第十四章 原子核與放射性.ppt

原子核與放射性 14 1原子核的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 一 原子核的組成 質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子 原子核由Z個(gè)質(zhì)子和個(gè)中子構(gòu)成 原子核通常用質(zhì)量數(shù) A 和電荷數(shù) Z 來表示 若某化學(xué)元素符號(hào)用X來表示 則該原子核表示為 1 同位素 Z相同而A不同的原子核稱為同位素 同位素有穩(wěn)定同位素和放射性同位素之分 核素 Z和A都相同的原子核稱為某種核素 2 同量異位素 A同而Z不同的原子核 居里 居里夫人 原子核按組成分為三類 3 同中子異位素 N同而Z不同的原子核 二 原子核的大小和形狀 1 原子核的大小 原子核的半徑大約10 14 10 15m 是原子半徑的10 4 10 5倍 實(shí)驗(yàn)指出 核的體積正比于質(zhì)量數(shù)A 若把原子核看作球體 則 在所有原子核中 核物質(zhì)的密度是相同 2 原子核的質(zhì)量 原子核的電荷和質(zhì)量 原子核的質(zhì)量等于原子的質(zhì)量減去核外電子的質(zhì)量 由于核外電子的質(zhì)量極小 原子核的質(zhì)量與原子的質(zhì)量相差極小 原子核的質(zhì)量等于質(zhì)子的質(zhì)量加中子的質(zhì)量 表20 1幾種同位素的原子質(zhì)量 原子核的電荷和質(zhì)量 原子核的大小和形狀 例 計(jì)算原子核物質(zhì)密度 解 設(shè)原子核的質(zhì)量 半徑和密度分別為m R和 原子核的大小和形狀 15 2原子核的放射性衰變 原子核既然是由質(zhì)子和中子組成的 它的質(zhì)量就應(yīng)等于所有質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和 1 原子核的結(jié)合能 根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系 可得原子核的結(jié)合能 mx Zmp A Z mn 但實(shí)驗(yàn)測定的原子質(zhì)量mx總是小于所有核子質(zhì)量之和 這一差值稱為原子核的質(zhì)量虧損 m Zmp A Z mn mX 質(zhì)子和中子組成核的過程中 有能量 E釋放出來 反之 要使原子核再分解為單個(gè)的質(zhì)子和中子就必須吸收 E的能量 氘核吸收 E能量后分解為質(zhì)子和中子 E 氘 質(zhì)子 中子 E m c2 Zmp A Z mn mX c2 原子核的結(jié)合能 愛因斯坦 原子結(jié)合能的計(jì)算 一原子質(zhì)量單位 具有能量 質(zhì)子質(zhì)量 中子質(zhì)量 核子平均結(jié)合能 原子核的結(jié)合能 例 核子平均結(jié)合能 原子核的結(jié)合能 表20 3原子核的結(jié)合能 原子核的結(jié)合能 核子的比結(jié)合能越大 原子核就愈穩(wěn)定 原子核的結(jié)合能非常大 所以一般原子核都是非常穩(wěn)定的系統(tǒng) 然而 不同原子核的穩(wěn)定程度不同 每個(gè)核子的平均結(jié)合能稱為比結(jié)合能 原子核的結(jié)合能 a 中等質(zhì)量原子核的核子平均結(jié)合能較大 8 79MeV 8 47MeV 8 75MeV b 輕核和重核的核子平均結(jié)合能都較小 2 83MeV 7 5MeV 7 56MeV 原子核的結(jié)合能 2 核力 原子核由Z個(gè)質(zhì)子和個(gè)中子構(gòu)成 是一種什么力使質(zhì)子與質(zhì)子 質(zhì)子與中子 中子與中子緊緊地束縛在一起 是電磁力 不是 質(zhì)子帶正電 在的線度范圍內(nèi) 斥力是很大的 中子又不帶電 不可能是電性力使質(zhì)子與中子聚集成原子核 是萬有引力 更不是 萬有引力太小 它僅是電磁力的 研究發(fā)現(xiàn) 是一種叫作核力的強(qiáng)相互作用力 d 核力近似地與核子是否帶電無關(guān) 在質(zhì)子與質(zhì)子間 質(zhì)子與中子間 中子與中子間 核力的大小和特性都大致相同 核力和介子 核力具有 飽和 作用 即一個(gè)核子只能和它緊鄰的核子有核力相互作用 而不能與核內(nèi)較遠(yuǎn)的核子有核力相互作用 b 核力是短程力 只有核子間的距離為幾個(gè)fm 約2fm 之內(nèi) 核力才顯示出來 a 核力比電磁力強(qiáng)100多倍 是強(qiáng)相互作用力 核力的性質(zhì) 14 3核衰變規(guī)律 1 放射性衰變 如 重原子核的裂變和輕原子核的聚變都是在一定條件下完成的 事實(shí)上絕大多數(shù)原子核的同位素不穩(wěn)定 會(huì)自發(fā)地衰變?yōu)榱硪环N同位素 同時(shí)放射出各種射線 1 衰變 自發(fā)放出氦核 居里 居里夫人 衰變 衰變 電子俘獲 K俘獲 放出電子 反中微子 當(dāng)原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí) 放出一個(gè)電子和一個(gè)反中微子 放出正電子 中微子 當(dāng)原子核內(nèi)的一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶訒r(shí) 放出一個(gè)正電子和一個(gè)中微子 2 原子核的放射性衰變 原子核的放射性衰變 2 放射性衰變定律 2 半衰期T1 2 1 原子核的衰變服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律 設(shè)在tt dt時(shí)間內(nèi)有dN個(gè)原子核發(fā)生衰變 dN與當(dāng)時(shí)存在的原子核數(shù)N成正比 與時(shí)間dt成正比 dN Ndt 負(fù)號(hào)表示原子核數(shù)目在減小 N N0e N0為t 0時(shí)刻原子核的數(shù)目 表20 4幾種放射性同位素的半衰期 原子核的放射性衰變規(guī)律 放射性原子核的指數(shù)衰變規(guī)律 原子核的