辐射防护与监测
45页1、山东核电配套环保工程项目筹备组,新员工培训课件(一),在所有这些发展中,原子核物理的研究起了关键作用。核物理是一个国际上竞争十分剧烈的科技领域,各国都投入了大量的人力、物力来从事这方面的研究工作。核物理基础研究的重大成就,核能和核科学技术的广泛应用已成为科技现代化的主要标志之一。,19世纪末,物质结构的研究开始进入微观领域,在几十年内,人们在这方面取得了重大的进展:物理学中建立了研究物质结构的三个分支学科,即原子物理、原子核物理和粒子物理;发现了微观世界的运动规律,创造了量子力学和量子场论。而原子能的释放,则为人类社会提供了一种新的能源,推动社会进入原子能时代。,原子核物理基础,1896年,贝可勒尔(H.Becquerel)发现天然放射性现象 。 1919年,卢瑟福(E.Rutherford)首次实现了人工核反应。 1932年,查德威克(James Chadwick)发现了中子。 1934年,居里夫妇(Couple Curie )人工合成了第一个放射性核素。,1938年,哈恩(O.Hahn)和斯特拉斯曼(F.Strassmann)发现核裂变现象。 1942年,费米(E.Fermi)建立
2、第一个链式反应堆。 1957 杨振宁和李政道发现弱相互作用下宇称不守恒。 ,核物理的发展史,为便于之后更好地理解核物理、粒子物理的相关知识引入这一概念。 所谓能量空间,就是指如果在空间中各个点的势能给定的情况下;那么,凭着各点位置的不同,必然会存在势能高低的不同,我们把该空间中势能高于周围各点的一小片区域叫做势垒,反之为势阱。,比如,重力势场中:高原、山顶就是一个势垒,盆地、山谷就是一个势阱。,能量空间模型,【鲍利原理】也说成是鲍利不相容原理。它是量子力学里面的一个概念。1925年,沃尔夫冈鲍利(Wolfgamg Pauli )在总结原子构造时总结出来的一条经验规则。简单来讲:鲍利原理描述的就是在量子力学研究的微观领域里,组成单个原子、原子核等微粒的任何两个同种基本粒子(仅限于自旋为半整数的费米子,如电子、质子、中子等;自旋为整数的玻色子,如光子、介子等则不包含在内。)之间不能够拥有完全相同的量子态。,在自然界中普遍存在的一个规律就是“能量最低原理”,一切自然变化进行的方向都是使能量降低,因为能量越低就意味着越稳定。 原子核中的核子也是如此,在不违背鲍利原理的条件下,核子优先占据能量较
3、低的原子核轨道,使得整个核体系能量最低,这样的状态就是核的基态。,原子核也存在高能态和低能态。放射性衰变中的衰变就是原子核在激发态向基态过渡的时候以光子的形式释放过余能量的一种方式。,能量最低原理,原子核的基本性质通常是指原子核作为整体所具有的静态性质。它包括原子核的电荷、质量、半径、自旋、磁矩、宇称、统计性质和同位旋等。这些性质和原子核结构及其变化有密切关系。 作为基础了解,下面我们仅对上述原子核的前三种性质作简要介绍,最后以几种常见的粒子为例来加深读者对核的基本性质的印象。,原子核的基本性质,我们知道,原子有着类似于太阳系的结构。且每个电子带一个单位的负电荷的;然而,原子却是电中性的,所以我们不难想到:原子核带的电量是核外电子的总电量,但两者符号相反。根据各原子核所带电量的不同,我们又把它们按照一定顺序排列到一个表中,也就是元素周期表。用X表示一种元素,Z表示核电荷数(质子数),N表示中子数,A表示原子的质量数,我们通常把一个元素表示成:,电子电量: Q=1.6021746210-19C=4.80320419710-10esu.,其中,C是国际单位库仑,esu是厘米克秒单位制中的一
4、个单位。,核的电荷,忽略掉核外电子的结合能,原子核的质量就是原子质量与核外电子质量之差。 而电子的质量仅为质子质量的1/1836。所以原子的质量大部分都集中在原子核上。 原子、原子核的质量单位是u,是12C原子质量的1/12。,NA是阿伏加德罗(Avogadro)常量 。 表示一个摩尔的任何元素都包含有6.022141991023个原子。,核的质量,实验表明,基态原子核是接近于球形的。因此,核半径表征了原子核的大小。核半径用宏观尺度来衡量是很小的量,为(10-1410-15)m数量级;而标准原子半径在10-10m的数量级。,可见,原子核虽然占据了原子质量的大部分,但它所占有的空间比起原子来却是相当小的。,核的半径,原子核是有稳定性的,正如之前谈到的原子核的能态一样。处在高能态(激发态)的核有向低能态(基态)过度的趋势。就像搁在山顶(势垒)上的球,它们存在不稳定的因素。 不稳定的核向稳定态过度的时候,会通过放出氦原子核(粒子),电子、正电子(正负粒子)、光子,质子和中子等其它粒子或者别的一些途径到达稳定态。,原子核自发地放射各种射线的现象被称作放射性。 能自发地放射各种射线的核素称为放射
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