《Nuclear and Particle Physics》(核物理与粒子物理)简介一、出版情况《核物理与粒子物理》（第一版）2006年由英国John Wiley&Sons出版社出版, 其作者为伦敦大学学院(University College London)物理与天文系的B.R.Martin教授，该书411页。
二、内容简介在现代的物理学研究中核物理和粒子物理由于研究的内容和手段已经大不相同,它们通常被视为物理学的两个分支。
但是这两者有紧密的联系:核物理研究原子核层次的现象,诸如裂变、聚变、β-衰变、γ-衰变,等等,以及这些现象的实际应用;而这些现象的更深层次的物理机制则来源于更微观的粒子物理理论,这些就是粒子物理学研究的对象。
因此,本书将核物理和粒子物理的内容放在一起,以便使读者对这些知识有一个整体的了解。
本书首先介绍了相对论性量子场论的基本概念:对称性,相互作用,散射,衰变,等;在有关核物理的内容中包括了核现象学,各种核模型:液滴模型、费米气体模型、壳模型,等;在有关粒子物理的内容中包括了轻子、夸克和中微子的现象学,强相互作用理论和弱电相互作用理论;书中还有一章介绍核物理(粒子物理)的实验方法,包括加速器原理、核(粒子)反应的探测与测量;书中另有一章介绍核物理的应用,包括裂变和聚变核反应堆的原理,核物理在生物学和医学方面的应用;最后一章介绍粒子物理和核物理的各种研究前沿问题,包括Higgs粒子,大统一理论,超对称理论,夸克-胶子物质, 粒子宇宙学,核医学,核能与核废物处理,等等。
本书内容相当丰富,作者的讲述条理清晰,深入浅出,某些章节可以独立出来作为学习材料。
每一章后面有一些练习题目,书后附有答案, 适合研究生学习使用,也科技工作者作为参考材料阅读, 读者应具有量子力学的基本知识。
三、目录：物理学常数表;1.基本概念；2.核物理现象；3.粒子物理现象；4.实验方法；5.夸克理论:强作用;6.弱电作用理论;7.核结构模型;8.核物理应用;9.几个专题及展望;附录A：几个量子力学专题；附录B：相对论性动力学；附录C：卢瑟福散射;附录D：习题答案；(推介者:贺伟，南开大学物理科学学院博士后）。
第24章 核物理与粒子物理﹡思考题24-1 原子核的体积与质量数之间有何关系，该关系说明了什么？ 答：原子核的体积与质量数的关系为33044ππ33V R R A A =≈∝ 上式表明，每个核子所占的体积近似地为一常数．24-2 为什么各种核的密度都大致相等？答：根据 -273173134-1533433(1.6610)kg/m 2310kg/m ππ(1.210)mA.R A ρ⨯==≈⨯⨯，可知各种原子核的密度是相同的，其数值相当大，13cm 的质量可达2.3亿吨．24-3 为什么核的由核子间强相互作用决定的结合能和核子数成正比？答：核的结合能和其中核子数成正比就是说核的平均结合能大致相等．这一事实是强力的短程性的直接后果．由于一个核子只和与它紧靠的其他核子有相互作用，而在A>20时核内和一个核紧靠的粒子数也基本不变了，所以每一个粒子的结合能也就基本不变了．这就导致了核的结合能和其中的核子数成正比的结果．24-4 γβα、、三种放射线的本质是什么？与物质作用效果有何区别？答：α射线是α粒子流、β射线是电子流、γ射线是光子流．在这三种射线中，α射线的电离作用大，贯穿本领小；γ射线的电离作用小，贯穿本领大；β射线的电离作用和贯穿本领均介于α射线和γ射线之间．24-5 同位素的原子核组成上有什么相同点与不同点？放射性同位素有哪些方面的应用？答：同位素具有相同的质子数和不同的中子数，如碳的同位素有86C ，96C ，…126C ，136C ，146C ，…206C 等，这导致物理性质的不同．它们均满足：质量数=质子数+重子数．放射性同位素一是应用它的射线（其中γ射线在物理、生物、医学等学科已经得到广泛地应用）；二是应用它作为示踪原子．24-6 什么是半衰期，其长短由什么决定？如何计算衰变后剩余的原子核数？答：半衰期12/T 是放射性核素衰变其原有核数的一半所需的时间．半衰期只由元素的性质决定，与元素所处物理化学状态无关．设0t =时的原子核数目为0N ，放射性核素的衰变规律为0t N N e λ-=．除了半衰期，还可用原子核的平均寿命τ来描述其衰变的快慢．对于大量同种放射性原子核，其中有些原子核衰变得早，有些原子核衰变得晚，各个核的寿命不一样，但对于某一核素而言，平均寿命只有一个．0011(-d )d d t t N t N t te t N N λτλλ∞∞-===⎰⎰⎰12121144ln2//T .T λ==≈它等于半衰期12/T 的1.44倍，把上式代入到0t N N e λ-=中可得10037N N e %N -=≈即经过平均寿命后，剩下的核素数目约为原来的37%．24-7 原子弹与核反应堆有什么本质的不同?答：利用裂变能的装置可分为两类：原子弹和核反应堆．原子弹是不可控的快中子链式反应爆炸装置；核反应堆是可控的热中子链式反应堆．24-8 指出中子和反中子分别是由哪些夸克构成的？答：中子由2个d 夸克和1个u 夸克组成，反中子由2个反d 夸克和1个反u 夸克组成．习题24-1 碳核的半径约为15310-⨯ m ，其质量为12 u .求该原子核的平均密度，这一密度是的水的密度的多少倍？分析 假设原子核的质量近似均匀分布，这就很容易算出质量密度. 解； 271u =16610kg .-⨯-2731733-153443312 1.6610kg/m 17610kg/m ππ(310)m .R ρ⨯⨯==≈⨯⨯ 171417610176101000..ρρ⨯==⨯水可见原子核的密度非常大.24-2 已知42He 的原子质量为4.002603 u ，试计算α粒子的结合能和比结合能. 分析： 原子核的质量一般都要小于构成它的核子总质量. 因此，核子结合成原子核将有能量释放出来，这就是结合能. 平均每个核子分摊到得结合能为比结合能. 可以通过计算核子结合成原子核时的质量亏损来确定相应的结合能.解： 42He 核由2个质子和2个中子构成，其质量亏损为()(21007825210086654002603)u=0.030377uH n X m ZM A Z m M ...∆=+--=⨯+⨯-21u =931.4943MeV/cα粒子的结合能为20.0303779314943MeV 28296MeV b E mc ..=∆=⨯=比结合能28296MeV 7074MeV 4b E ..A ε==≈ 24-3 已知157N 、158O 和168O 的原子质量分别为15.0001 u 、15.0030 u 和15.9949u ，试计算这些原子核的结合能和比结合能.解： 每种原子核的结合能为()H n X m ZM A Z m M ∆=+--将各种原子数据代入可得157158168N: 0.123995 u 115.501MeV 7.70004 MeV O: 0.120255 u 112.017MeV 7.46779 MeV O: 0.13702 u 127.633MeV 7.97708 MeVb b b m ,E ,m ,E ,m ,E ,εεε∆===∆===∆=== 24-4 完成以下反应方程式11916198(1) H+F O+?→； 30301514(2) P Si+?→； 3532417162(3) Cl+?S+He →分析： 反应前后质量数应该相等，电荷数应该相等，以此来写出反应式解： 1191641982(1) H+F O+He →； 303015141(2) P Si+e →； 351324171162(3) Cl+H S+He →24-5 向一人静脉注射含有放射性24Na 而活度为300 k Bq 的食盐水.10 h 后他的血液每2cm 的活度是30Bq .求此人全身血液的总体积，已知24Na 的半衰期为14.97 h .分析： 本题需求解的是放射性活度A N λ=，处以每立方厘米的活度，即可得到全身血液的总体积.解： 由 -t10V =eA A λ 可得 0.693103--t 33014.97130010V=e e 62910cm 629L 30A ..A λ⨯⨯==⨯=24-6 一块岩石样品中含有0.3g 的238U 和0.12g 的206Pb .假设这些铅全来自238U 的衰变，试求这块岩石的地质年龄.分析： 由于从238U 到206Pb 的中间衰变产物的半衰期都比238U 半衰期小得多，而206Pb是稳定的，所以可以忽略中间产物的质量而认为目前238U 和206Pb 两种核的总数就等于最初238U 核的数目解： 2323U,oU Pb 036021001260210238206....N N N ⨯⨯⨯⨯=+=+202021759103511011110...=⨯+⨯=⨯由 U U,o e t N N λ-= 可得921U,o 920U144610 1.1110lnln 24910a 06937.5910N .t .N .λ⨯⨯===⨯⨯ 24-7 指出下列每一个反应都破坏了哪些守恒定律？⑴ p n +−→−-π ； ⑵ -+−→−e p n ； ⑶ γ+−→−p n ； ⑷ ++−→−+e n p μν ；⑸ K p p p n ++−−→++ ；⑹ 0Λ+−→−+-n p K . 解：（1）能量守恒定律 、（2）角动量守恒定律，轻子数守恒定律、（3）电荷守恒定律 （4）轻子数守恒 、（5）奇异数守恒 、 （6）重子数守恒。
