大學(xué)物理原子核物理和粒子物理簡介課件

原子核物理和粒子物理簡介第十四章物質(zhì)的基本單元原子質(zhì)子、中子、電子夸克14-1原子核的基本性質(zhì)14-2原子核的結(jié)合能裂變和聚變14-3原子核的放射性衰變*14-4粒子物理簡介14-1

原子核的基本性質(zhì)一、原子核的組成原子核由質(zhì)子和中子組成。質(zhì)子（P）：中子（n）：原子核符號(hào)核子具有相同的質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核稱為同位素。質(zhì)子、電子和中子符號(hào)具有確定質(zhì)子數(shù)Z和中子數(shù)N的原子核稱為核素。質(zhì)量數(shù)A相同而質(zhì)子數(shù)Z不同的原子核稱為同量異位素。原子核的體積總是正比于它的質(zhì)量數(shù)A在一切原子核中，核物質(zhì)的密度是一個(gè)常數(shù)。二、原子核的大小三、核力核子之間的相互作用力，抵消核子之間的較強(qiáng)的庫侖排斥力。1.核力是比電磁力強(qiáng)得多的強(qiáng)相互作用力，

主要是吸引力。2.核力是短程力，核子間距離小于10-15m時(shí)才明顯。3.核力與核子帶電狀況無關(guān)。4.核力具有飽和性。核力的特征：1935年，日本物理學(xué)家湯川秀樹提出核力的介子理論，認(rèn)為核子之間通過交換介子而發(fā)生核力作用。四、核自旋和磁矩原子核有自旋，自旋角動(dòng)量為核自旋可以是整數(shù)，也可以是半整數(shù)。1.質(zhì)子和中子的自旋2.原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都是偶數(shù)時(shí)，自旋為零。3.原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都是奇數(shù)時(shí)，自旋為非零整數(shù)。4.原子核的核子數(shù)是奇數(shù)時(shí)，自旋為1/2的奇數(shù)倍。核自旋的確定：原子核有磁矩，核自旋角動(dòng)量空間量子化核自旋磁量子數(shù)以核磁子為單位

14.2原子核的結(jié)合能原子核的質(zhì)量總是小于組成該原子核的核子的質(zhì)量之和，它們之間的差額稱為原子核的質(zhì)量虧損。核子在結(jié)合成原子核時(shí)，它們之間的核力作用使體系能量降低，從而釋放出能量，相應(yīng)質(zhì)量減少了。Z個(gè)質(zhì)子和(A-Z)個(gè)中子結(jié)合成原子核時(shí)，釋放能量平均結(jié)合能(比結(jié)合能)：原子核的結(jié)合能與原子核內(nèi)所包含的總核子數(shù)的比值。原子核結(jié)合能：由質(zhì)子和中子形成原子核時(shí)所放出的能量。平均結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定。例14-2計(jì)算鈾

的結(jié)合能和比結(jié)合能。

解已知

14-3

原子核的放射性衰變一、原子核衰變?nèi)N衰變：衰變、衰變、衰變不穩(wěn)定的原子核會(huì)自發(fā)地轉(zhuǎn)變成另一種核而同時(shí)放出射線，這種變化叫放射性衰變。

1)

衰變是原子核自發(fā)放射出粒子(即氦核)

衰變是核電荷改變而核子數(shù)不變的核衰變.分+衰變、

-衰變和電子俘獲三種-衰變是原子核內(nèi)中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子，同時(shí)放出一個(gè)電子和與電子相聯(lián)系的反中微子+衰變是原子核內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)變成中子，同時(shí)放出一個(gè)正電子和一個(gè)中微子

3)衰變射線是光子流，是在衰變或衰變后形成新核時(shí)輻射出來的。電子俘獲二、放射性衰變規(guī)律t時(shí)刻樣品中有N個(gè)核，在dt時(shí)間內(nèi)有dN個(gè)發(fā)生衰變t=0，N=N0放射性衰變定律t時(shí)刻，每單位時(shí)間衰變的原子核數(shù)與該時(shí)刻原子核總數(shù)的比。越大，衰變越快。半衰期原子核衰變到N=N0/2所需的時(shí)間。平均壽命每個(gè)原子核衰變前存在的時(shí)間的平均值。原子核的壽命：平均壽命：平均壽命與半衰期的關(guān)系：*14-4

粒子物理簡介一、粒子特征四種相互作用和粒子分類基本粒子：質(zhì)子、光子、中子、電子正電子的發(fā)現(xiàn)1932年安德遜在記錄宇宙射線的云霧室中發(fā)現(xiàn)正電子正電子與電子有相同的質(zhì)量，帶正電。狄拉克海（真空區(qū)）電子偶產(chǎn)生電子偶湮滅正反粒子兩者質(zhì)量、自旋、平均壽命完全相同。電荷等值異號(hào)，磁矩方向相反。中微子的發(fā)現(xiàn)1930年泡利根據(jù)衰變前后應(yīng)遵守角動(dòng)量守恒和能量守恒提出核在發(fā)射粒子的同時(shí)應(yīng)發(fā)射一個(gè)質(zhì)量幾乎為零的中性粒子，稱中微子。粒子的特征的描述1、質(zhì)量。（常用能量表示）2、電量。（常以電子電量e為單位）3、自旋。（自旋角動(dòng)量以為單位）4、平均壽命。天體之間衰變原子結(jié)合核力舉例一切物體強(qiáng)子、輕子強(qiáng)子強(qiáng)子被作用粒子長程，短程<10-16長程，短程10-15~10-16作用力程/m引力子中間玻色子光子膠子作用傳遞者10-3910-151/1731相對強(qiáng)度引力作用弱作用電磁作用強(qiáng)作用四種相互作用的比較<10-23>10-10特征時(shí)間10-20~10-16粒子的分類（按參與相互作用的性質(zhì)）1、規(guī)范粒子2、輕子3、強(qiáng)子規(guī)范粒子是傳遞作用力的粒子。輕子完全不受強(qiáng)作用力的影響。強(qiáng)子分成介子和重子。二、強(qiáng)子的夸克結(jié)構(gòu)夸克是強(qiáng)子的組成粒子?？淇斯灿?種。每種夸克都有相應(yīng)的反夸克。夸克種類（味）上下奇異粲底頂英文updownstrangecharmbottomtop符號(hào)

udscbt質(zhì)量(MeV)51050015004800?電荷(e)2/3-1/3-1/32/3-1/32/31/21/21/21/21/21/2自旋()重子都由三個(gè)夸克組成。介子都由一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成。三、相互作用的統(tǒng)一弱電統(tǒng)一理論：弱作用與電磁作用的統(tǒng)一能量很高時(shí)，傳遞弱力的媒介粒子與光子一樣靜質(zhì)量為零，由于內(nèi)部某種對稱性使弱力和電磁力