库仑定律，通过对散射过程中动量和能量的守恒分析，可以得出散射角与α粒子的初始能量、金原子核的电荷量以及散射距离之间的关系。

经过一系列的数学推导和计算，最终得出具体的散射角数值。

第二章“原子的量子态：玻尔模型”中的课后习题，重点考察了对玻尔氢原子模型的理解和应用。

比如，有一道题让我们计算氢原子在不同能级之间跃迁时所发射光子的波长。

这就要求我们熟练掌握玻尔的能级公式以及光的波长与能量之间的关系。

根据玻尔的理论，氢原子的能级是量子化的，当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会释放出一定能量的光子。

通过计算两个能级之间的能量差，再利用光子能量与波长的关系式，就可以求出相应的波长。

在第三章“量子力学导论”的课后习题中，常常涉及到对波函数和薛定谔方程的理解和运用。

例如，有一道题给出了一个特定的势场，要求求解在此势场中粒子的波函数和可能的能量本征值。

解答此类问题，需要我们将给定的势场代入薛定谔方程，然后通过数学方法求解方程。

这个过程可能会涉及到一些复杂的数学运算，如分离变量法、级数解法等，但只要我们对量子力学的基本概念和方法有清晰的认识，就能够逐步推导得出答案。

第四章“原子的精细结构：电子的自旋”的课后习题，则更多地关注电子自旋与原子能级精细结构之间的关系。

比如，有题目要求计算在考虑电子自旋轨道耦合作用下，某原子能级的分裂情况。

原子物理学 原子核物理概论 (7.10.2)--第七章原子核物理概论作业解答

原子物理学 原子核物理概论 (7.10.2)--第七章原子核物理概论作业解答

第七章作业及解答7-1试计算核素40Ca 和56Fe 的结合能和比结合能．分析:此题可采用两种算法,一是按核结合能公式;另一是按魏扎克核质量计算公式.一.按核子结合能公式计算解：1 ) 对于核素40Ca ，A =40，Z =20，N =20 由结合能公式 B =Z m p +Z m e -M= (20×1.007825+20×1.008665-39.9625)u =0.36721u×931.5MeV/u=342MeV 比结合能 B /A =342/40=8.55MeV2 )对于核素56Fe ，A =56，Z =26，N =30 由结合能公式 B =Z m p +Z m e -M= (26×1.007825+30×1.008665-55.9349)u =0.5285u×931.5MeV/u=492.29775MeV 比结合能 B /A =492.29775/56MeV=8.79MeV 二.按魏扎克公式计算对于题目中所给的40Ca 和56Fe 都是偶偶核.依B=a V A-a s A 2/3-a c Z 2A -1/3-a sys (Z-N)2+a p A 1/2+B 壳,代入相应常数计算也可.7-2 1mg 238U 每分钟放出740个α粒子，试证明：1g 238U 的放射性活度为0.33μC i ，238U 的半衰期为4.5x109a ．31060740-⨯=A )(1033.0)(103.12613Ci S --⨯=⨯=)(1087.41002.6103.121182323813--⨯=⨯⨯⨯==S NAλ故9718105.41015.3/1087.4/693.02ln ⨯=⨯⨯==--λT （年）7-3活着的有机体中，14C 对12C 的比与大气中是相同的，约为1.3x10-12．有机体死亡后，由于14C 的放射性衰变，14C 的含量就不断减少，因此，测量每克碳的衰变率就可计算有机体的死亡时间．现测得：取之于某一骸骨的100g碳的β衰变率为300次衰变／min，试问该骸骨已有多久历史?解：100g 碳14的放射性活度 A=300次/min=5次/s , 又14C 的半衰期 T 1/2=5730a, 1克碳中碳14的含量为12103.1-⨯=M （克）故10122301059.5103.1141002.6⨯=⨯⨯⨯=-N （个）/克故)(13)(21.01059.51015.35730693.011111070----==⨯⨯⨯⨯=g m g s A 而)(310030011--==g m A 由33.431322000===∴==--A A A e A A T tTtt λ12147573012.2693.047.1)2ln 33.4ln (=⨯=⨯==∴T T t （年）7-4 一个放射性元素的平均寿命为10d ，试问在第5d 内发生衰变的数目是原来的多少?由10=τ天，1.01==∴τλ/天 teN N λ-=0 064.0)5()4(10510400=-=-=∆--e e N N N N N 7-5试问原来静止的226Ra 核在α衰变中发射的α粒子的能量是多少? )(102.50026.40176.2220254.2263u M -⨯=--=∆)(84.4931102.532MeV MC =⨯⨯=∆-故)(75.484.4226222MeV E =⨯=α7-6 210po 核从基态进行衰变，并伴随发射两组α粒子。

原子核物理(卢希庭)课后习题第七章习题

2 2
当B = 0.02575时，T = 1115keV Eγ = 1.12 MeV 当B = 0.02166时，T = 884.6keV Eγ = 0.89 MeV
{[
ρ
]
1/2
-1
}
7-5
9 9 → : E1 2 2 − − 3 1 → : M 1 + E2 2 2 + − 9 1 → : M 电子的总能量E与动量P有如下关系： E 2 = c 2 p 2 + me2 c 4 电子的动能 T = E − me c 2 = (c 2 p 2 + me2 c 4 )1/ 2 − me c 2
mu 2 在质谱仪中偏转： = Beu ⇒ p = eBρ代入上式 T = 511.00 3441.8 ×10 (Bρ ) + 1
Ed = ∆(90,230) − ∆(88,226) − ∆(2,4) = 30.856 − 23.661 − 2.425 = 4.77 MeV >0
能发生α 衰变。
A−4 226 Eα = Ed = × 4.77 = 4.687 MeV A 230
−
+
练习
计算 64Cu的β− 衰变能。 （135）
Ed β
( ) = ∆(29,64) − ∆(30,64)
−
= −65.423 − (− 66.000) = 0.577MeV
预言 103Ag 发射 β+ 或 β− 。
A Z0 = 1.98 + 0.0155 A2 / 3 103 = 1.98 + 0.0155 ×1032 / 3 = 44.38 ≈ 44
第七章γ跃迁
7 −1 1)光子(133) E Rγ

原子物理第七章大学物理


（三）、放射性活度
N N0et
A0 N0
A dN / dt N N0et A0et
表明放射性活度随时间的衰变仍服从指数衰变规律。 单位：国际单位制中，放射性活度的单位为“贝克勒 尔”，记作“Bq”，1Bq=1次衰变/秒
10 1居里(Ci)= 3.7 10 次衰变/秒= 3.7 1010 Bq
1911：原子的核式结构；1945：原子弹；
三、原子核的组成
原子核由质子和中子组成。质子带电＋e；中子不带电。质 子和中子统称核子
几个概念
① 原子质量单位u：
12 6
C 规定的质量为12u.
1u=1.66054×10-27 kg =931.5016 MeV/c2 mn=1.007825 u, mp=1.007727 u ②原子核的符号
放射源所含放射性物质的原子核数： N
NA
A


AT1
2
放射源所含放射性物质的质量： m ( M ) N
ln 2 MAT1
2
N A ln 2
三、 放射系
1．钍(
232 90Th
)系
2．铀(
238 92U )系
235 3．锕( 92U)系
4．镎( 94 Pu )系，
241
四、放射性衰变规律在地质考古上的应用 在考古工作中，
mA M A Zme 原子核质量占原子质量的99％以上；
核外电子的行为对原子核的性质几乎无影响； 原子与原子核为微观系统的两个不同层次。
二、历史回顾
1896： 铀的放射现象；
1932：中子；
1897： 放射性元素钋和镭； 1934：人工放射性； 1899： , 射线； 1939：中子轰击铀，有中间物质产生； 1900： 射线； 1942：链式反应；

原子物理杨家富 第七章答案


5
b.原子核的大小
把核近似为球体，其半径为
R ro A 3 ,
1
ro 1.2 fm
核的质量密度
M Zm p Nmn Au 3u 2 1017 k g / m 3 1014 吨/ m 3 4 4 V R 3 ro 3 A 4 1.728 10 -45 3 3
3 3
Bs 是表面能，正比表面积( R A )，即Bs as A 3；
2
2 3 2
3 Z(Z - 1) e 2 2 13 Bc 是库仑能，Bc ac Z A ; 5 4 o R Bsym 是对称能，来自量子效应。当Z N时为零， Z N时, 因泡利不相容使能量升高；
Bp是成对能，表明质子和中子喜欢成对结合，而且 偶偶核稳定；奇奇核不稳定；最后BI来自壳层效应， 它们都是量子效应。 由液滴公式给出的结合能，可反求核质量
Q 2 Z (c 2 a 2 ) 5
z c c
z c
z
a
a
a
Q=0
Q>0
Q<0
17
§ 7.2 核力
1. 核力的一般性质 2. 核力的介子理论
18
1. 核力的一般性质
原子核内引力可完全忽略，电磁力只起排斥作用， 能把众多质子和中子结合成密度高达1014g/cm3的核是靠 一种新的作用—核力。经过多年的研究，认识到核力有 如下基本性质。 .短程力 力程≤10－14m，如果核力像库仑力那样为长程力， 核的结合能应正比 A( A 1) A2 。核结合能正比A， 说明核子只与近邻核子发生相互作用。
. 在极短距离内（小于0.8fm）核力为斥心力。 核子间相互作用势如图所示：
21
22

原子核物理概论.ppt


p h hc 1240 fm MeV 124MeV
c 10 fm c
c
则
v p pc2 240c m mc2
—— 不可能！
另外，原子核的质子-电子假说也无法解释核自旋的实验 事实。以氮原子核为例，按照原子核的质子-电子假说，氮 核中应包含14个质子和7个电子，粒子总数是21，因为质子 和电子的自旋都是1/2，21个粒子合成的氮核的自旋是21/2， 而实际上氮核的自旋是1。
质子和中子统称为核子，海森伯认为质子和中子是核子 的两个不同状态，它们在质量上的微小差异是由电性质的不 同所引起的。在原子核内，中子是组成核的稳定粒子，但在 原子核外，中子是不稳定的，一个自由中子的寿命是888.6 s， 约为15 min，最后衰变为一个质子、一个电子和一个反中微 子，即
n p e ve
➢ 1900年，发现 射线。
➢ 1903年，卢瑟福证实 射线是氦核， 射线是电子。
➢ 1911年，提出原子的核式模型。 ➢ 1919年，实现人工核反应。 ➢ 1932年，查德威克发现中子。 ➢ 1934年，约里奥.居里夫妇发现人工放射性。
➢ 1939年，发现铀原子核裂变。 ➢ 1942年，发明热中子链式反应。 ➢ 1945年，原子弹。 ➢ 1952年，氢弹。 ➢ 1954年，苏联第一个原子能发电站。 ➢ 1958年，我国第一座重水型原子反应堆。 ➢ 1964年，我国第一原子弹试爆成功。 ➢ 1967年，我国第一氢弹试爆成功。
(1) 同位素：是质子数Z相同而中子数N不同的核素，它们 在周期表上占据同一个位置。自然界存在的元素往往是由 几种同位素所组成，并且各种同位素的含量有一定的比例， 这种比例称为同位素的丰度。
例如，自然界存在的氧有三种同位素，即 186O, 187O, 188O ， 它们的丰度分别为99.759%、0.037%和0.204%。
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魏扎克(Weizacker)公式:
B aV A aS A2 / 3 aC Z 2 A1 / 3 asym ( Z N )2 A1 BP B壳
对称能 偶偶核 1 奇A核 0 奇奇核-1 对能
aP A1 / 2
从实验定出:
aV = 15.8 MeV
aS = 18.3MeV
二、原子核的组成
1919年,卢瑟福发现了质子：
4 2 1 He14N 17 O1 p 7 8
质子：带一个单位正电荷
m p 1.007277 u
1932年，查德威克发现了中子 :
4 9 1 He 4 Be12 C 0 n 2 6
mn 1.008665 u
原子核是由质子p和中子n组成，质子和中子统称为核子。原子核 中的核子数、质子数和中子数分别以 A、Z 和 N 表示，它们满足 关系
衰变条件：E0＞0，即
(b) 衰变：
M X MY
A A 0 XZ 1Y 1e Z
E0 ( m X mY me )c 2 ( M X M Y 2me )c 2
衰变条件： E0＞0，即 M X M Y 2me (c) K俘获：原子核俘获一个核外轨道上的电子而转变为另一 A 0 个原子核的过程。 Z X 1 e Z AY 1
2 Q Z( c2 a2 ) 5
电四极矩是量度原子核电荷偏离球对称的程度.
§33
放射性衰变的基本规律
放射性衰变：核素自发地放射出某种射线而变成另一种核素的现象。 已经发现的放射性衰变模式：
1．衰变：放出带两个正电荷的氦原子核。
2．β衰变：放出电子(或正电子),同时放出反中微子(或中微子)。 3．γ衰变：放出波长很短(小于0.01nm)的电磁辐射。 4．自发裂变：原子核自发分裂为两个或几个质量相近的原子核。 放射现象的研究是获悉原子核内部状况的重要途径之一。
对于任意的带电体系,它在x 处产生的电势为

1 4 0 r
∫dV
1 4 0 r 2
1 e
∫zdV
1 ( 3 z 2 - r 2 )dV ... ∫ 4 0 r 3 2
1
原子核的电偶极矩恒等于零,电四极矩定义为:
Q= ρ(3z 2 - r 2 )dV ∫
当 Q = 0 时，核电荷分布呈球形 Q > 0 时，呈长椭球形 Q < 0 时，呈扁椭球形
mα 1 2 Er = mY vY = Eα 2 mY
衰变条件:
二、α衰变能与核能级图
m Y v Y = mα vα
mα 4 A E0 = ( +1)E α ≈ ( +1)E α = Eα mY A-4 A-4
测得粒子的 动能有六种
粒子能谱具 有分立特性 －原子核具 有分立的能 量状态。 此外有能量不 同的五种 γ 射 线。
~
3
~ H 3He e ( 衰变)
13
N 13C e
( 衰变)

1 假设中微子的自旋和电子一样为 ，则衰变前后的角动量守恒。 2
1956年，从实验上发现了中微子。
费米认为：
正像光子是原子或原子核不同状态之间跃迁的产物，电子和中微子 是原子核中质子和中子之间转换产生的;
aC = 0.72MeV
aSym = 23.2 MeV
aP = 11.2 MeV
§31
一、核力的基本性质
(1) 短程、强相互作用。
强 相对强度 力程
1
核力
电磁
弱
万有引力
10
2
10
-13
10-39
~ 10-15 m
大于 10
14

~ 10 17 m

m , 核力消失。
(2) 饱和性。 核子只与它相邻的核子有相互作用。
说明
ln2 T1/ 2 = λ
1 T1 / 2 τ 1.44T1 / 2 λ ln2
(1) 平均寿命为衰变常量的倒数，是半衰期的 1.44 倍 (2) 经过时间 后，剩下的原子核数约为原来的 37％
三、放射性活度
放射性活度A:放射性物质在单位时间内发生衰变的原子核数。
A dN / dt N N0e
能量
β射线能谱
二、 中微子假说
1930年，泡利提出了中微子假说:当放射性核素发生衰变时， 除了放出电子外，还伴随着放出一个轻的中性粒子(称为中微子)。
E0 Ee E Er
由于三者之间能量的任意分配均不违反动量守恒定律，所以 射线 的能量是连续的，形成了连续谱。 由于 m e << m Y ， 0 ≈ e + E ν，衰变能主要在电子和中微子之间分配. E E 当 E 0 时， E 0 = E e;当 E E0 时, Ee 0 ;其余情况下, Ee E0 . 中微子分为两种：中微子 和反中微子 ，它们的质量完全相 同，都不带电荷，但自旋方向不同。
- 0.309MeV(100%)
2.50MeV
60Ni
1
1.33MeV
2
0
60Co的衰变纲图
二.
穆斯堡尔效应
穆斯堡尔效应:一种原子核无反冲的 射线共振散射或吸收现象。
1. 射线对核的反冲

介子，
m m = 264 me
不同核子的相互作用通过发射或吸收 介子而产生，相当 于两核子之间的位置发生交换，核力为交换力。
§32
一、核自旋
核的基态特性之二:核矩
原子核具有角动量，常称为核自旋，它是核内 A 个核子 的自旋角动量和轨道角动量的矢量和。
实验发现,原子核基态的自旋量子数有如下规律:
m X c 2 me c 2 Wi mY c 2 E0 能量守恒： Wi 衰变条件： E0＞0，即 M X M Y 2 c
§36
一、衰变
衰 变
衰变: 原子核通过发射光子从激发态跃迁到较低能态的过程。
Y Y
*
E Ei E j h
60Co(T
1/2=5.27a)
二、半经验质量公式
1935年,魏扎克(Weizacker)根据液滴模型给出了一个半经验 核质量公式.将原子核比作一个密度极大的、不可压缩的液滴 。 原子核结合能的半经验公式:
B BV BS BC
体积能 表面能 库仑能
aV A
aS A2 / 3
3 1 e2 Z( Z 1 ) 5 4 0 R
一、 指数衰变律
dN Ndt
N N 0e
t
dN / dt 衰变常数 : 代表一个原子核在 单位时间内发生衰变的几率。 N
dN dt N
t dN N0 N 0 dt N
二、半衰期和平均寿命
半衰期 T1/ 2 ： 放射性核素衰变其原有核数一半所需时间。 平均寿命 ：每个原子核衰变前存在时间的平均值。
212 83
Bi →208 Tl + α 81
T1/2=60.5min
§35
一、衰变面临的难题
射线能谱引发的难题:
β 衰 变
(1) 原子核是个量子体系,它应具有分立的能级,而核衰变则是不同 原子核能态之间的跃迁,由此释放的能量必然是分立的.而β射线能 谱却是连续的?
(2) 不确定关系不允许核内有电子, e , e 来自何方?
§34
一、α衰变条件
A Z
衰 变
X→
A-4 Z- 2
Y+α
2 2
根据能量守恒定律: 衰变能
m X c = m Y c + mα c + E α + E r
2
E 0 E E r (m X - m Y - m )c 2 = (MX - M y - MHe )c2
E0 > 0
M X > M Y + M He
3 例如： 3 H, 2 He 1
三、核素图
兰州近代物理研究所利用HIRFL合成的新核素、 首次建立的核衰变纲图及部分研究过的核素
§30
核的基态特性之一:核质量
m Zm p Nmn
一、 原子核的质量亏损和结合能
原子核质量亏损 m
m Zm p Nmn m ZM H Nmn M
第七章
主要内容:
原子核物理概论
1.原子核物理的研究对象 2.原子核的基态特性
3.天然放射性
4.核反应及原子能的利用
§29 原子核物理的研究对象
一、历史回顾
1896年,贝克勒尔发现了铀的放射现象; 1897年,居里夫妇发现放射性元素钋和镭; 1899年,1900年发现 , 射线和 射线; 1903年,卢瑟福证实了 射线是带正电的氦原子, 射线是电子; 1911年,卢瑟福提出原子的核式模型; 1919年,卢瑟福首次实现人工核反应; 1932年,查德威克发现中子;海森伯提出原子核由质子和中子组成; 1934年,约里奥.居里夫妇发现人工放射性; 1939年,哈恩和史特拉斯曼在用中子轰击重元素铀的实验中,发现有中间质 量的元素产生;梅特纳和弗里什提出用铀原子核分裂成两半的产物解释实验 结果;玻尔和惠勒提出了重核裂变的液滴模型理论; 1942年,费米等发明热中子链式反应堆; 1945年,奥本海默领导的美国洛斯.阿拉莫斯实验室制成快中子链式反应装置; 1952年,泰勒等实现了轻元素的热核爆炸; 1954年,苏联建成第一个原子能发电站;
质子和中子可视为核子的两个不同状态;
导致光子产生的是电磁相互作用，而导致电子和中微子产生的是弱 相互作用。
三、衰变的三种类型及衰变条件
(a) 衰变：
A A 0 ~ XZ 1Y 1e Z
m X c 2 mY c 2 me c 2 E0 能量守恒： E0 ( m X mY me )c 2 ( M X M Y )c 2