原子核物概論

1、(1)原子的中心：原子核原子的中心：原子核 線度、質(zhì)量線度、質(zhì)量(2)歷史回顧歷史回顧n18961896年年, ,貝克勒爾發(fā)現(xiàn)鈾的放射現(xiàn)貝克勒爾發(fā)現(xiàn)鈾的放射現(xiàn)象；象；zeq 原子核的電荷：原子核的電荷：n1897年年,居里夫婦發(fā)現(xiàn)釙和鐳；居里夫婦發(fā)現(xiàn)釙和鐳；n1899-1900年，發(fā)現(xiàn)年，發(fā)現(xiàn) 、 、 射線射線；n1903年，盧瑟福證實(shí)年，盧瑟福證實(shí) 射線是氦射線是氦核，核， 射線是電子；射線是電子；n1911年，盧瑟福提出原子核式模年，盧瑟福提出原子核式模型；型；n1919年，盧瑟福首次實(shí)現(xiàn)人工核年，盧瑟福首次實(shí)現(xiàn)人工核反應(yīng)：用反應(yīng)：用 粒子粒子從氮核中打出質(zhì)從氮核中打出質(zhì)子；子； n193

2、2年，查德威克發(fā)現(xiàn)中子，海森伯年，查德威克發(fā)現(xiàn)中子，海森伯提出原子核由質(zhì)子和中子組成；提出原子核由質(zhì)子和中子組成；n1934年，小居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性；年，小居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性；n1939年，重核裂變現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)，玻爾年，重核裂變現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)，玻爾和惠勒提出重原子核裂變的液滴模型和惠勒提出重原子核裂變的液滴模型理論；理論；n1942年，費(fèi)米等發(fā)明熱中子鏈?zhǔn)椒磻?yīng)年，費(fèi)米等發(fā)明熱中子鏈?zhǔn)椒磻?yīng)堆；堆；n 1945年，美國(guó)制造出原子彈；原子年，美國(guó)制造出原子彈；原子彈在日本廣島分裂；彈在日本廣島分裂；n1952年，美國(guó)實(shí)現(xiàn)輕元素的熱核爆年，美國(guó)實(shí)現(xiàn)輕元素的熱核爆炸；炸；n1954年，蘇聯(lián)建成第一個(gè)原

3、子能發(fā)年，蘇聯(lián)建成第一個(gè)原子能發(fā)電站；電站；n1958年，我國(guó)建成第一座重水型原年，我國(guó)建成第一座重水型原子反應(yīng)堆；子反應(yīng)堆；n1964年，我國(guó)成功試爆原子彈；年，我國(guó)成功試爆原子彈；n1967年，我國(guó)成功試爆氫彈。年，我國(guó)成功試爆氫彈。（3 3）原子核）原子核( (nucleus) )的組成的組成原子核由質(zhì)子和電子組成原子核由質(zhì)子和電子組成微觀粒子的波動(dòng)性微觀粒子的波動(dòng)性核自旋核自旋原子核由質(zhì)子和中子組成原子核由質(zhì)子和中子組成 umprotonumneutronpn007277. 1)(008665. 1)(：質(zhì)子質(zhì)子：中子中子核子核子nucleon即質(zhì)量數(shù)。即質(zhì)量數(shù)。：核內(nèi)的核子數(shù)，：核內(nèi)

4、的核子數(shù)，：核內(nèi)質(zhì)子數(shù)；：核內(nèi)質(zhì)子數(shù)；：核內(nèi)中子數(shù)；：核內(nèi)中子數(shù)；）（或（或原子核表示符號(hào)：原子核表示符號(hào)：znaznxxanaz （4）核素核素( (nuclide) )圖圖stable and unstable nuclei: balance of numbers of protons and neutrons150100500020406080100proton number zstablealpha decaybeta decayelectron capturepositron emissionfissionn=z”“ 211 )1( umummumumdpnpn552 013. 29

5、42 015. 2277 007. 1665 008. 1 氘氘核核質(zhì)質(zhì)量量：兩兩者者之之和和：質(zhì)質(zhì)子子質(zhì)質(zhì)量量：中中子子質(zhì)質(zhì)量量：質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損(mass defect)2/225. 2390 002. 0 cmevummmmdnp （2）結(jié)合能結(jié)合能eb( binding energy)2/cenmzmmbnp 原子核的質(zhì)量：原子核的質(zhì)量：2/)(cenmzmmbnh 忽忽略略電電子子的的結(jié)結(jié)合合能能原原子子質(zhì)質(zhì)量量：mmnmzmcenhb 2 :或或2mceeb 結(jié)合能：結(jié)合能：amcaeaeb2 結(jié)合能）：結(jié)合能）：核子的平均結(jié)合能（比核子的平均結(jié)合能（比原子核平均結(jié)合能曲線原子核平

6、均結(jié)合能曲線binding energy of carbon-12 nucleusmass of carbon-12 atom1 atomic mass unit u= 1/12 of mass of c-12 atom1 u = 1.66056 1027 kgmass of c-12 atom = 12.0 umass of 6 electrons= 9.1095 1031 kg= 0.000549 umass of 6 electrons = 0.0033 umass of electron6 electronscalculate mass of carbon-12 nucleusmass

7、 of carbon-12 nucleus= mass of carbon-12 atom mass of 6 electronscalculate mass of all theprotons and neutronsmass of proton= 1.67265 1027 kg= 1.00728 umass of neutron= 1.67495 1027 kg= 1.00866 umass of carbon-12 nucleus= (12.000 0.0033) u= 11.9967 umass of 6 protons and 6 neutrons= 6 (1.00728 + 1.0

8、0866) u= 12.0956 udifference in mass= mass of carbon-12 nucleus mass of protons and neutrons= (11.9967 12.0956) u= 0.0989 ubinding energyin mass units:= 0.0989 u= 1.643 1028 kgerest = mc2in energy units:= 1.477 1011 j= 92.16 mevbinding energy per nucleon92.16 mev for 12 nucleons= 7.7 mev per nucleon

9、binding energy of a nucleus is the difference between its mass and the sum of themasses of its neutrons and protonsenergy well for carbon-12 is7.7 mev per nucleon deep7.7 mev6 protons6 neutrons（3）半經(jīng)驗(yàn)質(zhì)量公式半經(jīng)驗(yàn)質(zhì)量公式液滴液滴(liquid droplet)模型模型 依據(jù)依據(jù): :n原子核大小有限，形狀近于球形；原子核大小有限，形狀近于球形；n核力的短程性和飽和性；核力的短程性和飽和性；n原子核

10、的不可壓縮性原子核的不可壓縮性bcbsbvbeeee 原子核的結(jié)合能原子核的結(jié)合能：體積能體積能表面能表面能庫(kù)侖能庫(kù)侖能arvarraaevbv 33/10 表面張力系數(shù)：表面張力系數(shù)：3/23/2202 4 4aaarresbs （surface tension coefficient） rezzzrerzeebc2022014153 4153 312/ azac原子核結(jié)合能的半經(jīng)驗(yàn)公式原子核結(jié)合能的半經(jīng)驗(yàn)公式：3/123/2 azaaaaaeeeecsvbcbsbvb原子核質(zhì)量的半經(jīng)驗(yàn)公式：原子核質(zhì)量的半經(jīng)驗(yàn)公式：23/123/22/ )( / )(cazaaaaanmzmceeenmzm

11、mcsvnpbcbsbvnp 結(jié)合能的主要部分結(jié)合能的主要部分（4）較完整的質(zhì)量公式較完整的質(zhì)量公式殼殼bbpsymbcbsbvbeeanzaeeee 2)(體積能體積能表面能表面能庫(kù)侖能庫(kù)侖能對(duì)能對(duì)能對(duì)稱(chēng)能對(duì)稱(chēng)能22/ )( (ceeanzaeeenmzmmbbpsymbcbsbvnp殼殼 0 2/12/1奇奇奇奇核核奇奇偶偶核核偶偶偶偶核核對(duì)對(duì)能能：aaaaeppbp（1）一般性質(zhì)一般性質(zhì)核力核力: :核子與核子之間的強(qiáng)核子與核子之間的強(qiáng) 相互作用力。相互作用力。短程力短程力;飽和性飽和性;強(qiáng)相互作用強(qiáng)相互作用;與核子電荷無(wú)關(guān)與核子電荷無(wú)關(guān);在極短程內(nèi)存在斥心力在極短程內(nèi)存在斥心力;與自旋

12、有關(guān)與自旋有關(guān). .核子作用勢(shì)核子作用勢(shì)核子作用勢(shì)核子作用勢(shì)（2）核力的介子理論核力的介子理論兩個(gè)電子的相互作用兩個(gè)電子的相互作用 e e e e abtx湯川秀樹(shù)：介子湯川秀樹(shù)：介子(meson)場(chǎng)理論場(chǎng)理論核子間的相互作用核子間的相互作用txt x xccxte xcmmcxce ; 2 介子作為核力的傳播子介子作為核力的傳播子ppppppppnnnn0 nppnppnn 00，不同種核子之間：不同種核子之間：，同種核子之間：同種核子之間：線系限線系限nm6 .589nm0 .589主線系主線系（1）核自旋核自旋基態(tài)原子核的自旋規(guī)律基態(tài)原子核的自旋規(guī)律偶偶核的自旋為零偶偶核的自旋為零奇偶核

13、的自旋為半整數(shù)奇偶核的自旋為半整數(shù)奇奇核的自旋為非零整數(shù)奇奇核的自旋為非零整數(shù)（2 2）核子磁矩）核子磁矩電子的磁矩：電子的磁矩： )1( , )1( 2 , 1 : 2 2, ssslllggslsglgmeselebseleee其中其中 ev/t 108 578. 024 ebme 玻爾磁子：玻爾磁子：核的玻爾磁子（簡(jiǎn)稱(chēng)核磁子）核的玻爾磁子（簡(jiǎn)稱(chēng)核磁子） nuclear magnetronev/t 103.152 1836128 bpnme sglmesppp2, 質(zhì)子的磁矩：質(zhì)子的磁矩： nplnsnlpspslgggg 2 0 0 12 n, 質(zhì)質(zhì)子子磁磁矩矩：中中子子磁磁矩矩：，理理

14、論論： sglmesgmeggggspppsnnnlnsnlpsp2 2 0 ,82. 3 16 . 5 , 質(zhì)子磁矩：質(zhì)子磁矩：中子磁矩：中子磁矩：，實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)：npnmeme22 核磁子：核磁子：nznnzpnznnzpl 30491. 1 28579. 2 91. 1 79. 2 0 , 或：或：時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)（3）核磁矩核磁矩( (磁偶極矩磁偶極矩) ) ),1(),1(,- ,iiiimmgigiinizinii 其中：其中： iniibmgbu 附加能量：附加能量：bguni （4）電四極矩電四極矩vrre d 141 41 00 對(duì)于均勻帶電體：對(duì)于均勻帶電體：對(duì)于點(diǎn)電荷：對(duì)于點(diǎn)電

15、荷： vzr d 141 20 對(duì)于電偶極矩：對(duì)于電偶極矩：e e zde e e2 z vrzr d 3211412230 電四極矩電四極矩 d 3211 d 1 d 1 41 22320vrzrvzrvr 對(duì)任意帶電體：對(duì)任意帶電體：原子核電四極矩的定義：原子核電四極矩的定義： 22 52 aczq 旋轉(zhuǎn)橢球，則：旋轉(zhuǎn)橢球，則：若原子核為均勻帶電的若原子核為均勻帶電的 224221011 d 31cmbbvrzeq 靶）靶）（）（ 原子核的形狀與電四極矩的關(guān)系原子核的形狀與電四極矩的關(guān)系z(mì)zzaacc0 q0 q0 q一些核素的核矩實(shí)驗(yàn)值一些核素的核矩實(shí)驗(yàn)值37 37 放射性放射性衰變衰變

16、的的 基本規(guī)律基本規(guī)律 (decay)放射性放射性(radioactivity)衰變：衰變：不不穩(wěn)定原子核自發(fā)地放射出各種射穩(wěn)定原子核自發(fā)地放射出各種射線后線后, ,轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子核的現(xiàn)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子核的現(xiàn)象象. .已發(fā)現(xiàn)的放射性衰變模式已發(fā)現(xiàn)的放射性衰變模式:n衰變衰變n -衰變、衰變、 +衰變、電子俘獲衰變、電子俘獲(ec)n 衰變（衰變（ 躍遷）、內(nèi)轉(zhuǎn)換（躍遷）、內(nèi)轉(zhuǎn)換（ic）n自發(fā)衰變（自發(fā)衰變（sf）n幾種罕見(jiàn)的衰變模式幾種罕見(jiàn)的衰變模式 p放射性放射性 14c放射性放射性 延遲延遲p發(fā)射發(fā)射 延遲延遲n發(fā)射發(fā)射 雙雙 - -衰變衰變 （1 1）指數(shù)衰變律）指數(shù)衰變律ndtdn

17、發(fā)生衰變的發(fā)生衰變的原子核數(shù)目原子核數(shù)目 t 時(shí)刻未發(fā)時(shí)刻未發(fā)生衰變的原生衰變的原子核數(shù)目子核數(shù)目時(shí)間時(shí)間間隔間隔tnn 0e ndtdn / 衰變常數(shù)：衰變常數(shù)：（2 2）半衰期）半衰期( )( ) 半衰期半衰期 (half life period) ：放射性放射性核素的原子核數(shù)目衰變到原來(lái)的一半核素的原子核數(shù)目衰變到原來(lái)的一半所需要的時(shí)間。所需要的時(shí)間。21t2 021nntt 時(shí)，時(shí)，即：即： 69302 ln21. t13n 衰變衰變21t212t213t050.01.0nntmin 96921. t（3 3）平均壽命）平均壽命( )( )平均壽命：平均壽命：放射性原子核在放射性原子核

18、在衰變前的平均生存時(shí)間。衰變前的平均生存時(shí)間。 212100 44. 12 ln1 d ttntnt 0100%37eennnn (4)(4) 是放射性核素的特征量是放射性核素的特征量估算地球的年齡：估算地球的年齡：3%.9972%. 0 : :823235002350238 nnnnn目前目前設(shè)地球形成時(shí)設(shè)地球形成時(shí)at9109 . 5 （5 5）放射性活度）放射性活度(activity) 放射性活度放射性活度( (放射性強(qiáng)度放射性強(qiáng)度) ): :指放射指放射性物質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的性物質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)。原子核數(shù)。ttanntna 0 0e edd bq107 . 3ci

19、1 /1)bq(1 /107 . 3ci1/107 . 3mci1/107 . 3ci1104710 秒秒次核衰變次核衰變勒爾勒爾貝克貝克秒秒次核衰變次核衰變）微居里（微居里（秒秒次核衰變次核衰變）毫居里（毫居里（秒秒次核衰變次核衰變）居里（居里（比活度比活度(specific activity):maa/ 輻射能量輻射能量的的受照物質(zhì)吸收受照物質(zhì)吸收）戈瑞（戈瑞（的輻射能量的輻射能量受照物質(zhì)吸收受照物質(zhì)吸收）拉德（拉德（電量的輻射量電量的輻射量空氣中產(chǎn)生空氣中產(chǎn)生使使）倫琴（倫琴（的效應(yīng)大小的單位：的效應(yīng)大小的單位：衡量放射性對(duì)物質(zhì)產(chǎn)生衡量放射性對(duì)物質(zhì)產(chǎn)生 j 1 kg 1gr1 erg 1

20、00 g 1 rad1c1058. 2 kg 1 r14 （6 6）長(zhǎng)半衰期的測(cè)定）長(zhǎng)半衰期的測(cè)定1、 測(cè)量放射性活度測(cè)量放射性活度 a2 2、算出產(chǎn)生、算出產(chǎn)生 a 的原子核的的原子核的 數(shù)目數(shù)目n3 3、利用、利用 求出求出 na （7 7）簡(jiǎn)單的級(jí)聯(lián)衰變）簡(jiǎn)單的級(jí)聯(lián)衰變天然衰變鏈之一：釷系天然衰變鏈之一：釷系na4 天然衰變鏈之二：镎系天然衰變鏈之二：镎系天然衰變鏈之三：鈾系天然衰變鏈之三：鈾系天然衰變鏈之四：錒系天然衰變鏈之四：錒系bbaabnntn ddtaaann e0cba兩代衰變：兩代衰變： ttabaabbann e-e 0時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)bbat 1 ,tabaabann e0

21、 ttabaabbann e-e 0aabbbbaatnntnn2121 （8 8）同位素）同位素生產(chǎn)生產(chǎn)nptn dd tpnpntn e1 dd 2121 e1 tttppna 同位素生產(chǎn)圖同位素生產(chǎn)圖11023456pa21tt 38 衰變衰變 yxazaz42衰變的條件衰變的條件）（ 1能量守恒：能量守恒：ryxeecmcmcm 222 2 cmmmeeqyxr : 衰衰變變能能 eheeyyexxmmmmzmmzmmm22 2 )(cmmmqheyx 衰變的條件：衰變的條件：heyxmmm 即即： 0 q例如：例如： pbpo206210 u 6 0024he u 5 974205p

22、bu 9 982209po4206210. mmm動(dòng)量守恒：動(dòng)量守恒：衰變能與核能級(jí)圖衰變能與核能級(jí)圖 )2( vmvmyy 子核反沖動(dòng)能子核反沖動(dòng)能： emmmmvmvmeyyyyr 222121 eaaeaemmeeqyr4441 1 bi 212能能譜譜的的 相對(duì)強(qiáng)度相對(duì)強(qiáng)度6.0846.20127.2%6.0446.1610.04069.9%5.7635.8740.3271.7%5.6215.7300.4710.15%5.6015.7090.4921.1%5.4805.5850.6160.016%粒子粒子 )(meve )(mevq )(meve bi212830 1 2 3 4 5

23、6.084 6.0445.7635.621(27.20%)(69.81%)(1.80%)(0.15%)00.0400.3270.492tl208810.327min5 .60 i2/121283 tb0.4710.6165.6015.480(1.10%)(0.016%)0.4710.4920.0400.6166.203衰變前母核衰變前母核處于激發(fā)態(tài)處于激發(fā)態(tài)10550160072716901800po21284pb208829537271074180010432109499348785106的衰變的衰變po21284（5 5）補(bǔ)注）補(bǔ)注質(zhì)子放射性：質(zhì)子放射性： 原子核在衰變過(guò)程中釋放原子核在衰

24、變過(guò)程中釋放 出質(zhì)子。出質(zhì)子。質(zhì)子衰變：質(zhì)子衰變： 質(zhì)子本身不穩(wěn)定，要發(fā)生質(zhì)子本身不穩(wěn)定，要發(fā)生 衰變。衰變。 38 衰變衰變( - decay)ec衰變和衰變和衰變，衰變，衰變衰變 :衰變面臨的難題衰變面臨的難題 )1( 能譜為何連續(xù)？能譜為何連續(xù)？電子（正電子）從何而來(lái)？電子（正電子）從何而來(lái)？相對(duì)粒子數(shù)相對(duì)粒子數(shù)i1 . 05 . 00 . 1me 246810121416182022）粒子的動(dòng)能（粒子的動(dòng)能（mev 端點(diǎn)能量端點(diǎn)能量memev e能譜能譜的的 bi21000 pppy。即即量量和和為為動(dòng)動(dòng)量量的的矢矢子子核核、電電子子和和中中微微子子的的根根據(jù)據(jù)動(dòng)動(dòng)量量守守恒恒：yp

25、p p i（2 2）中微子）中微子(neutrino)假說(shuō)假說(shuō)reeeeq 0 ryeemm00 emeeqeqeee，則，則若若，則，則若若 eazazeazazeazazyexeceyxeyx 111 ）：）：軌道電子俘獲（軌道電子俘獲（衰變：衰變：衰變：衰變：中微子存在的實(shí)驗(yàn)證明中微子存在的實(shí)驗(yàn)證明eazkazyexk 1 俘獲：俘獲：間接證明：間接證明：ekliebe 7374直接證明直接證明： enpe 衰變的本質(zhì)衰變的本質(zhì) 子子：核內(nèi)一個(gè)質(zhì)子變成中：核內(nèi)一個(gè)質(zhì)子變成中衰變和衰變和成質(zhì)子成質(zhì)子衰變：核內(nèi)一個(gè)中子變衰變：核內(nèi)一個(gè)中子變ec 中子中子質(zhì)子質(zhì)子粒粒子子 )(ee 同一核子的

26、兩個(gè)不同的量子態(tài)同一核子的兩個(gè)不同的量子態(tài)（3） 衰變衰變 eazazeyx 1：衰變能衰變能0e 222 1 cmmcmmzmzmmcmmmqyxeeyexeyx 衰變的條件：衰變的條件： yxmmq 0 ee heh33).(a 3312h213 the3100% mev01860).( （4） 衰變衰變 eazazeyx 1：衰變能衰變能0e 222 2 1 cmmmcmmzmzmmcmmmqeyxeeyexeyx 衰變的條件：衰變的條件： eyxmmmq2 0 min).(969n2113 tc13%).(100 mev191 ).(mev02122cmeee cn1313nucleo

27、n number (a)proton number (z)a, z+1a, z-1a-4, z-2 + - a, z decay decay decay（5）軌道電子俘獲軌道電子俘獲(ec)eazazyex 1：衰變能衰變能0e 能能層層電電子子在在原原子子中中的的結(jié)結(jié)合合為為 22iwwcmmwcmmmqiiyxiyexi 發(fā)生發(fā)生ec的條件：的條件：2 0cwmmqiyxi 俘獲。俘獲。生的是生的是發(fā)發(fā)俘獲不可能發(fā)生，可能俘獲不可能發(fā)生，可能則則，若若lkcwmmcwlyxk22 衰變。衰變。生生的原子核則不一定能發(fā)的原子核則不一定能發(fā)獲獲軌道電子俘軌道電子俘子俘獲，但是，能發(fā)生子俘獲，但

28、是，能發(fā)生生軌道電生軌道電衰變的原子核總可以發(fā)衰變的原子核總可以發(fā)，所以能發(fā)生，所以能發(fā)生由于由于 2 2iewcmec發(fā)生的實(shí)驗(yàn)依據(jù)：發(fā)生的實(shí)驗(yàn)依據(jù)：n特征特征x射線的發(fā)射射線的發(fā)射n俄歇電子的發(fā)射俄歇電子的發(fā)射64cu 的衰變綱圖的衰變綱圖22cmeni64zn64).(h 712cu2164 t%).(19 mev660 %).(40 mev5730 %.).(60 mev340ec%4 .40 )mev68. 1(ec341 . （4）與與 衰變有關(guān)的衰變有關(guān)的 其他衰變方式其他衰變方式 enpe 1 1、中微子吸收、中微子吸收衰變衰變、雙、雙 2ee eexete1305413052

29、ee eekrse82368234粒子發(fā)射粒子發(fā)射延遲質(zhì)子發(fā)射及延遲質(zhì)子發(fā)射及、 3 延遲中子發(fā)射延遲中子發(fā)射、 4 ).(s 655br2187 t%).(70 mev62 %).(30 mev08 kr87kr86nmev 45 . 射射線線的的過(guò)過(guò)程程。原原子子核核內(nèi)內(nèi)放放射射出出從從放放射射性性核核素素的的 : 衰衰變變 decay- lueehe （1 1）一般性質(zhì)）一般性質(zhì)60co 的衰變綱圖的衰變綱圖mev 50. 2mev 331.01 2 %).(100 mev3090 ).(a 275co2160 tni60（2 2）內(nèi)轉(zhuǎn)換電子）內(nèi)轉(zhuǎn)換電子 內(nèi)轉(zhuǎn)換內(nèi)轉(zhuǎn)換（ic）：原子核把激

30、原子核把激發(fā)能直接交給核外電子，使其脫發(fā)能直接交給核外電子，使其脫離原子核的束縛而成為自由電子離原子核的束縛而成為自由電子的過(guò)程。的過(guò)程。 被發(fā)射的電子稱(chēng)為被發(fā)射的電子稱(chēng)為內(nèi)轉(zhuǎn)換電內(nèi)轉(zhuǎn)換電子子。ilueluweeeeee : 則內(nèi)轉(zhuǎn)換電子的能量為則內(nèi)轉(zhuǎn)換電子的能量為若光子的能量為：若光子的能量為： 內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)：內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)： nne 內(nèi)轉(zhuǎn)換內(nèi)轉(zhuǎn)換kl內(nèi)轉(zhuǎn)換電子內(nèi)轉(zhuǎn)換電子e ilueweee klm俄歇俄歇電子電子e 俄歇電子的產(chǎn)生俄歇電子的產(chǎn)生mlkewwwe )(e （3）同質(zhì)異能躍遷同質(zhì)異能躍遷(it)(d 118sn21113 t)min 104(in21m113 t(1.8%) ec(9

31、8.2%) ec %)(65 (35%) icmev 3930.in113mev 2530.(4)穆斯堡爾效應(yīng)穆斯堡爾效應(yīng)rrlueheeeee 0衰變能：衰變能：chmvp 動(dòng)量守恒：動(dòng)量守恒：22222)(221 mchmpmver 反沖核的動(dòng)能：反沖核的動(dòng)能：rreeeeeee 0a 0 射線的能量：射線的能量：的的吸收吸收射線的能量：射線的能量：的的放出放出ccete 則能級(jí)寬度：則能級(jí)寬度：由不確定關(guān)系，由不確定關(guān)系，2/lueee 0 re件：件：發(fā)生顯著共振吸收的條發(fā)生顯著共振吸收的條rree ee a e0erree ee a e0e則不發(fā)生共振吸收。則不發(fā)生共振吸收。若若,

32、re穆斯堡爾效應(yīng)穆斯堡爾效應(yīng)為晶體的質(zhì)量。為晶體的質(zhì)量。其中，其中，mmchmver02)(21 222 0 rree aeeee 0 2/ )(chmrmmgv 光子質(zhì)量：光子質(zhì)量：重力場(chǎng)中的引力勢(shì)能：重力場(chǎng)中的引力勢(shì)能：)1()(22rcgmhrchgmhe 接受到的光子能量為：接受到的光子能量為：hcgh162101 . 1 （5）幾種）幾種衰變特性衰變特性本性本性電電 子子電磁輻射電磁輻射 he4氦核氦核21t0ea10s10167 a10s1062 d 60s1017 mev 9mev 4mev kev 十幾十幾十幾十幾mev kev 十幾十幾十幾十幾機(jī)制機(jī)制勢(shì)壘勢(shì)壘貫穿貫穿弱相互弱

33、相互作用作用電磁相電磁相互作用互作用產(chǎn)物能產(chǎn)物能量分布量分布單能單能單能單能 ：連續(xù)譜：連續(xù)譜、 ：?jiǎn)文埽簡(jiǎn)文躤c衰變能：衰變能：)( :heyxmmm yxmm : )(:eyxmmm2 )(:2 eccwmmiyx luee : 41 41 核反應(yīng)核反應(yīng)原子核與原子核或原子核與其原子核與原子核或原子核與其它粒子（例如中子、光子等）它粒子（例如中子、光子等）之間的相互作用引起的各種變化。之間的相互作用引起的各種變化。nuclear reaction產(chǎn)生核反應(yīng)的途徑：產(chǎn)生核反應(yīng)的途徑：用放射源產(chǎn)生的高速粒子轟擊原用放射源產(chǎn)生的高速粒子轟擊原子核；子核；n利用宇宙射線利用宇宙射線(cosmic

34、ray)來(lái)進(jìn)行來(lái)進(jìn)行核反應(yīng)；核反應(yīng)；n利用粒子加速器利用粒子加速器(accelerator)或反或反應(yīng)堆應(yīng)堆(reactor)來(lái)進(jìn)行核反應(yīng)來(lái)進(jìn)行核反應(yīng)核反應(yīng)的表示方法：核反應(yīng)的表示方法： r i , l trlti)( 或 入射入射粒子粒子出射出射輕粒子輕粒子靶原靶原子核子核生成核生成核（剩余核）（剩余核）（target）(incoming particle)（outgoing light-weight particle）(residue nucleus)（1 1）著名的核反應(yīng)）著名的核反應(yīng)1 1、歷史上、歷史上第一個(gè)人工核反應(yīng)第一個(gè)人工核反應(yīng)2、第一個(gè)在加速器上實(shí)現(xiàn)的核反應(yīng)第一個(gè)在加速器上實(shí)

35、現(xiàn)的核反應(yīng) o p , n opn17141714 he p, lilip477 第一個(gè)人工核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)圖第一個(gè)人工核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)圖氮?dú)獾獨(dú)獾獨(dú)獾獨(dú)鉄晒馄翢晒馄零y箔銀箔顯微鏡顯微鏡源源 3、產(chǎn)生第一個(gè)人工放射性核素的反產(chǎn)生第一個(gè)人工放射性核素的反應(yīng)應(yīng)4、導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng) p n , al pnal30273027 c n , be cnbe129129 核反應(yīng)中的守恒定律核反應(yīng)中的守恒定律電荷守恒電荷守恒質(zhì)量數(shù)守恒質(zhì)量數(shù)守恒宇稱(chēng)守恒宇稱(chēng)守恒動(dòng)量守恒動(dòng)量守恒角動(dòng)量守恒角動(dòng)量守恒質(zhì)量與能量守恒質(zhì)量與能量守恒（2 2）q方程方程l ) rt ( i rlti, 能量守恒：能量守

36、恒：r2r2t2t2 kcmkcmkcmkcmllii 反應(yīng)能反應(yīng)能q ：(t)(r)()()()(2bbbbtirlrltieieele kkkk cm(mmmq ）（：放能核反應(yīng)：放能核反應(yīng)：吸能核反應(yīng)：吸能核反應(yīng)00 qq核反應(yīng)的核反應(yīng)的q方程方程： lpiprpipr pppli 動(dòng)量守恒：動(dòng)量守恒： cos 2222rlilippppp mkp22 cos 2 rrlililliikkmmkmkmkm cos 2 11rmkkmmkmmkmmqliliirilrl rliirlilimmmmkqmwmmkmmu rrcos 22wuukl 02 wu值必須滿(mǎn)足：值必須滿(mǎn)足：的最小的最

37、小，則，則對(duì)吸能反應(yīng)：若對(duì)吸能反應(yīng)：若；對(duì)放能反應(yīng)：對(duì)放能反應(yīng)： 0 002ikwwuw 0cos22 rlirirrlilimmmmkqmmmkmm 達(dá)到最小值（閾能）：達(dá)到最小值（閾能）：時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng) 0 ik irlrlmmmmmqk 閾閾titmmmqk 閾閾2t2 cqmcqmmmmrlit 由由 iilkmmmmmkmmmmmmmmmmk22122122122/121122211211sincos )cos(cos 21 , , 0:mmmmmmqrtil 對(duì)于彈性散射對(duì)于彈性散射（3 3）q方程應(yīng)用舉例方程應(yīng)用舉例識(shí)別靶核識(shí)別靶核減少運(yùn)動(dòng)學(xué)變寬減少運(yùn)動(dòng)學(xué)變寬 )(cossin2r

38、llililililaakkaakkaak （4 4）反應(yīng)截面）反應(yīng)截面 irnnaatn 核反應(yīng)的幾率：核反應(yīng)的幾率：核反應(yīng)截面：核反應(yīng)截面：?jiǎn)挝幻娣e的靶核數(shù)單位面積的靶核數(shù)入射粒子數(shù)入射粒子數(shù)數(shù)）數(shù)）出射粒子數(shù)（反應(yīng)粒子出射粒子數(shù)（反應(yīng)粒子 ntnnir （1 1）裂變）裂變(fission)的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)重核的裂變：重核的裂變：一個(gè)重原子核分裂一個(gè)重原子核分裂為兩個(gè)或兩個(gè)以上中等質(zhì)量碎片的為兩個(gè)或兩個(gè)以上中等質(zhì)量碎片的現(xiàn)象。現(xiàn)象。原子核裂變的特點(diǎn)：原子核裂變的特點(diǎn)：裂變產(chǎn)物中含中子數(shù)很多裂變產(chǎn)物中含中子數(shù)很多裂變產(chǎn)物的質(zhì)量分布很廣裂變產(chǎn)物的質(zhì)量分布很廣3nkrbauun189144*236

39、235 、ysrrbkr ndprcelaba89898989144144144144144 n2srxeuun294140*236235 、brysr celabacsxe949494140140140140140 從核素圖看裂變過(guò)程從核素圖看裂變過(guò)程（2 2）裂變機(jī)制）裂變機(jī)制液滴模型液滴模型azaazeesc232312 可可裂裂變變率率時(shí)間時(shí)間31232 azaeaaeccss，8 .36/ ,9 .35/ ,22402392236235 azpupunazuunnuclear fission of uranium-235neutron comes towardsu-235 nucle

40、usu-235 nucleusneutronneutron iscapturedu-236 nucleus inexcited stateu-236 nucleusoscillates like liquiddropu-236 breaks intotwo pieceselectricalrepulsionelectricalrepulsiontwo or threeneutrons set free（4 4）裂變能量及其利用）裂變能量及其利用(3)自發(fā)裂變自發(fā)裂變( (sf) )nuclear fission of uranium-235curve of binding energy asn

41、umber of nucleonschangesu-235 breaks into two unequalfragments of variable sizefission takes nucleons down the binding energy valleyabout 0.9 mevcoulomb slopenucleon number a8.87.60235133100nuclear fission of uranium-235energy from fissionenergy per u-235 fission event= 202 mevfissile nucleusfission

42、 productsabout 0.9 mevper nucleonenergy per nucleon= 202 mev/235 nucleons= 0.86 mev per nucleon鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)( (chain reaction) )u235u235u235中子中子uranium nucleusthe nuclear chain reactionneutronsfission fragmentsneutron()中子在鈾塊中的五種遭遇中子在鈾塊中的五種遭遇n不論能量多少，打中不論能量多少，打中235235u u，引起裂變，中，引起裂變，中

43、子數(shù)增加子數(shù)增加n能量大于能量大于1.1mev1.1mev，打中，打中238238u u ，引起裂變，引起裂變，中子數(shù)增加中子數(shù)增加 n能量小于能量小于1.1mev1.1mev，打中，打中238238u u ，不引起裂變，不引起裂變，但可能被吸收，中子數(shù)減少但可能被吸收，中子數(shù)減少n沒(méi)有打中鈾核，飛出鈾塊，中子數(shù)減少?zèng)]有打中鈾核，飛出鈾塊，中子數(shù)減少 n被鈾塊中的雜質(zhì)吸收，中子數(shù)減少被鈾塊中的雜質(zhì)吸收，中子數(shù)減少維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件：維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件：10 nnk前一代中子數(shù)前一代中子數(shù)每一代中子數(shù)每一代中子數(shù)增殖系數(shù)：增殖系數(shù)：具具有有的的質(zhì)質(zhì)量量。裂裂變變物物所所臨臨界界質(zhì)質(zhì)量量：臨臨界界

44、體體積積的的的的最最小小體體積積。的的裂裂變變物物臨臨界界體體積積：能能保保證證 1 k反應(yīng)堆反應(yīng)堆(reactor)減速劑減速劑控制棒控制棒屏蔽體屏蔽體燃料元件燃料元件反應(yīng)堆主要組成部分：反應(yīng)堆主要組成部分：- - 活性區(qū)（堆芯）活性區(qū)（堆芯）：放置裂變物質(zhì)和中放置裂變物質(zhì)和中 子減速劑，發(fā)生核裂變的場(chǎng)所。子減速劑，發(fā)生核裂變的場(chǎng)所。- - 中子反射層中子反射層：將飛出活性區(qū)的中子擋將飛出活性區(qū)的中子擋 回活性區(qū)?；鼗钚詤^(qū)。- - 冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)：傳輸活性區(qū)產(chǎn)生的熱量。傳輸活性區(qū)產(chǎn)生的熱量。- - 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)：控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速率，調(diào)控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速率，調(diào) 節(jié)反應(yīng)堆功率以及開(kāi)堆、停堆。

45、節(jié)反應(yīng)堆功率以及開(kāi)堆、停堆。- - 保護(hù)層保護(hù)層：防止放射線對(duì)人體的傷害。防止放射線對(duì)人體的傷害。graphite moderatorboron control rodheat exchangerfuel element channelsteelconcretehot gasreactor corecold gascharge face反應(yīng)堆用途：反應(yīng)堆用途： 原子能動(dòng)力原子能動(dòng)力 制造放射性同位素制造放射性同位素 產(chǎn)生大量中子產(chǎn)生大量中子 產(chǎn)生核燃料產(chǎn)生核燃料u23592u23992np23993pu23994 e enmin5 .232/1 tdt35. 22/1 at42/11044.

46、2 的反應(yīng)的反應(yīng)生產(chǎn)生產(chǎn)pu23994原子彈原子彈(a-bomb)（5 5）輕核聚變）輕核聚變(fusion)輕核的聚變（核聚變）：輕核的聚變（核聚變）：輕原子輕原子核聚合成較重原子核的核反應(yīng)。核聚合成較重原子核的核反應(yīng)。mev 3 . 81hhehehmev 17.6nhehhmev 4.0hhhhmev 3.25nhehh11423221104231211131212110322121 核聚變的特點(diǎn)：核聚變的特點(diǎn)：- 與核裂變相比，釋放的能量更大與核裂變相比，釋放的能量更大- - 聚變材料十分豐富聚變材料十分豐富- - 聚變產(chǎn)物基本上是穩(wěn)定氦核，聚變產(chǎn)物基本上是穩(wěn)定氦核，無(wú)放射性，不污染環(huán)

47、境。無(wú)放射性，不污染環(huán)境。mev 1534n2h2he2h610114221. 熱核反應(yīng)：熱核反應(yīng)：k1010 23 108 tkt氘氘核核的的熱熱運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)能能量量：kevtmscmsnlawson10/10/10320314 判據(jù)：判據(jù)：(6)太陽(yáng)能太陽(yáng)能引力約束聚變引力約束聚變碳碳氮循環(huán)氮循環(huán) he42c126c136n137n147n157o158pppp e e hecnhno onhnchcn nch4212615711157158158147111471361113613713712611mev 26.722heh44211 2 2、質(zhì)子質(zhì)子質(zhì)子循環(huán)質(zhì)子循環(huán)h2hehehehehhhhh11423232322111211111 mev 26.722heh44211 fusion in the sun and on e