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原子核和基本粒子

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1、原子核和基本粒子,第十七章,物质的基本单元,原子,质子、中子、电子,夸克,17-1 原子核的基本性质,一、原子核电荷、质量和密度,原子核由质子和中子组成。,质子（P）：,中子（n）：,原子核符号,1、原子核的质量数和电荷数,同位素:具有相同的质子数而中子数不同的核素。,质子、电子和中子符号,核素:具有相同质子数Z和相同中子数N的核素。,同量异位素:质量数A相同而质子数Z不同的核素。,同中子异荷数:具有相同中子数N 、不同质子数Z的核素。,同质异能素:具有相同质量数A和中子数N,但能态不同的核素。,原子核的体积总是正比于它的质量数A,所以在一切原子核中，核物质的密度近似相等。,2、原子核的形状、大小及密度,二、原子核的自旋和磁矩,原子核的自旋角动量为,I可以是整数，也可以是半整数。,原子核有磁矩,核自旋角动量空间量子化,核磁子,质子的磁矩,中子的磁矩,1.质子和中子的自旋,2.原子核的质子数和中子数都是偶数时，自旋为零。,3.原子核的质子数和中子数都是奇数时，自旋为非零整数。,4.原子核的核子数是奇数时，自旋为1/2的奇数倍。,核自旋的确定：,三、核力的基本性质,核子之间的相互作用力，

2、抵消核子之间的较强的库仑排斥力。,1.核力是比电磁力强得多的强相互作用力，主要是吸引力。,2.核力是短程力，核子间距离小于10-15m时才明显。,3.核力与核子带电状况无关。,4.核力具有饱和性。,核力的特征：,1935年，日本物理学家汤川秀树提出核力的介子理论，认为核子之间通过交换介子而发生核力作用。,四、原子核的结合能和平均结合能,原子核的质量M总是小于组成该原子核的核子的质量之和，它们之间的差额称为原子核的质量亏损。,原子核结合能：由质子和中子形成原子核时所放出的能量。,核子在结合成原子核时，它们之间的核力作用使体系能量降低，从而释放出能量，相应质量减少了。,平均结合能(比结合能)：原子核的结合能与原子核内所包含的总核子数的比值。,平均结合能越大，原子核越稳定。,原子核由Z个质子和N个中子结合而成，,* 17-2 原子核的放射性衰变,不稳定的原子核会自发地转变成另一种核而同时放出射线，这种变化叫放射性衰变。,一、放射性衰变的一般规律,t=0时刻样品中有N0个核，经过一段时间t后剩下N个核,在dt时间内有-dN个核发生衰变,1.指数衰减规律,t=0，N=N0,放射性衰

3、变定律,t时刻，每单位时间衰变的原子核数与该时刻原子核总数的比。越大，衰变越快。,2.半衰期和平均寿命,半衰期:原子核衰变到N=N0/2所需的时间。,平均寿命,每个原子核衰变前存在的时间的平均值。,原子核的寿命：,平均寿命：,平均寿命与半衰期的关系：,3.射性活度（放射性强度）,放射性物质在单位时间内发生衰变的核的数目。,国际单位：贝克 (Bq),t=0，N=N0，A=N0,1Bq表示每秒发生一次核衰变的放射源的活度。,常用单位：居里( Ci),1) 衰变是原子核放射出粒子(即氦核),三种衰变：衰变、衰变、衰变,二、几种主要的衰变方式,中微子的发现,1930年泡利根据衰变前后应遵守角动量守恒和能量守恒提出核在发射粒子的同时应发射一个质量几乎为零的中性粒子，称中微子。, 衰变是核电荷改变而核子数不变的核衰变.,-衰变是原子核内中子转变成质子，同时放出一个电子和与电子相联系的反中微子, +衰变是原子核内质子转变成中子，同时放出一个正电子和一个中微子,3) 衰变射线是光子流，是在衰变或衰变后形成新核时辐射出来的。,17-4 粒子及其相互作用,一、粒子基本性质,1、质量。（常用静能表示）,2、电量。（常以电子电量e为单位）,3、自旋。（自旋角动量以为单位）,4、平均寿命。,二、粒子相互作用极其统一模型,相互作用的统一,弱电统一理论：弱作用与电磁作用的统一,大统一理论：强相互作用和弱电作用统一,超大统一理论：四种相互作用的统一,有待于验证。,三.粒子的分类,正反粒子两者质量、自旋、平均寿命完全相同。电荷等值异号，磁矩方向相反。,按自旋分类(1)玻色子,(2)费米子,1、规范粒子,2、轻子,3、强子,规范粒子是传递作用力的粒子。,轻子完全不受强作用力的影响。,强子分成介子和重子。,按参与相互作用的性质分类,按质量分类,(1)轻子,(2)介子(3)重子,* 17-5 夸克模型,夸克是强子的组成粒子。夸克共有6种。,每种夸克都有相应的反夸克。,重子都由三个夸克组成。,介子都由一个夸克和一个反夸克组成。,

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