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1、原子核与放射性,原子核的基本性质,原子核的组成 原子核的大小 原子核的结合能 原子核的磁矩自旋 原子核的作用力,掌握,熟悉,历史回顾重要人物,H.Becquerel, 法国物理学家（1852-1908），1903年获得诺贝尔奖。发现了铀(U)放射现象（射线），这是人类历史上第一次在实验室里观察到原子核现象。,E.Rutherford，英国物理学家(1871-1937)，新西兰人，1908年获得诺贝尔奖。证实了a 射线为He2+， b 射线为电子；从氮核中打出质子；提出了原子的核式模型；首次实现人工核反应；培养了10诺贝尔奖获得者。,J.Chadwick，英国物理学家(1891-1974)，因发
2、现了中子获得1935年度诺贝尔奖。中子的发现被认为是原子核物理的诞生。,历史回顾重要人物,E.Fermi，意大利物理学家(1901-1954)，1938年获得诺贝尔奖。发明了热中子链式反应堆。,1896：H.Becquerel发现了铀(U)放射现象; 1897：P. 1903：卢瑟福证实a 射线为He2+， b 射线为电子； 1911：卢瑟福提出原子的核式模型； 1919：卢瑟福首次实现人工核反应，发现了质子。,1932：J.Chadwick发现了中子; 1934：F. 1942：E.Fermi发明热中子链式反应堆； 1945：原子弹试爆成功，并在广岛上空爆炸； 1952：氢弹试爆成功。,19
3、58：我国建成第一座重水型原子反应堆; 1964：我国第一颗原子弹试爆成功； 1967：我国第一颗氢弹试爆成功； 1969：我国首次成功地下核实验； 1984：我国受控热核聚变实验装置顺利启动； 1988：北京正负电子对撞机首次对撞成功； 1991：秦山核电站发电成功;,原子弹,中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图,原子核的组成,原子核的发现 1909年Rutherford的学生H.Geiger和E.Marsden在用a 粒子轰击金箔的实验中，发现有大约八千分之一的几率被反射。 Rutherford说：“就像一枚15英寸的炮弹打在一张纸上又被反射回来一样”。 Rutherford认为：正电荷和原子
4、质量集中在原子中心R10-12cm的范围内。,原子核的组成,质子的发现 1919年Rutherford用a 粒子轰击14N，发现了质子。 核反应方程：14N+a 18O+ p 布拉凯特通过对a 粒子径迹的照片分析进一步证明，质子是由“复合核”分裂出来的，质子是原子核的组成部分。 a 粒子轰击氮原子核实验实现了原子核的人工转变。,中子的发现 1920年Rutherford提出：“由一个电子更紧密地与H核结合在一起，组成一个中性的双子”。 1930年Bothe完成了9Be+a 12C+ n实验，但他认为产生的中性射线是g 射线。,1932年Chadwick利用 9Be+a 12C+ n 实验中所产
5、生的中子轰击14N，测量到14N的最大反冲动能为1.2MeV。并根据F.&I.Joliot-Curie夫妇轰击石蜡所测量的反冲质子的最大动能为5.7MeV及动量和能量守恒关系，估算出中性射线的质量为1.15u，并大胆预言该射线是中子。,原子核=质子+中子 原子核的表示符号：AZXN X为元素符号，A=N+Z 为核子数，N为中子数，Z为质子数。 简写为：AX Z相同N不同的核素称为同位素； N相同Z不同的核素称为同中子异核素； A相同Z不同的核素称为同量异位素；Z、N均相同，但所处能级不同的核素称为同核异能素 Heisenberg认为：中子和质子是核子的两个不同状态。,原子核的组成,原子核的大小
6、,原子核电荷分布 a 近似为常数 R = r0A1/3 r01.2fm 1 fm = 10-15m,原子核的大小,经验拟合半径 核力作用半径,原子核的结合能,氢原子的结合能 EH=13.6eV ； 质子与中子结合成氘核时，发生质量亏损： ： m=mp+mn-md = 1.007276u1.008665u2.013552u = 0.00239 u 规定自然界中碳同位素碳12原子质量的1/12作为原子质量单位，该质量完全转化为能量为931.5MeV。,自由核子结合成原子核时释放的能量称为原子核的结合能,根据爱因斯坦质能方程：结合成氘时，放出能量Emc2 0.00239 uc2 ,任一原子的结合能可
7、表示为：,原子核的结合能除以该核的核子数，即为该核的比结合能： E /A,3S,D1= 589.0 nm,D2= 589.6 nm,32P3/2,32P1/2,32S1/2,3P,32P1/2,32P3/2,F=2,F=1,原子核的自旋,1924年，Pauli提出原子核应具有自旋 1932年发现中子以后，实验发现：中子具有自旋 原子核角动量矢量的大小： 在某一方向的投影 原子核基态自旋的规律：偶偶核的自旋为0 奇偶核的自旋为半整数 奇奇核的自旋为整数,原子核的磁矩,其中：N = 5.050810-27 J/T 质子与中子的磁矩为： 2.793 N与1.913N，表明质子、中子的内部结构,核磁矩
8、在Z轴上的投影：,原子核的磁矩,具有磁矩的原子核在磁场中具有能量E = gmI NB E= gI NB gI =h /NB,高 频 发生器,延迟电路,放大器,示波器,具有磁矩的原子核在磁场中具有能量E = gmI NB,具有相反磁矩的氢原子核在磁场中具有能量差E = g NB,将电磁波施于原子核系统，在满足光子能量条件的时候，可以发生原子核能态的跃迁，此种现象称作核磁共振现象,多参数成像,T1 Contrast TE = 14 ms TR = 400 ms,T2 Contrast TE = 100 ms TR = 1500 ms,Proton Density TE = 14 ms TR = 1500 ms,核力的主要性质,原子核的密度1014g/cm3。 核力是强相互作用:核力约比库仑力大100倍 核力的短程性：核力的力程为fm量级 核力的饱和性：只能与有限个相邻核子相作用 核力的电荷无关性：Fpp=Fnn=Fnp 核力的斥力性：距离0.6 fm时。,核力* 核子相距0.8-2.0fm时，表现为吸引力 核子相距小于0.8fm时，表现为排斥力 核子相距大于10fm时，核力几乎完全消失,Vpp,Vnp,r,r,