第23章_原子核物理

1、第第2323章章 原子核和原子能的利用原子核和原子能的利用1 1 原子核的一般性質(zhì)原子核的一般性質(zhì)1.3 1.3 原子核的結(jié)合能原子核的結(jié)合能2 2 核力和核力的介子理論核力和核力的介子理論3 3 放射性衰變的基本規(guī)律放射性衰變的基本規(guī)律3.1 3.1 放射性衰變規(guī)律放射性衰變規(guī)律3.2 3.2 衰變衰變3.3 3.3 衰變衰變3.4 3.4 衰變衰變 穆斯堡爾效應(yīng)穆斯堡爾效應(yīng)作業(yè)：作業(yè)：23-7、81 1 原子核的一般性質(zhì)原子核的一般性質(zhì)1.1 1.1 原子核的組成和基本性質(zhì)原子核的組成和基本性質(zhì)氫核：最簡單的原子核，帶有一個單位的正電荷，質(zhì)氫核：最簡單的原子核，帶有一個單位的正電荷，質(zhì)量為

2、量為 ，其中，其中u為原子質(zhì)量單位。為原子質(zhì)量單位。u 007276. 1原子質(zhì)量單位定義為原子質(zhì)量單位定義為12C原子質(zhì)量的原子質(zhì)量的1/12。227/ 5 .931 10660. 1)(12121cMeVkgNguA其他元素的原子核所帶的電量為氫核電量的整數(shù)倍，設(shè)其他元素的原子核所帶的電量為氫核電量的整數(shù)倍，設(shè)為為ZeZe，其中，其中Z Z稱為原子序數(shù)。稱為原子序數(shù)。原子核由質(zhì)子和中子組成，中子和質(zhì)子統(tǒng)稱為核子。原子核由質(zhì)子和中子組成，中子和質(zhì)子統(tǒng)稱為核子。海森伯認(rèn)為質(zhì)子和中子是核子的兩種不同的狀態(tài)。海森伯認(rèn)為質(zhì)子和中子是核子的兩種不同的狀態(tài)。19321932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子，中子不帶電

3、，質(zhì)量與質(zhì)子相近。年查德威克發(fā)現(xiàn)中子，中子不帶電，質(zhì)量與質(zhì)子相近。原子核的質(zhì)量數(shù)原子核的質(zhì)量數(shù)A：原子核的質(zhì)子數(shù)：原子核的質(zhì)子數(shù)Z和中子數(shù)和中子數(shù)N之之和（和（A=N+Z）元素原子核的表示：元素原子核的表示：XAZ同位素同位素：質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的原子核。：質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的原子核。如：如：CCC141312 , ,同位素的天然豐度同位素的天然豐度：各個同位素天然存在的比例。：各個同位素天然存在的比例。98.90%1.10%1.310-10%核素核素：各元素和它們的同位素統(tǒng)稱為核素。：各元素和它們的同位素統(tǒng)稱為核素。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的核素約有目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的核素約有20002000多個，其

4、中多個，其中300300多個是天多個是天然存在的，然存在的，16001600多個是人工合成的（均具有放射性），多個是人工合成的（均具有放射性），它們組成一張它們組成一張核素圖核素圖（NZ關(guān)系圖）。關(guān)系圖）。穩(wěn)定的穩(wěn)定的天然核天然核素素300多個，多個，有有1600個放射個放射性核素性核素是原子是原子核物理核物理的研究的研究對象對象核素圖：中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)的關(guān)系核素圖：中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)的關(guān)系0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110150140130120110100 90 80 70 60 50 40 30 20 10NZ1.2 1.2 原子核的大小和形狀原子核的大小

5、和形狀實(shí)驗表明：原子核的體積基本上與質(zhì)量數(shù)成正比。如將實(shí)驗表明：原子核的體積基本上與質(zhì)量數(shù)成正比。如將核看成是球體，核的半徑可表示為核看成是球體，核的半徑可表示為310ArR 其中其中mfm fmr150101 , 2 . 1例：例：56Fe 4.6 fm，238U 7.4 fm31730/ 103 . 234mkgArAuVM原子核的密度原子核的密度各種原子核密各種原子核密度相同，核物度相同，核物質(zhì)不可壓縮。質(zhì)不可壓縮。實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，有些原子核呈橢球形。實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，有些原子核呈橢球形。1.3 1.3 原子核的結(jié)合能原子核的結(jié)合能質(zhì)量虧損：質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量小于原子核中質(zhì)子和中子質(zhì)量原子核的質(zhì)量

6、小于原子核中質(zhì)子和中子質(zhì)量的整數(shù)倍之和，即的整數(shù)倍之和，即 。這一差額稱為質(zhì)量。這一差額稱為質(zhì)量虧損。虧損。npNNmZmM原子核的結(jié)合能原子核的結(jié)合能：質(zhì)子和中子結(jié)合成原子核時所釋放：質(zhì)子和中子結(jié)合成原子核時所釋放的能量。的能量。原子核的結(jié)合能原子核的結(jié)合能質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系2McE 原子核的結(jié)合能原子核的結(jié)合能222cMmZAZMcMmZAZmMcBnHNnpMeVuccMmZAZMuccMmZAZmBnHNnp 296.28002603. 4008665. 12007825. 12001505. 4008665. 12007276. 122222例：例： 粒

7、子的結(jié)合能。粒子的結(jié)合能。原子核的比結(jié)合能：原子核的比結(jié)合能：原子核的結(jié)合能原子核的結(jié)合能B與核子數(shù)與核子數(shù)A之比。之比。原子核的比結(jié)合能越大，則對應(yīng)的原子核越穩(wěn)定。當(dāng)原子核的比結(jié)合能越大，則對應(yīng)的原子核越穩(wěn)定。當(dāng)比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)變成比結(jié)合能較大的原子核比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)變成比結(jié)合能較大的原子核時，將有能量釋放出來，這就是核能的利用。時，將有能量釋放出來，這就是核能的利用。AB中等質(zhì)量核素的中等質(zhì)量核素的 比比結(jié)合能結(jié)合能 最大，而重最大，而重核和輕核的比結(jié)合核和輕核的比結(jié)合能較小。所以重核能較小。所以重核的裂變和輕核的聚的裂變和輕核的聚變都能釋放能量。變都能釋放能量。核的結(jié)合能圖核

8、的結(jié)合能圖：核素的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)：核素的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)A A的變化曲線。的變化曲線。平均結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)的關(guān)系圖平均結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)的關(guān)系圖0 100 200 4He6Li56FeAB/AMeV2H10 8 5 0 原子能就是利用原子能就是利用核轉(zhuǎn)變的過程中，核轉(zhuǎn)變的過程中，結(jié)合能變化所釋結(jié)合能變化所釋放出的能量。放出的能量。例：計算例：計算5Li核和核和6Li核的結(jié)合能，并比較核的結(jié)合能，并比較5Li核的質(zhì)量與核的質(zhì)量與質(zhì)子及質(zhì)子及 粒子的質(zhì)量和（粒子的質(zhì)量和（MHe=4.002603u）。）。已知已知5Li原子原子的質(zhì)量為的質(zhì)量為M5=5.012539u，6Li原子的質(zhì)量為原子的質(zhì)量為M6

9、=6.015121u，氫原子的質(zhì)量為氫原子的質(zhì)量為MH=1.007825u。解：解：5Li核的結(jié)合能核的結(jié)合能MeVMeVcMmMBnH 3 .26 5 .931012539. 5008665. 12007825. 13232556Li核的結(jié)合能核的結(jié)合能MeVMeVcMmMBnH 0 .32 5 .931015121. 6008665. 13007825. 1333266氦原子的質(zhì)量為氦原子的質(zhì)量為4.002603u4.002603u，氫原子質(zhì)量為，氫原子質(zhì)量為1.007825u。所以所以uMuuMMHeH012539. 5010428. 5007825. 1002603. 45事實(shí)上，事實(shí)

10、上，5Li核不穩(wěn)定，它會分裂成一個質(zhì)子和一個核不穩(wěn)定，它會分裂成一個質(zhì)子和一個 粒子粒子1.4 原子核的自旋和原子核的磁矩原子核的自旋和原子核的磁矩一切微觀粒子均具有自旋和磁矩，自旋和磁矩是微觀粒一切微觀粒子均具有自旋和磁矩，自旋和磁矩是微觀粒子的基本內(nèi)稟屬性。子的基本內(nèi)稟屬性。原子核也具有原子核也具有自旋，習(xí)慣上稱原子核總角動量為原子核自旋，習(xí)慣上稱原子核總角動量為原子核的自旋的自旋，原子核總角動量是構(gòu)成原子核的質(zhì)子和中子的，原子核總角動量是構(gòu)成原子核的質(zhì)子和中子的軌道角動量和自旋角動量的矢量和。軌道角動量和自旋角動量的矢量和。實(shí)驗發(fā)現(xiàn)實(shí)驗發(fā)現(xiàn)Z，N均為偶數(shù)（偶偶核）均為偶數(shù)（偶偶核）I為零

11、為零Z，N均為奇數(shù)（奇奇核）均為奇數(shù)（奇奇核）I為整數(shù)為整數(shù)Z，N一奇一偶（奇偶核）一奇一偶（奇偶核）I為半整數(shù)為半整數(shù)如：如：4He，12C，238U等等如：如：10B的的I3，26Al的的I5等等如：如：15N的的I=1/2，29Na的的I=3/2，25Hg的的I=5/2等等原子核的自旋角動量大小為原子核的自旋角動量大小為 ，其中，其中I稱為原子稱為原子核的自旋量子數(shù)，取整數(shù)或者半整數(shù)。原子核自旋角動核的自旋量子數(shù)，取整數(shù)或者半整數(shù)。原子核自旋角動量在空間的取向也是量子化的，在量在空間的取向也是量子化的，在z方向上的最大分量方向上的最大分量是是) 1( III原子核的總磁矩原子核的總磁矩1

12、12IIgIImeguNIpII其中其中g(shù)I是原子核的是原子核的g因子，因子， N是核磁子。是核磁子。2 核力和核力的介子理論核力和核力的介子理論2.1 核力的特點(diǎn)核力的特點(diǎn)原子核中存在一種引力，稱為核力原子核中存在一種引力，稱為核力。核力克服質(zhì)子之。核力克服質(zhì)子之間的靜電斥力而將質(zhì)子、中子等束縛在原子核的尺度間的靜電斥力而將質(zhì)子、中子等束縛在原子核的尺度之內(nèi)。之內(nèi)。核力的特點(diǎn)核力的特點(diǎn)1、核力是一種、核力是一種強(qiáng)相互作用強(qiáng)相互作用，比庫侖力大，比庫侖力大23個數(shù)量級；個數(shù)量級；2、核力是一種、核力是一種短程力短程力，力程僅為，力程僅為fm數(shù)量級；數(shù)量級；3、核力具有、核力具有飽和性飽和性，一

13、個核子只與鄰近的有限個核子之間發(fā)生相，一個核子只與鄰近的有限個核子之間發(fā)生相互作用，其比結(jié)合能互作用，其比結(jié)合能B/A為一常數(shù)；為一常數(shù)；4、核力與電荷無關(guān)核力與電荷無關(guān)，質(zhì)子與質(zhì)子，質(zhì)子與中子、中子與中子之，質(zhì)子與質(zhì)子，質(zhì)子與中子、中子與中子之間的核力相同；間的核力相同；5、核力與核子的、核力與核子的自旋取向有關(guān)自旋取向有關(guān)，平行自旋比反平行自旋的作用大。，平行自旋比反平行自旋的作用大。核子之間相互作用的色荷模型核子之間相互作用的色荷模型一個核子由三個夸克組成，夸克具有色荷，色荷分為一個核子由三個夸克組成，夸克具有色荷，色荷分為紅紅、綠綠、藍(lán)藍(lán)三色。色荷之間具有相互作用。每個核子由于三三色。

14、色荷之間具有相互作用。每個核子由于三色俱全而總色荷為零。但是核子之間會由于色荷在核子色俱全而總色荷為零。但是核子之間會由于色荷在核子內(nèi)的局部不均勻而引起的殘存色力，即核子之間的相互內(nèi)的局部不均勻而引起的殘存色力，即核子之間的相互作用作用核力。核力。當(dāng)核子之間的距離大于當(dāng)核子之間的距離大于2fm時，核力基本為零；時，核力基本為零；但是當(dāng)核距小于但是當(dāng)核距小于1fm時，時，核力呈現(xiàn)斥力；核距在核力呈現(xiàn)斥力；核距在12fm之間時，表現(xiàn)為之間時，表現(xiàn)為引力。引力。OMeVr1.02.0fm核力的勢能曲線核力的勢能曲線2.2 核力的介子理論核力的介子理論 pn質(zhì)子質(zhì)子 介子介子 中子中子質(zhì)子質(zhì)子 0介子

15、介子 質(zhì)子質(zhì)子中子中子 0介子介子 中子中子 np0 pp0 nn電荷電荷 電磁場電磁場 電荷電荷虛光子虛光子現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為，現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為，電磁是通過交換虛光子而實(shí)現(xiàn)的電磁是通過交換虛光子而實(shí)現(xiàn)的。核。核力也是一種交換力，他們是通過交換一種質(zhì)量介于電子力也是一種交換力，他們是通過交換一種質(zhì)量介于電子和質(zhì)子之間，因而稱為介子的微觀粒子而實(shí)現(xiàn)的。和質(zhì)子之間，因而稱為介子的微觀粒子而實(shí)現(xiàn)的。介子有三種：介子有三種： +， 和和 0介子。它們的質(zhì)量分別為介子。它們的質(zhì)量分別為eemmmm264 ,3 .27303 放射性衰變的基本規(guī)律放射性衰變的基本規(guī)律3.1 放射性衰變規(guī)律放射性衰變規(guī)律原子核自發(fā)

16、地放射一些射線而本身衰變成新核的現(xiàn)象原子核自發(fā)地放射一些射線而本身衰變成新核的現(xiàn)象稱為核的放射性。稱為核的放射性。1896年貝克勒爾首次觀察到原子核年貝克勒爾首次觀察到原子核的放射性。的放射性。三種放射線：三種放射線： 粒子，粒子， 射線和射線和 射線。射線。放射性的衰變規(guī)律與原子核所處的物理化學(xué)環(huán)境無關(guān)，放射性的衰變規(guī)律與原子核所處的物理化學(xué)環(huán)境無關(guān)，均遵守同樣的統(tǒng)計規(guī)律。均遵守同樣的統(tǒng)計規(guī)律。假設(shè)在假設(shè)在tt+dt時間內(nèi)，有時間內(nèi)，有-dN個原子核發(fā)生衰變，則個原子核發(fā)生衰變，則-dN應(yīng)與應(yīng)與t時刻的原子核的數(shù)目與時間間隔時刻的原子核的數(shù)目與時間間隔dt的乘積成正比的乘積成正比NdtdN即

17、：即： 稱為衰變常數(shù)。稱為衰變常數(shù)。積分后得：積分后得： teNtN0N0是是t=0時刻的放射性核的數(shù)目時刻的放射性核的數(shù)目放射性核的平均壽命放射性核的平均壽命 11)(100000dtteNdttNdNtNt 的物理含義：放射性核的數(shù)目衰減到初始值的的物理含義：放射性核的數(shù)目衰減到初始值的e-1倍倍所需的時間。所需的時間。半衰期半衰期 : 樣品原子核數(shù)目衰減到初始值的一半所用的樣品原子核數(shù)目衰減到初始值的一半所用的時間時間。21t2/100212teNNtN693. 0693. 02ln21t活度（衰變率）：在單位時間內(nèi)原子核衰變的個數(shù)活度（衰變率）：在單位時間內(nèi)原子核衰變的個數(shù)NdtdN可

18、測量可測量活度的衰變規(guī)律：活度的衰變規(guī)律：teNN0初始活度初始活度在考古學(xué)中，利用放射性核在考古學(xué)中，利用放射性核14C的活度的衰變規(guī)律，可的活度的衰變規(guī)律，可以推算古生物的年齡。以推算古生物的年齡。地球上地球上14C的豐度是不變的。古生物在遠(yuǎn)古時代活著的時的豐度是不變的。古生物在遠(yuǎn)古時代活著的時候，由于與環(huán)境交換候，由于與環(huán)境交換CO2，其體內(nèi)的，其體內(nèi)的14C豐度和環(huán)境中的一豐度和環(huán)境中的一樣，但是古生物死后，由于和環(huán)境的樣，但是古生物死后，由于和環(huán)境的CO2的交換停止，遺的交換停止，遺體內(nèi)體內(nèi)14C的含量就由于放射性而衰減。如果我們現(xiàn)在能夠的含量就由于放射性而衰減。如果我們現(xiàn)在能夠測出

19、古生物體內(nèi)測出古生物體內(nèi)14C的活度，就可推算古生物的年齡。的活度，就可推算古生物的年齡。例：在河北磁山遺跡中發(fā)現(xiàn)的古代的粟，在古代粟樣品例：在河北磁山遺跡中發(fā)現(xiàn)的古代的粟，在古代粟樣品中含有中含有1g碳，測量其中碳，測量其中14C的活度為的活度為 N=10.4 10-2/s。已。已知知14C的天然豐度為的天然豐度為1.3 10-10%，其半衰期為，其半衰期為5730 30年，年，求古代粟的年齡？求古代粟的年齡？解：解：1g新鮮的碳中新鮮的碳中14C的數(shù)目為的數(shù)目為N01012230105 . 6103 . 110023. 6121N對應(yīng)的活度為對應(yīng)的活度為12100210 1025105 .

20、 63600243655730693. 02lnsNtN由teNN0730010.425ln693. 0ln1210tNNt年年3.2 衰變衰變 衰變是指衰變是指4He核從原子核中逃逸出來的過程。核從原子核中逃逸出來的過程。量子隧穿過程量子隧穿過程實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生 衰變的同時，常常伴隨有衰變的同時，常常伴隨有 射線的射線的產(chǎn)生，這說明，原子核發(fā)生產(chǎn)生，這說明，原子核發(fā)生 衰變后，新的原子核可能衰變后，新的原子核可能處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)它向基態(tài)躍遷時，將發(fā)射處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)它向基態(tài)躍遷時，將發(fā)射 光子。光子。如：如：HeRnRa422228626688 衰變能：衰變能： 粒子的動能衰變后

21、核的反沖動能粒子的動能衰變后核的反沖動能實(shí)驗測得：發(fā)生實(shí)驗測得：發(fā)生 衰變后，衰變后， 粒子的動能有兩個值，分別為粒子的動能有兩個值，分別為4.6019 MeV和和4.7846 MeV， 衰變能分別為衰變能分別為4.6848 MeV和和4.8708 MeV，差值為，差值為0.186 MeV，剛好是測得的，剛好是測得的 射線的能量。說明鐳射線的能量。說明鐳發(fā)生發(fā)生 衰變之后處于兩個不同的能級，當(dāng)激發(fā)態(tài)能級向基態(tài)躍遷衰變之后處于兩個不同的能級，當(dāng)激發(fā)態(tài)能級向基態(tài)躍遷時，就發(fā)射時，就發(fā)射 光子。光子。3.3 衰變衰變 衰變是核電荷數(shù)改變但是核子數(shù)不變的一種衰變。衰變是核電荷數(shù)改變但是核子數(shù)不變的一種

22、衰變。 衰變衰變 衰變衰變軌道電子俘獲軌道電子俘獲eNiCo60286027eNeNa22102211eNeNa22102211 衰變的特點(diǎn)衰變的特點(diǎn)：1、衰變產(chǎn)物不是核中之物；、衰變產(chǎn)物不是核中之物；2、發(fā)生的范圍較廣，多發(fā)生在豐中子核素和、發(fā)生的范圍較廣，多發(fā)生在豐中子核素和缺中子核素中。缺中子核素中。海森伯認(rèn)為，質(zhì)子和中子是核子的不同兩種狀態(tài)，當(dāng)質(zhì)海森伯認(rèn)為，質(zhì)子和中子是核子的不同兩種狀態(tài)，當(dāng)質(zhì)子和中子之間相互轉(zhuǎn)換時，就會發(fā)生子和中子之間相互轉(zhuǎn)換時，就會發(fā)生 衰變。衰變。如：如： 衰變衰變eepn 衰變衰變eenp 而而“軌道電子俘獲軌道電子俘獲”過程是核俘獲核外電子，質(zhì)過程是核俘獲核外

23、電子，質(zhì)子變中子，同時釋放中微子的過程。子變中子，同時釋放中微子的過程。3.4 3.4 衰變衰變 穆斯堡爾效應(yīng)穆斯堡爾效應(yīng)當(dāng)放射性的原子核經(jīng)當(dāng)放射性的原子核經(jīng) 或者或者 衰變成新的子核時，子核往衰變成新的子核時，子核往往是處于激發(fā)態(tài)，要向低激發(fā)態(tài)或者基態(tài)躍遷，在躍遷往是處于激發(fā)態(tài)，要向低激發(fā)態(tài)或者基態(tài)躍遷，在躍遷過程中會釋放出能量很高的過程中會釋放出能量很高的 光子來，這種現(xiàn)象稱為光子來，這種現(xiàn)象稱為 衰衰變。變。原子核從高激發(fā)態(tài)向低激發(fā)態(tài)或者基態(tài)躍遷，還可以通原子核從高激發(fā)態(tài)向低激發(fā)態(tài)或者基態(tài)躍遷，還可以通過稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換的過程進(jìn)行，此時，原子核將能量直接轉(zhuǎn)過稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換的過程進(jìn)行，此時，原子核將

24、能量直接轉(zhuǎn)移給核外電子，使電子離開原子，釋放的電子稱為內(nèi)轉(zhuǎn)移給核外電子，使電子離開原子，釋放的電子稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換電子。換電子。Co60MeV 50. 212MeV 33. 1Ni60穆斯堡爾效應(yīng)穆斯堡爾效應(yīng)穆斯堡爾效應(yīng)：無反沖的共振吸收。穆斯堡爾效應(yīng)：無反沖的共振吸收。實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，對于一個處于自由狀態(tài)的原子核，當(dāng)該原子實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，對于一個處于自由狀態(tài)的原子核，當(dāng)該原子核從高能級向低能級躍遷所發(fā)射的核從高能級向低能級躍遷所發(fā)射的 射線，并不能將該射線，并不能將該原子核從對應(yīng)的低能級激發(fā)到對應(yīng)的高能級，即觀測不原子核從對應(yīng)的低能級激發(fā)到對應(yīng)的高能級，即觀測不到到 射線的共振吸收現(xiàn)象。射線的共振吸收現(xiàn)象。原

25、因？原因？在發(fā)射和吸收在發(fā)射和吸收 射線的過程，能量和動量守恒，因此，射線的過程，能量和動量守恒，因此，原子核具有反沖動能而帶走一部分能量，使原子核發(fā)射原子核具有反沖動能而帶走一部分能量，使原子核發(fā)射和吸收的和吸收的 光子的能量不一樣。光子的能量不一樣。h氫氫原原子子h 射射線線 光子的發(fā)射：光子的發(fā)射：動量守恒：動量守恒：chhpMv核的反沖動能：核的反沖動能：22222MchMpEr能量守恒：能量守恒：remiemirEEhEhE 光子的吸收：光子的吸收：原子核原子核的兩個的兩個能級的能級的能量差能量差能量守恒：能量守恒： EEhrabs對應(yīng)于同一對原子核能級，吸收的對應(yīng)于同一對原子核能級

26、，吸收的 光子的能量光子的能量要比發(fā)射的要比發(fā)射的 光子的能量要高光子的能量要高2Er。如：如：57Fe從第一激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷發(fā)射的從第一激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷發(fā)射的 光子能量為光子能量為14.4KeV，對應(yīng)的核的反沖動能是，對應(yīng)的核的反沖動能是2.0KeV。所以，吸收。所以，吸收的的 光子和發(fā)射的光子和發(fā)射的 光子之間的能量差為光子之間的能量差為4.0KeV。問題：為什么在普通原子的發(fā)光和吸收是共振的，而問題：為什么在普通原子的發(fā)光和吸收是共振的，而 光子觀測不到共振吸收效應(yīng)？光子觀測不到共振吸收效應(yīng)？主要在于譜線的寬度和能量差之間的相對大小不一樣。主要在于譜線的寬度和能量差之間的相對大小不一樣。

27、穆斯堡爾將穆斯堡爾將 射線的放射核和吸收核都嵌入晶體的晶格中，射線的放射核和吸收核都嵌入晶體的晶格中，這樣反沖就由整個晶體承受，因此反沖動能由于晶體的這樣反沖就由整個晶體承受，因此反沖動能由于晶體的質(zhì)量很大而變得很小，甚至于可以忽略，這樣就可以實(shí)質(zhì)量很大而變得很小，甚至于可以忽略，這樣就可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn) 射線的無反沖共振吸收射線的無反沖共振吸收穆斯堡爾效應(yīng)。穆斯堡爾效應(yīng)。 射線的發(fā)射譜和吸收譜都是非常窄的。穆斯堡爾利用射線的發(fā)射譜和吸收譜都是非常窄的。穆斯堡爾利用多普勒效應(yīng)測量了多普勒效應(yīng)測量了 射線吸收和發(fā)射譜。射線吸收和發(fā)射譜。由多普勒效應(yīng)可知，當(dāng)發(fā)射源和接收體之間具有相對由多普勒效應(yīng)可知，當(dāng)發(fā)

28、射源和接收體之間具有相對運(yùn)動時，接收體感知到的光的頻率相對于發(fā)射光的頻運(yùn)動時，接收體感知到的光的頻率相對于發(fā)射光的頻率是不一樣的。率是不一樣的。cv1由于由于 射線的吸收和發(fā)射譜非常窄，對環(huán)境的變化非常靈敏，因射線的吸收和發(fā)射譜非常窄，對環(huán)境的變化非常靈敏，因此可以利用穆斯堡爾效應(yīng)來作精密的頻差測量此可以利用穆斯堡爾效應(yīng)來作精密的頻差測量穆斯堡爾譜學(xué)穆斯堡爾譜學(xué)4.1 4.1 原子能的可能釋放形式原子能的可能釋放形式1 1、原子核的衰變、原子核的衰變原子核自發(fā)地演變成為另外的新的原子核，同時原子核自發(fā)地演變成為另外的新的原子核，同時放出相應(yīng)粒子或者原子核。放出相應(yīng)粒子或者原子核。MeVPu 6

29、 . 5U2349223894如如年84.8721t2 2、原子核的裂變、原子核的裂變自發(fā)裂變：由重原子核自發(fā)地碎裂成兩個半塊，并釋自發(fā)裂變：由重原子核自發(fā)地碎裂成兩個半塊，并釋放出約放出約200 MeV的能量的能量MeVU 20023592兩個成分不相同的碎塊年1821108 . 1t由中子誘發(fā)的裂變：即核與中子相互作用引起核裂變，特由中子誘發(fā)的裂變：即核與中子相互作用引起核裂變，特點(diǎn)是可以同時釋放出約點(diǎn)是可以同時釋放出約23個中子。個中子。MeVUn2003223592個中子個或者兩個碎塊MeVPun2003223994個中子個或者兩個碎塊MeVUn2003223392個中子個或者兩個碎塊

30、3 3、原子核的聚變、原子核的聚變由輕原子核融合成為質(zhì)量數(shù)由輕原子核融合成為質(zhì)量數(shù)A較大的核。較大的核。HH2121MeVnHeMeVHH 3 . 3 0 . 4321131MeVHHeHMeVnHH 4 .18 6 .1711322131214 4、原子核的碎裂、原子核的碎裂是指高能粒子轟擊到原子核上后，往往會將原子核是指高能粒子轟擊到原子核上后，往往會將原子核擊成很多碎塊，同時擊成很多碎塊，同時吸收能量吸收能量。MeVnUGeVp20045)1 (23892碎裂成其他核吸熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)核反應(yīng)產(chǎn)生的能量非常大，比普通化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的能核反應(yīng)產(chǎn)生的能量非常大，比普通化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的能量要大量要大6

31、8個數(shù)量級。個數(shù)量級。4.2 4.2 原子核的裂變與聚變原子核的裂變與聚變由中子誘發(fā)的核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)由中子誘發(fā)的核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)核爆炸核爆炸可控核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可控核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)核電站或者核反應(yīng)堆核電站或者核反應(yīng)堆裂變裂變聚變聚變實(shí)現(xiàn)原子核的聚變反應(yīng)的兩個條件：實(shí)現(xiàn)原子核的聚變反應(yīng)的兩個條件：1 1、反應(yīng)中的原子核必須有一定的初始能量，通常為、反應(yīng)中的原子核必須有一定的初始能量，通常為KeV或者更高。或者更高。2 2、要求有高溫高壓的條件。、要求有高溫高壓的條件。受控?zé)岷朔磻?yīng)：和平利用聚變能量受控?zé)岷朔磻?yīng)：和平利用聚變能量1 1、磁約束方式、磁約束方式2 2、慣性約束方式、慣性約束方式黑體輻射黑體輻射斯特藩斯特藩-玻耳茲曼定律，維恩位移定律玻耳茲曼定律，維恩位移定律光電效應(yīng)光電效應(yīng)光子的能量、動量和質(zhì)量光子的能量、動量和質(zhì)量康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)光子學(xué)說對康普頓散射的解釋光子學(xué)說對康普頓散射的解釋（大題）（大題）原子結(jié)構(gòu)、