原子核与放射性.ppt

原子核与放射性原子核与放射性原子核的基本性质原子核的基本性质•原子核的组成原子核的组成•原子核的大小原子核的大小•原子核的结合能原子核的结合能•原子核的原子核的磁矩磁矩自旋自旋•原子核的作用力原子核的作用力掌握掌握熟悉熟悉历史回顾历史回顾重要人物重要人物•H.Becquerel, 法国物理学家法国物理学家（（1852-1908），），1903年获得诺贝年获得诺贝尔奖发现了铀尔奖发现了铀(U)放射现象（放射现象（β射射线线），这是人类历史上第一次在实验），这是人类历史上第一次在实验室里观察到原子核现象室里观察到原子核现象•E.Rutherford，，英国物理学家英国物理学家(1871-1937)，新西兰人，，新西兰人，1908年获得诺贝尔奖证实了年获得诺贝尔奖证实了a a 射射线为线为He2+，， b b 射线为电子；从氮核射线为电子；从氮核中打出质子；提出了原子的核式模中打出质子；提出了原子的核式模型；首次实现人工核反应；培养了型；首次实现人工核反应；培养了10诺贝尔奖获得者诺贝尔奖获得者•J.Chadwick，，英国物英国物理学家理学家(1891-1974)，因发现了中子获得，因发现了中子获得1935年度诺贝尔奖。

年度诺贝尔奖中子的发现被认为是原中子的发现被认为是原子核物理的诞生子核物理的诞生历史回顾历史回顾重要人物重要人物•E.Fermi，，意大利物理意大利物理学家学家(1901-1954)，，1938年获得诺贝尔奖年获得诺贝尔奖发明了热中子链式反应堆发明了热中子链式反应堆• 1896：：H.Becquerel发现了铀发现了铀(U)放射现象放射现象;• 1897：：P.&M.Curie发现钋发现钋(Po)和镭和镭(Ra);• 1899：：卢卢瑟福发现瑟福发现a a , b b 射线；射线；• 1900：维拉德发现：维拉德发现g g 射线射线;• 1903：：卢卢瑟福证实瑟福证实a a 射线为射线为He2+，， b b 射线为电子；射线为电子；• 1911：：卢卢瑟福提出原子的核式模型；瑟福提出原子的核式模型；• 1919：：卢卢瑟福首次实现人工核反应，发现了质子瑟福首次实现人工核反应，发现了质子• 1932：：J.Chadwick发现了中子发现了中子;• 1934：：F.&I.Joliot-Curie发现人工放射性；发现人工放射性；• 1939：：O.Hahn等人发现重核裂变；等人发现重核裂变；• 1939：：N.Bohr等提出液滴模型等提出液滴模型;• 1942：：E.Fermi发明热中子链式反应堆；发明热中子链式反应堆；• 1945：原子弹试爆成功，并在广岛上空爆炸；：原子弹试爆成功，并在广岛上空爆炸；• 1952：氢弹试爆成功。

氢弹试爆成功• 1958：：我国建成第一座重水型原子反应堆我国建成第一座重水型原子反应堆;• 1964：我国第一颗原子弹试爆成功；：我国第一颗原子弹试爆成功；• 1967：：我国第一颗氢弹试爆成功；我国第一颗氢弹试爆成功；• 1969：我国首次成功地下核实验；：我国首次成功地下核实验；• 1984：我国受控热核聚变实验装置顺利启动；：我国受控热核聚变实验装置顺利启动；• 1988：北京正负电子对撞机首次对撞成功；：北京正负电子对撞机首次对撞成功；• 1991：秦山核电站发电成功：秦山核电站发电成功; 原子弹原子弹中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图原子核的组成原子核的组成•原子核的发现原子核的发现D1909年Rutherford的学生H.Geiger和E.Marsden在用a 粒子轰击金箔的实验中，发现有大约八千分之一的几率被反射DRutherford说：“就像一枚就像一枚15英寸的炮弹打英寸的炮弹打在一张纸上又被反射回来一样在一张纸上又被反射回来一样”DRutherford认为：正电荷和原子质量集中在原子中心R10-12cm的范围内原子核的组成原子核的组成•质子的发现质子的发现D1919年Rutherford用a 粒子轰击14N，发现了质子。

D核反应方程：14N+a a 18O+ pD布拉凯特通过对a 粒子径迹的照片分析进一步证明，质子是由“复合核”分裂出来的，质子是原子核的组成部分Da a 粒子轰击氮原子核实验实现了原子核的人工粒子轰击氮原子核实验实现了原子核的人工转变•中子的发现中子的发现D1920年Rutherford提出：“由一个电子更紧密地由一个电子更紧密地与与H核结合在一起，组成一个中性的双子核结合在一起，组成一个中性的双子”D1930年Bothe完成了9Be+a a 12C+ n实验，但他认为产生的中性射线是g 射线D1932年Chadwick利用 9Be+a a 12C+ n 实验中所产生的中子轰击14N，测量到14N的最大反冲动能为1.2MeV并根据F.&I.Joliot-Curie夫妇轰击石蜡所测量的反冲质子的最大动能为5.7MeV及动量和能量守恒关系，估算出中性射线的质量为1.15u，并大胆预言该射线是中子D原子核原子核=质子质子+中子中子D原子核的表示符号：AZXN X为元素符号，A=N+Z 为核子数，N为中子数，Z为质子数 简写为：AX DZ相同N不同的核素称为同位素同位素； N相同Z不同的核素称为同中子异核素同中子异核素； A相同Z不同的核素称为同量异位素同量异位素；Z、N均相同，但所处能级不同的核素称为同同核异能核异能素素DHeisenberg认为：中子和质子是核子的两个不中子和质子是核子的两个不同状态同状态。

原子核的组成原子核的组成原子核的大小原子核的大小•原子核电荷分布原子核电荷分布Da 近似为常数DR = r0A1/3 r0~1.2fm 1 fm = 10-15m原子核的大小原子核的大小•经验拟合半径经验拟合半径•核力作用半径核力作用半径原子核的结合能原子核的结合能D氢原子的结合能 EH=13.6eV ；D质子与中子结合成氘核时，发生质量亏损：D： Δm=mp+mn-md = 1.007276u＋1.008665u－－2.013552u = 0.00239 u D规定自然界中碳同位素碳－规定自然界中碳同位素碳－12原子质量的原子质量的1/12作为原子作为原子质量单位，该质量完全转化为能量为质量单位，该质量完全转化为能量为931.5MeV自由核子结合成原子核时释放的能量称为自由核子结合成原子核时释放的能量称为原子核原子核的结合能的结合能D根据爱因斯坦质能方程：结合成氘时，放出能量ΔE＝Δmc2＝ 0.00239 u×c2 ＝ 任一原子的结合能可表示为：任一原子的结合能可表示为：原子核的结合能除以该核的核子数，即为原子核的结合能除以该核的核子数，即为该核的比结合能：该核的比结合能： ε＝＝  E /A3SD1=589.0 nmD2=589.6 nm32P3/232P1/232S1/23P32P1/232P3/2F=2F=1原子核的自旋原子核的自旋•1924年，年，Pauli提出原子核应具有自旋提出原子核应具有自旋•1932年发现中子以后，实验发现：中子具有自旋年发现中子以后，实验发现：中子具有自旋 •原子核角动量矢量的大小：原子核角动量矢量的大小：•在某一方向的投影在某一方向的投影•原子核原子核基态基态自旋的规律：自旋的规律：偶偶核的自旋为偶偶核的自旋为0 奇偶核的自旋为半整数奇偶核的自旋为半整数 奇奇核的自旋为整数奇奇核的自旋为整数原子核的磁矩原子核的磁矩其中：其中： N = 5.0508 10-27 J/T质子与中子的磁矩为：质子与中子的磁矩为：2.793 μN与－与－1.913μN，，表明质子、中子的表明质子、中子的内部结构内部结构核磁矩在核磁矩在Z轴轴上的上的投影投影：：原子核的磁矩原子核的磁矩•具有磁矩的原子核在磁场中具有能量具有磁矩的原子核在磁场中具有能量ΔΔE = gmgmI I  N·BD  E= gI  NBDgI =h  / NB高高 频频发生器发生器延迟电路延迟电路放放大大器器示波器示波器具有磁矩的原子核在磁具有磁矩的原子核在磁场中具有能量场中具有能量ΔE = gmI  N·B具有具有相反磁矩相反磁矩的的氢氢原原子核在磁场中具有能量子核在磁场中具有能量差差ΔE = g  N·B §将将电磁波电磁波施于原子核系统，在满足光子能量条件的时施于原子核系统，在满足光子能量条件的时候，可以发生原子核能态的候，可以发生原子核能态的跃迁跃迁，此种现象称作，此种现象称作核磁核磁共振现象共振现象多参数成像多参数成像T1 ContrastTE = 14 msTR = 400 msT2 ContrastTE = 100 msTR = 1500 msProton DensityTE = 14 msTR = 1500 ms核力的主要性质核力的主要性质D原子核的密度1014g/cm3。

D核力是强相互作用:核力约比库仑力大核力约比库仑力大100倍倍D核力的短程性：核力的力程为核力的力程为fm量级量级D核力的饱和性：只能与有限个相邻核子相作用只能与有限个相邻核子相作用D核力的电荷无关性：Fpp=Fnn=FnpD核力的斥力性：距离<0.6 fm时•核力核力*•核子相距0.8-2.0fm时，表现为吸引力D核子相距小于0.8fm时，表现为排斥力D核子相距大于10fm时，核力几乎完全消失VppVnprr。