原子核与放射性 (2)幻灯片.ppt

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1、原子核与放射性原子核与放射性第1页，共28页，编辑于2022年，星期五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第2页，共28页，编辑于2022年，星期五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年获得诺贝尔奖。发现了铀年获得诺贝尔奖。发现了铀(U)放射现象（放射现象（射线射线），这是人类历史上），这是人类历史上第一次在实验室里观察到原子核现象。第一次在实验室里观察到原子核现象。

2、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年获得诺贝年获得诺贝尔奖。证实了尔奖。证实了a a 射线为射线为He2+，b b 射线为电射线为电子；从氮核中打出质子；提出了原子的子；从氮核中打出质子；提出了原子的核式模型；首次实现人工核反应；培养核式模型；首次实现人工核反应；培养了了10诺贝尔奖获得者。诺贝尔奖获得者。第3页，共28页，编辑于2022年，星期五J.Chadwick，英国物理，英国物理学家学家(1891-1974)，因，因发现了中子获得发现了中子获得1935年年度诺贝尔奖。中子的发度诺贝尔奖。中子的发现被认为是原子核物理现

3、被认为是原子核物理的诞生。的诞生。第4页，共28页，编辑于2022年，星期五历史回顾历史回顾重要人物重要人物E.Fermi，意大利物理学，意大利物理学家家(1901-1954)，1938年获得诺贝尔奖。发明了年获得诺贝尔奖。发明了热中子链式反应堆。热中子链式反应堆。第5页，共28页，编辑于2022年，星期五 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：卢瑟福发现：卢瑟福发现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：卢瑟福证实：卢瑟福证实a a

4、射线为射线为He2+，b b 射线为电子；射线为电子；1911：卢瑟福提出原子的核式模型；：卢瑟福提出原子的核式模型；1919：卢瑟福首次实现人工核反应，发现了质子。：卢瑟福首次实现人工核反应，发现了质子。第6页，共28页，编辑于2022年，星期五 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；

5、：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。第7页，共28页，编辑于2022年，星期五 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;第8页，共28页，

6、编辑于2022年，星期五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第9页，共28页，编辑于2022年，星期五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R10-12cm的范围内。第10页，共28页，编辑于2022年，星期五原子核的组成原子

7、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。转变。第11页，共28页，编辑于2022年，星期五第12页，共28页，编辑于2022年，星期五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”。D19

8、30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。1932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。第13页，共28页，编辑于2022年，星期五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

9、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核异能素同核异能素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第14页，共28页，编辑于2022年，星期五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a 近似为常数R=r0A1/3 r01.2fm 1 fm=10-15m第15页，共28页，编辑于2022年，星期五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第16页，共28页，编辑于2022年，星期

10、五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：m=mp+mn-md=1.007276u1.008665u2.013552u=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。第17页，共28页，编辑于2022年，星期五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的原子核的结合能结合能根据爱因斯坦质能方程：结合成氘时，放出能量Emc2 0.00239 u

11、c2 第18页，共28页，编辑于2022年，星期五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，即为该核原子核的结合能除以该核的核子数，即为该核的比结合能：的比结合能：E/A第19页，共28页，编辑于2022年，星期五3SD1=589.0 nmD2=589.6 nm32P3/232P1/232S1/23P32P1/232P3/2F=2F=1第20页，共28页，编辑于2022年，星期五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

12、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第21页，共28页，编辑于2022年，星期五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 N与与1.913N，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：第22页，共28页，编辑于2022年，星期五原子核的磁矩原子核的磁矩具有磁矩的原子核在磁场

13、中具有能量具有磁矩的原子核在磁场中具有能量E=gmgmI I NB E=gI NBgI=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第23页，共28页，编辑于2022年，星期五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E=gmI NB具有具有相反磁矩相反磁矩的的氢氢原子原子核在磁场中具有能量差核在磁场中具有能量差E=g NB 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候，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，此种现象称作核磁共振现象核磁共振现象第24页，共28页，编

14、辑于2022年，星期五第25页，共28页，编辑于2022年，星期五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第26页，共28页，编辑于2022年，星期五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。时。第27页，共28页，编辑于2022年，星期五核力核力*核子相距0.8-2.0fm时，表现为吸引力核子相距小于0.8fm时，表现为排斥力核子相距大于10fm时，核力几乎完全消失VppVnprr第28页，共28页，编辑于2022年，星期五