核安全综合知识第一章原子核物理基础
79页1、核安全综合知识,注册核安全工程师考试培训 2010年8月,核安全综合知识,第一章 原子核物理基础 考试要求 熟悉原子结构的知识 熟悉放射性的概念、衰变及其规律 熟悉射线及其与物质的相互作用 掌握核反应的类型 了解核裂变及其裂变反应的知识,核安全综合知识,第一章的考试要求: 复习内容 1.1 原子和原子核的基本性质 1.2 原子核的放射性 1.3 射线及其与物质相互作用 1.4 原子核反应 1.5 核裂变及核能的利用,核安全综合知识,1.1 原子和原子核的基本性质 知识要点: 原子与原子核 原子的壳层结构 原子核的组成及其稳定性 原子核的大小 原子核的结合能,核安全综合知识,原子和原子核(1) 知识要点:原子、原子核、同位素 1896年法国科学家贝克勒尔(A. H. Becquerel)发现天然放射性现象,人类第一次观察到核变化,这一重大发现是原子核物理的开端。 万物是由原子、分子构成,每一种原子对应一种化学元素。目前,人们已知一百多种元素。 1911年卢瑟福根据粒子的散射实验提出了,即原子由原子核和核外电子组成的假设。核外电子的运动构成了原子物理学的主要内容,而原子核成了原子核物理学的
2、主要研究对象。原子和原子核是物质结构的两个层次,但也是互相关联又泾渭分明的两个层次。,核安全综合知识,原子和原子核(2) 电子带负电荷,电子电荷的值为:e=1.60217733x10-19C,且电荷是量子化的,即任何电荷只能是e的整倍数。电子的质量为me=9.1093897x10-31kg。原子核带正电荷,集中了原子的全部正电荷。 原子的大小是由核外运动的电子所占的空间范围来表征,原子可以设想为电子在以原子核为中心的、距核非常远的若干轨道上运行。原子的大小半径约为10-8cm的量级 。 原子核的质量远超过核外电子的总质量,原子的质量中心与原子核的质量中心非常接近。原子核的线度只有几十飞米(1fm=10-15m=10-13cm),而密度高达108t.cm-3 。 物质的许多化学性质及物理性质、光谱特性基本上只与核外电子有关;而放射现象则主要与原子核有关 。,核安全综合知识,原子和原子核(3) 单选题例: 原子物理学的主要内容是(A)。 A核外电子的运动, B 原子核的裂变, C 原子核的衰变,D 原子核中核子间的运动 。 多选题例: 原子由原子核和核外电子组成,其中(ABCDE)。 A
3、电子带负电荷, B 原子核集中了原子的全部正电荷, C 原子的大小半径约为10-8cm的量级, D 原子核的质量远超过核外电子的总质量, E 原子核的限度只有几十飞米。,核安全综合知识,原子的壳层结构(1) 知识要点:原子的壳层、能级、跃迁 原子的核外电子称为轨道电子。原子的轨道电子离核的距离是不能取任意值的,这是微观世界的量子特性的一种表现。电子轨道按照一定的规律形成彼此分离的壳层。 最靠近核的一个壳层称为K层,在他的外面依次为L、M、N、O壳层等,以此类推。通常用量子数n(n=1,2,3)代表壳层,并分别对应K、L、M、N、O,壳层。每个壳层可容纳2n2个电子。除了K层以外,其他壳层又可分成(2l+1,l=n-1)个支壳层,l是描述电子轨道的量子数。 出于不同壳层的电子具有不同的位能,当电子从无穷远处移动到靠近原子核的位置时是电场力作功,K层的能级最低。能级的能量大小就等于该壳层电子的结合能,要使该壳层电子脱离核的束缚成为自由电子所需做的功。结合能是负值,通常以KeV为单位,K壳层电子的结合能的绝对值最大。,核安全综合知识,原子的壳层结构(2) 用n,l,j三个量子数来描述不同的能
4、级。其中n=1,2,3,;l=0,1,2,(n-1)是与电子的轨道运动相关的量子数,而j是与电子的自旋运动相关的量子数,j与l的关系是j=|l1/2|。n,l,j三个量子数的不同组合区别轨道电子不同的支壳层。每个支壳层最多可容纳(2j+1)个电子 。 在正常情况下,电子先充满较低能级,但当原子受到内在原因或外来因素的作用时,低能级的电子可以被激发到高能级上(称激发过程),或电子被电离到原子的壳层之外(称电离过程),高能级电子就会跃迁到低能级上留下的空位上,并以电磁辐射的形式释放一个光子 。 发生内层电子跃迁时,发射的光子能量较高,而且不同元素的原子均有不同特定的能量,所以通常又称作特征X射线,其能量计算公式为:EX=hc/=E1-E2,式中h=6.6260755x10-34J.s;光速c=2.997925x108m/s;E1和E2分别是跃迁前后两个能级的能量 。 K系特征线是由K壳层之外的电子跃迁到K层空位式发射的特征X射线,同样还有L系、M系特征X射线等,跃迁还需要满足特定的选择定则 。,核安全综合知识,原子的壳层结构(3) 单选题例: 原子的核外电子称为(B)。 A 自由电子,B
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