原子核物理ppt课件.ppt

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1、1第 二十二 章原子核物理简介2研究对象：原子核主要内容：核的基本特性：核质量、核矩核力核模型核的放射现象核反应原子能3历史的回顾:1896贝克勒尔(A.H.Becquerel)铀1897居里夫妇(P.&M.Curie)钋、镭1899-1900，放射现象1903卢瑟福He，e1911卢瑟福原子的核式模型1919卢瑟福+14N p+17O1932查德威克(J.Chadwick)发现中子n海森堡原子核：质子、中子n4原子核质子、中子组成1)核子中子 mn=1.008665uq=0质子mp=1.007277uq=e一、原子核的组成2)原子核的符号表示：AX(A=Z+Nn)ZZ为电荷数、Nn为中子数、

2、A为质量数(A=Z+Nn)22-1 原子核的结构和基本性质522-1 原子核的结构和基本性质二、核素图同位素：Z相同而A不同的核素。如：同量异位素：A相同而Z不同的核素。如：622-1 原子核的结构和基本性质三、原子核的大小质量：99.9%(原子质量)原子核的半径：核密度：722-1 原子核的结构和基本性质四、原子核的结合能1.1+1 22.原子核的结合能：当 所 有 核 子(质 子 和 中 子)由 于 相 互 吸 引 聚 集 成 原子 核 时，会 释 放 能 量，以 致 出 现“质 量 亏 损”，所释放的能量即定义为原子核的结合能。1.氘核(2H)的结合能mp=1.007277umn=1.0

3、08665ump+mn=2.015942umd=2.013552u=mp+mn-md=0.002388u质量亏损822-1 原子核的结构和基本性质结合能B：例如，一个质子和一个中子组成氘核，则氘核的结合能：比结合能：原子核中每个核子的平均结合能。比结合能越大，原子核结合越紧密;也越稳定。922-1 原子核的结构和基本性质获得原子能量的两种方法：(2)轻核聚变。(1)重核裂变。比结合能图(两头低、中间高)1022-1 原子核的结构和基本性质例如，氘核和氚核可聚合为氦核同时放出一个中子。聚变反应：1122-1 原子核的结构和基本性质1938年，德国物理学家奥托哈恩发现核裂变，开创了人类利用原子能的

4、新纪元。美籍意大利裔物理学家恩里科费米的“链式反应”理论使原子核裂变反应成为现实。1222-1 原子核的结构和基本性质五、核力核力是把质子和中子纠合在一起，构成一个个稳定的原子核(也包括不稳定的原子核)的强大的束缚力。核力出现于质子质子、中子中子、质子中子之间，强度相等。1.核力一般性质(3)核力是与粒子的带电状态完全无关的强大的吸引力。(2)核力是短程力，作用半径为310-15m。(1)核力是强相互作用，主要是吸引力。f0 r1322-2 原子核的衰变和衰变规律若：t=0时，N=N0；在dt内核衰变数为-dN则：为比例系数，表示一个原子核在单位时间内发生衰变的几率称为衰变恒量。指数衰变律二、

5、半衰期T1/2:放射性原子核衰减到原来数目的一半所需要的时间.一、指数衰变律1422-2 原子核的衰变和衰变规律三、平均寿命当t=时平均寿命后,剩下的原子核数目约为原来的定.1522-3 核反应一 种 元 素 在 具 有 一 定 能 量 的 粒 子 的轰击下衰变成另一种元素的现象。核反应一般表示式：发现中子的核反应：第一个人工核反应：核反应：核反应：如：1622-4 原子核能的利用裂变分类：自发裂变诱发裂变裂变机制：中子被核俘获后形成复合核，处于激发态的复合核将发生集体振动和形变。根据液滴模型解释，复合核的表面张力使核恢复球形，库仑力使核的形变增大，最终发生裂变。一、原子核的裂变裂变能的利用：

6、原子弹反应堆1722-4 原子核能的利用二、轻核聚变当二个轻核聚变为重核时，观察比结合能图，可以得到一个结论：能量释放。而且释放的能量比裂变大得多实现聚变的途径：1、引力约束聚变太阳能2、惯性约束聚变氢弹、激光3、磁约束可控聚变反应质子-质子反应链碳-氮反应链1822-5 基本粒子简介一、“基本粒子”的发现 长期以来，人们一直在孜孜不倦地探索着物质的基本组成，对物质结构的认识有一个逐步深入的过程。人们曾经把当时所认识到的组成物质的最小基本单元，称为“基本粒子”，现在知道，基本粒子未必基本。电子、光子、质子、中子的发现，相继为原子物理学和原子核物理学奠定了基础，正电子、子、介子、中微子的发现，使

7、人们感受到粒子物理的丰富内涵与独特的研究方式，促使粒子物理作为一门独立的学科出现。1922-5 基本粒子简介粒子的种类很多，已发现的粒子有400多种.(1)光子 静止质量为零；自旋量子数等于1分类：（2）轻子 不参与强相互作用的粒子。有些轻子参与弱相互作用，带电的轻子参与电磁作用。这些粒子的静止质量比介子的质量小，自旋量子数为1/2，包括中微子、电子及正电子、正负子。（3）强子 参与强相互作用的粒子。强子也参与弱相互作用，带电的和中性带磁矩的还参与电磁作用。根据自旋的不同，强子又分为介子和重子：20(1)介子 自旋量子数为零，包括带正、负电荷和中性的介子，带正、负电荷和中性的K介子以及介子，它

8、们的静止质量介于电子和质子之间。(2)重子 自旋量子数绝大部分都是1/2，包括核子(中子和质子)以及超子等。这些粒子的静止质量等于或大于质子。22-5 基本粒子简介超子：夸克模型：1960年前后，盖尔曼提出了一个对当时已知亚原子粒子分类的方法。根据这个方案推测，质子、中子等一些粒子可能由一种新的粒子组成，盖尔曼给它取名夸克。21二、基本粒子的相互作用22-5 基本粒子简介强相互作用 强相互作用把夸克组成质子、中子，把质子、中子结合成原子核。高能核反应中介子和超子的形成过程等都属于强相互作用。这种相互作用强度最大，比电磁相互作用强1012倍。电磁相互作用 所有带电粒子间都存在电磁相互作用，在经典

9、理论中认为这种作用是通过电磁场来实现的，在量子电动力学中认为这种作用是通过交换光子实现的。作用的大小与带电粒子间的距离平方成反比。22弱相互作用 有两种弱相互作用，一种是有轻子(电子e，中微子，子以及它们的反粒子)参与的反应，如衰变，子的衰变以及介子的衰变等；另一种是介子和超子的衰变。这两种弱相互作用的强度相同，都比电磁相互作用弱1010倍。引力作用 所有粒子之间都有引力相互作用，引力相互作用的大小与粒子间的距离平方成反比。22-5 基本粒子简介23作用名称强相互作用电磁相互作用弱相互作用引力作用相对强度1 10-210-1210-39力程（m）短程，10-15长程短程，10-17长程特征时间（s）10-2310-20-10-1610-10媒介子胶子g 1 g 8光子中间玻色子W，Z0引力子（预言）作用对象夸克,胶子,重子带电粒子强子、轻子一切物体