原子核物理与应用(基础部分)

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1、14:07:04Dr. Le Renchang1原子核物理与应用(基础部分）乐仁昌 教授福建师范大学14:07:04Dr. Le Renchang2目录 1 核物理的发展 2 原子核的组成 3 原子核的结合能 4 核力 5 核衰变 6 核裂变 7 核聚变14:07:04Dr. Le Renchang3核物理的发展第一阶段第一阶段 探索阶段探索阶段(18961930)1896年，贝克勒尔发现了天然放射性1911年，卢瑟福提出了原子的核式结构模型1919年，卢瑟福发现了质子1920年，卢瑟福提出了原子核中可能存在中性粒子的猜测。1928年，盖革和米勒制成了探测粒子的计数器H.BecquerelE.

2、Rutherford14:07:05Dr. Le Renchang4核物理的发展第二阶段第二阶段 形成阶段形成阶段(19311945)(1)重大发现和假说1932年，德威克发现了中子，海森堡和伊万宁柯提出原子核由质子和中子组成的假设，安德森从宇宙射线中发现了正电子。1934年，哈恩和史特拉斯曼发现了铀核裂变现象，开创了人类获取核能的新纪元。(2)重要理论和模型1931年，泡利提出了中微子假说1934年，费米提出了衰变理论J.Chadwick E.Fermi 14:07:05Dr. Le Renchang5核物理的发展1935年，汤川秀树提出了核力的介子交换理论，奥本海 默提出了核反应的直接相互

3、作用理论。1936年，玻尔提出了核反应的复合核模型1939年，玻尔等提出了液滴模型理论。1940年，泡利建立了自旋与统计性之间的关系理论。1942年，坂田昌一提出了两种介子和两种中微子理论。14:07:05Dr. Le Renchang6核物理的发展(3)工程技术1931年，范德格拉夫发明了静电加速器1932年，莱里斯发明了回旋加速器1942年，美国建立了第一座反应堆1944年，威克斯列尔提出了同步加速器的原理1945年，美国爆炸了原子弹。14:07:05Dr. Le Renchang7核物理的发展第三阶段第三阶段 发展阶段发展阶段(1946现在现在)(1)基础研究：发现新核素，研究核物理的基

4、本问题（主要针对未发现的或不能解释的事物 ）(2)应用研究：核武器、核燃料、能源与动力、辐射防护、核技术应用奥本海默美国美国“小男孩小男孩”原子弹原子弹苏联原子弹苏联原子弹14:07:05Dr. Le Renchang8原子核的组成l本节有关原子核组成、核素与同位素等内容在中学物理选修教材物理（选修3-5）第3章第1节有描述。l本节有关核素、质子和中子的质量以及原子质量单位等内容在中学物理选修教材物理（选修3-5）第4章第1节及课后作业中有描述。l本节有关元素、原子核的密度等是新增内容。l原子核的半径、自旋、磁矩、电四极矩、宇称、统计性质和同位旋等内容可以作为补讲内容。14:07:05Dr.

5、Le Renchang9原子核的组成相对质量相对质量原子原子原子核原子核核外电子核外电子质子质子中子中子电荷电荷+10-1实际质量实际质量1.672610-27kg1.674810-27kg1.0071.008(1.674810-27) kg1836（带正电）（带正电）（带负电）（带负电）不显不显电性电性14:07:05Dr. Le Renchang10原子核的组成l原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子；l质子带一个单位的正电荷，中子不带电荷；l核内的质子数称为原子序数，用符号Z表示；l核内质子和中子数之和即原子质量数，用A表示。 质量数（A）= 质子数（Z）+ 中子数（N） 原子核的

6、电荷数 = 质子数 = 原子序数 = 原子核外电子数14:07:05Dr. Le Renchang11原子核的组成l原子核的表示方法l原子质量单位：是以碳的同位素12C为标准确定的，即1个原子质量单位u为12C静止质量的1/12，也就是1u=mc/12=1.66055210-27kg。l质子质量为：1.007277u。l中子质量为：1.008665u。l原子核的密度为：2.31017kg/m3XAZ元素符号原子序数质 量 数XA14:07:05Dr. Le Renchang12原子核的组成l原子核模型：液滴模型，气体模型，壳层模型， 集体模型l元素：质子数相同的原子称为一种元素l同位素：同一元

7、素中，有些原子质子数相同而中子数不同，则称为该元素的同位素，如：l核素：把质子数相同，中子数也相同，核能级处于同一状态的一类原子，称为一种核素。14:07:05Dr. Le Renchang13原子核的结合能l本节及下一节“核力”中相关内容是对中学物理选修教材物理（选修3-5）第4章第1节的总结与提炼。14:07:05Dr. Le Renchang14原子核的结合能l结合能 核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，都叫原子核的结合能。原子核的结合能与核子数的比称为该原子核的平均结合能（比结合能）。比结合能越大，原子中核子结合的越牢固，原子核越稳定。l质量亏损 把组成原子核的

8、核子的质量与原子核的质量之差。l质能方程2mcE 14:07:05Dr. Le Renchang15原子核的结合能(1)A30的轻核，平均结合能表现出周期性的变化，凡A等于4的倍数的核有最大值。(2)中等核(A=30120)的结合能较大，轻核和重核的较小.所以，获得核能的所以，获得核能的途径有两个：重核途径有两个：重核裂变和轻核聚变。裂变和轻核聚变。14:07:05Dr. Le Renchang16核力核力：组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能够克服库仑斥力而紧密结合在一起，这种力称为核力。特点: (1)是一种比库仑力大得多的强相互作用力(2)是一种短程力，仅当核子间距210-15