Chapter18quantumtheoryandnuclearphysics量子理论和核物理

1、光子的能量? ?Chapter18quantumtheoryandnuclearphysics量子理论和核物理第一部分.量子理论一、光电效应p229（光具有粒子性）1 .光电效应现象：在光（高频电磁波，不包括可见光）照射下金属发射出电子的现象叫光电效应现象；所发射的电子叫光电子；1900年，普朗克首次使用量子能量（物质发射和吸收电磁辐射时能量是一份一份地发射或吸收，称为量子；一个量子对应的能量，称为光量子）概念解释黑体辐射（黑体是最理想的光吸收体，只吸收能量不放出能量）；1905年，爱因斯坦运用光量子理论解释了光电效应，说明了光具有粒子性；光子的速度等于光速。2 .、光子说1,经典的波动理论解

2、释不了光电效应规律中（1）极限频率、（2）最大初动能、瞬时性极限频率？得光的强度由光波的振幅A决定，跟频率无关。只要入射光足够强（或照射时间足够长），就应该能发生光电效应.但事实并非如此.（2）光电子的最大初动能：只与光的频率有关而与光的强度无关.（3）解释不了光电效应发生的时间之短：10-9s;能量积累是需要时间的2.光子说能很好地解释光电效应.光子说认为：（1）空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子.光由能量子（光子）组成（2）光子的能量跟它的频率成正比，即e（h叫做普朗克恒量，h=6.63X1034J-s,f为光的频率）爱因斯坦用光子说解释光电效应过程：（一个光子的能

3、量只能被一个电子吸收，一对一关系）入射光照到金属上，有些光子被电子吸收，有些没有被电子吸收；吸收了光子的电子（a、b、c、e、g）动能变大，可能向各个方向运动；有些电子射出金属表面成为光电子（b、c、g）,有些没射出（a、e）；射出金属表面的电子克服金属中正电荷引力做的功也不相同；只有从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力做的功最少（g）,飞出时动能最大。解释了最大初动能.如果入射光子的能量比这个功的最小值还小，那就不能发生光电效应。这就解释了极限频率的存在；|VXVg由于光电效应是由一个个光子单独引起的，因此从有光照射到有光电子飞出的时间与照射光的强度无关，几乎是瞬时的。W-cA'

4、这就解释了光电效应的瞬时性。3 .光电效应规律（1）任何一种金属都有一个极限频率（刚好发生光电效应的频率，不同材料，极限频率不同），入射光必须大于这个极限频率才能产生光电效应，才有光电子逸出.D（2）只要入射光的频率大于极限频率，光电子的最大初动能与入射光的强度（数目）无关，与入射光的频率有关，随入射光的频率增大而增大.（3）当入射光的频率大于极限频率时，保持频率不变，则光电流的强度（单位时间内产生的光电子数）与入射光的强度（单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量）成正比，增大光强，产生更多的光电子。（4）从光照射到产生光电流的时间不超过10一9s（十亿分之一秒），几乎是瞬时的.4

5、.爱因斯坦光电效应方程：?=?（国是光电子的最大初动能；？渥逸出功：即刚好从金属表面飞出光电子克服正电荷引力所做的功，为极限频率?加应的能量）？於?为一条直线，不同材料时，各直线互相平行。不同材料的逸出功不同，同一种材料，达到极限频率后，光子频率越大，光电子动能越大。?=?（h叫做普朗克常量，h=6.63X10-34J-s,f0为极限频率）说明：（1）不要将光子和光电子看成同一粒子.（2）对一定的金属来说，逸出功是一定的.照射光的频率越大，光子的能量越大，从金属中逸出的光电子的初动能就越大.如果入射粒子的频率较低，它的能量小于金属的逸出功，就不能产生光电效应，这就是存在极限频率的原因.在处理小

6、的能量，例如电子，光子等的能量时，焦耳单位是个大的能量单位，我们常用eV单位。?=?"?J光子 电子散射前本节总结：要注意区分一些主要的概念：光的强度、光子的能量、光电子的最大初动能、光电流的强度、极限频率、逸出功.二.康普顿效应p233（光具有粒子性）光子在介质中和物质微粒相互作用，可能使得光的传播方向转向任何方向（不是反射），这种现象叫做光的散射。1923年，康普顿发现，用高能光子撞击碳靶时，会有与光电效应不同的效应。在研究高能X射线被靶原子中电子散射时：有些散射X射线的波长比入射前的波长略大，X? .、.行整个散射过程中能量、动量守恒。?射线的频率比入射前降低康普顿认为这是因为

7、光子不仅有能量，也具有动量，每个光子动量为因此康普顿效应也证明了光具有粒子性。按照经典电磁理论推理光波在散射前后波长应该不变，事实上变了。经典理论与实验事实又出现了矛盾。光的电磁理论再次遇到困难。康普顿用光子的概念解释康普顿效应，再次证明了爱因斯坦光子学说的正确性。X射线光子与晶体中的电子碰撞时：X光子要把一部分动量转移给了电子，光子的动量n4变小，所p以波长会增大。根据能量守恒和动量守恒求解出散谢光波波长的变化值（理论与实验完全相符合）具有能量（光电效应）光子：E=hf证明（X射线）光子（E和P是粒子性的表现;f和人是波动性的表现）两式说明光具有波粒二象性。?具有动量（康普顿效应）？?=?（

8、通过普朗克常量h架起波、粒二象性的桥梁）推理过程:光子说：中一个光子的能量E=hf质量hf2c爱狭义相对论中：质能方程E=mc2hfJ光子的动量p mc c动量的定义：动量=质量x速度p=mx v=mx c速度=波长x频率即：cf/三、光的波粒二象性（1）干涉、衍射和偏振表明光是一种波；光电效应和康普顿效应表明光是一种粒子；现代物理学认为光具有波粒二象性。（2）大量光子的传播规律体现为波动性；频率越低（波长越长）的光，其波动性越显著.（3）个别光子、与物质作用时体现为粒子性；频率越高、波长越短的光，其粒子性越显著.（4）光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性；光既具

9、有波动性，又具有粒子性，说明：光的波粒二象性可作如下解释：说波是一种概率波，对大量光子才有意义。说粒子，是指其不连续性，是一份能量。四、物质波p234（德布罗意波）物质分为两大类：实物和场是物质存在的两种方式。既然作为场的光有粒子性，那么作为粒子的电子、质子等实物是否也具有波动性？德布罗意由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着物体，得出物质波（德布罗意波）的概念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波长为德布罗意波长? ? ?物质波也是概率波因为普朗克常量很小，所以通常宏观物体波长很小，不体现出波动性。德布罗意波长实验证明：戴维逊一革末实验：1927年，戴维逊和革末（美）和

10、汤普森（英）做了慢电子在馍晶体表面的衍射实验。它证实了电子具有波动性，而且定量验证了德布罗意波长。第二部分核物理一.原子模型p2311807年，道尔顿提出提出原子是不可再分的最小物质单元；1904年，汤姆生在阴极射线中发现电子，证明原子可以再分（葡萄干布丁模型：带负电的葡萄干分布在带正电的布丁中）；1909年，卢瑟福通过卢瑟福大角散射实验，提出了原子的行星模型；1913年，玻尔的原子模型提出电子绕核做圆周运动，不同轨道能级不同。1 .卢瑟福的行星模型1909年，卢瑟福用放射性材料发出的“粒子轰击金箔，发现绝大多数a粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但是有少数a粒子却发生了较大的偏转，并且有极少

11、数a粒子的偏转超过90。，有的甚至几乎达到180。，像是被金箔弹了回来.这就是a粒子散射实验。1卢瑟福通过实验观察和理论计算，得出如下结论：（1）原子中有许多空隙；（2）原子几乎所有质量在原子核；（3）原子核由许多质子构成带正电；（4）中性原子核核外有许多电子。21911年卢瑟福提出：原子核式模型原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里。电子在核外绕原子核高速旋转。3行星模型缺点：因为正负电荷的库仑排斥作用，“粒子进入原子后沿不同方向散射，当它与原子核在同一直线上，散射角最大。但如果卢瑟福模型成立，根据经典理论：电子作加速运动，应连续向外辐射电磁波，

12、形成连续光谱（实际是分离谱），有能量损失，电子应堕入核中；实际上原子中的电子并不像行星环绕太阳运转时那样有固定的轨道，而是形成电子云分布在原子核的外围。2 .玻尔的原子模型1、能级卢瑟福提出的原子的核式结构模型。认为电子绕核做圆周运动，好比地球绕太阳做圆周运动。研究表明：卢瑟福的核式结构模型和经典电磁理论有矛盾：按照经典电磁理论：（1）子绕核做圆周运动会向外辐射同频率的电磁波，能量将减小，原子将会不稳定；电子旋转半径减小的同时，频率将增大，因此辐射的电磁波频率也应该是连续变化的。大量原子的发光光谱应该是连续光谱。事实上原子是稳定的；原子辐射的电磁波的频率也是不变的，原子发光的光谱是线状谱（分离

13、谱）。为解决这个矛盾，1913年，玻尔将量子理论引入卢瑟福原子结构理论，他研究了氢原子光谱后大胆提出了三条假设，创建了玻尔原子模型。玻尔的原子模型（引入量子理论，量子化就是不连续性，整数n叫量子数）三条基本假设：能量定态假设：-原子只能处于一系列不连续的育总量状态（称为定态）中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量叫定态。（本假设是针对原子稳定性提出的）理解要点：即不同的轨道对应着不同的能量状态，这些状态中原子是稳定的，不向外辐射能量原子跃迁假设：一-原子从一种定态跃迁到另一种定态，要辐射（或吸收）一定频率的光子（其能量由两定态的能量差决定）辐射（吸收）光子的能量为h

14、f=E初-E末（本假设针对氢原子线状谱提出）原子在不同的状态具有不同的能量，从一个定态向另一个定态跃迁时要辐射或吸收一定频率的光子，该光子的能量，等于这两个状态的能级差.轨道、能量量子化假设：-定态不连续，能量和轨道也不连续；（即原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应，原子的定态是不连续的，因此电子所处的可能轨道也是不连续的。（针对原子核式模型提出，是能级假设的补充）轨道是量子化的，只能是某些分立的值.对于氢原子的激发态和基态的能量（最小）与核外电子轨道半径间的关系是轨道量子化rn=n2ri（n=i,2.3）门=0.53x10-10m?能重重子化：氢原子能级：？?=?,Ei=1

15、3.6eVEn叫能级.离原子核最近的的轨道，能量最低，最稳定（量子数n=1）叫基态淇他状态叫激发态。根据玻尔理论画出了氢原子的能级图。?9o对于类氢离子（He+,Li2+）：?=苛?，E1=13.6eV,Z为原子核的质子数。跃迁处于不同能级的电子发生能级变化时，hf=EM-E末。原子吸收了光子后从低能气体光谱。和白光形成的连续光谱不同,2 .光子的发射和接收：原子处于基态时最稳定。以光子的形式放出或吸收能量。光子的频率满足：级跃迁到高能级，或者被电离（电子离开原子）。3 .原子光谱：在人们了解原子结构以前，就发现了稀薄气体通电后发出的光得到的光谱是不连续的几条亮线，叫做线状谱。原子吸收能量是量

16、子化的。因为原子各能级不同的，线状谱也就不完全相同，因此把线状谱叫做原子光谱。利用原子光谱可以鉴别物质，分析物体的化学组成。玻尔理论能够很好地解释氢的原子光谱。根据hf=E初-E末计算出的频率跟实验中观察到的线状谱对应的频率恰好相同。4 .量子力学：为了解释其他原子光谱，需要建立更加彻底的量子理论，这就是量子力学。在量子力学中电子绕核运行的轨道，实际上只是电子出现概率密度较大的位置。如果用疏密不同的点表示电子在各个位置出现的概率，画出的图形叫做电子云。不确定关系：量子力学中位置和动量，能量和时间不能同时测定，满5氢原子的能级（1）氢原子能谱.革睾毒系靶邢朱氢憾子能级图氢原子能级：？?=?,日=

17、13.6eV电离氢原子基态的电子需要13.6eV的能量，而对于n=3的态只需1.51eV。如果用1.5eV的质子撞击氢原子基态，则不会吸收该能量为完全弹性碰撞。随着n的增加，能级越来越密，能级差越来越小。（2）解释氢原子的光谱巴尔末观察到的光谱是从n=2的态到基态的跃迁。本节总结:认识玻尔理论的关键是从“不连续”的观点理解电子的可能轨道和能量状态、玻尔理论对氢（类氢）光谱的解释是成功的，但对其他光谱的解释就出现了较大的困难，显然玻尔理论有一定的局限性。三.原子与放射性p234目前已经发现100多种元素，他们核电荷数（质子数）不同，同时中性原子核的电子数和质子数相同，即原子序数=质子数=核电荷数

18、，电子数=质子数（中性原子）原子序数大于92（铀）的元素为人造元素（超铀元素）；他们多数在美国首次发现。除氢以外，原子核由质子和中子组成，质量数（A=质子数（Z）+中子数（N）质子和中子统称为核子;质子数相同，中子数不同的元素，称为同位素；化学元素符号Ax.例如：氯的同位素占4的35ci和的17ci；1 .核力为什么原子核超过一个质子不会因为库仑力而破裂，为什么中子不带电，这都是因为核力在起作用，原子核中的核力比库仑力的距离平方反比规律更复杂，不能用简单公式写出。自然界中四种基本相互作用，即引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用。引力即万有引力，引力相互作用存在于一切物体之间；电磁

19、相互作用存在于一切带电和具有磁性的物体之间，例如电子和原子核就是靠这种力结合成为原子的。强相互作用是作用于强子（核子和基本粒子）之间的力，是四种基本相互作用力中最强的，也是作用距离最短的，核子之间的核力就是强相互作用，它抵抗了质子之间的强大库仑力，维持了原子核的稳定。弱相互作用，最早观察到的是原子核的B衰变，后来又观察到介子、重子和轻子通过弱作用的衰变和中微子散射等弱作用过程，其作用范围比强相互作用还要小，强度比强相互作用和电磁相互作用都弱。与这四种相互作用相适应，自然界存在着四种不同的场。核力：原子核的半径很小，其中的质子之间的库仑力很大，受到这么大的库仑斥力却能是稳定状态，一定还有另外一种

20、力把各核子紧紧地拉在一起.该力叫做核力（很强的短程力）核力是很强的力核力作用范围小只在2.0X1015m短距离内起作用每个核子只跟它相邻的核子间才有核力作用2 .原子质量单位（atomicmassunit）定义为碳12原子质量的1/12。1u=1/NA更=1/（1000Na）更1 u1.660538921X10-27千克1u=931.5MeV3 .结合能由于组成原子核的质子和中子的质量总和大于原子核的质量，因此会出现质量亏损；根据爱因斯坦的质能方程E=Am（2,我们知道核子形成原子核是会放出能量，称为结合能；结合能同时也是原子核分解为质子和中子时所需要的分离能。中子质量比质子大，它们近似为电子

21、质量的1840倍。例如：质子的质量：mp=1.6726X10-27kg=1.00728u中子的质量：mn=1.6749X10-27kg=1.00867u笊核的质量：md=2.01356u产生的质量亏损为：Am=0.00239u结合能：E=Am（2=0.00239u=2.23MeV,原子质量单位1u=931.5MeVJL每个核子的结合能：其中笊的单核子结合能最小，Ni的单核子结合能最大。由图可知：原子序数小于Ni的原子核可以通过聚变（多变一）放出能量；轻核聚变原子序数大于Ni的原子核可以通过裂变（一变多）放出能量；重核裂变4 .放射性原子核的稳定性依赖于核力和库仑力的平衡。放射性：不稳定核素自发

22、跃迁到低能态，并且放出射线。1放射性现象：贝克勒耳发现天然放射现象，使人们认识到原子核也有复杂结构，揭开了人类研究原子核结构的序幕.通过对天然放射现象的研究，发现原子序数大于83（Z>83）的所有天然存在的元素都有放射性，原子序数小于83的天然元素部分具有放射性，它们放射出来的射线有三种：“射线（高速氮核）、3射线（高速电子）、丫射线（高速光子，频率比X射线大）.2三种射线的本质和特性比较a射线：高速氮核（4He）流，速度约为光速的十分之一，空气中射程几厘米，贯穿本领小，电离作用强B射线：高速的电子流，速度约为光速十分之几，穿透本领较大，能穿透几毫米的铝板，电离作用较弱T射线：高能光子流

23、，波长极短的电磁波，贯穿本领强，能穿透几厘米铅板，电离作用小.说明放射性元素有的原子核放出a射线，有的放出B射线，多余的能量以丫光子的形式射出.XXX(3)种类本质质量（u）电荷（e）速度（c）电离性贯穿性a射线氮核4+20.1最强最弱，纸能挡住0射线电子1/1840-10.99较强较强，穿几mni目板T射线光子001最弱最强，穿几cm铅版三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较:3.放射性同位素的应用利用其射线：利用“射线的电离作用，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电。丫射线探伤：如利用钻60放出的很强的丫射线来检查金属内部有没有砂眼和裂纹，这叫丫射线探伤，丫射

24、线贯穿性强，可用于金属探伤，利用放射线的贯穿本领了解物体的厚度和密度的关系，可以用放射性同位素来检查各种产品的厚度，密封容器中的液面高度，从而自动控制生产过程，利用射线杀死体内的癌细胞等.用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可使DNA发生突变，可用于生物工程，基因工程。作为示踪原子。如在生物科学研究方面，研究生物大分子结构及其功能。同位素示踪技术起着十分重要的作用。在人工方法合成牛胰岛素的研制、验证方向、示踪原子起着重要的作用.诊断甲状腺疾病的类型。在输油管线漏的检查和对植物生长的检测方面，示踪原子都起着重要作用.用于研究农作物化肥需求情况，进行考古研究。利用放射性同位素碳14,判定出土木质文物的产生

25、年代。一般都使用人工制造的放射性同位素（种类齐全，半衰期短，可制成各种形状，强度容易控制）四.天然放射性衰变（天然核反应）普林斯顿370具有放射性的核素，要么A太大，要么中质比（中子数与质子数的比值）失常。我们按上面提到的三种射线将天然放射性分为三类：？察变（放出高速氮核）、3衰变（放出高速电子正电子，或电子，或俘获电子）、？衰变（放出高速光子）.放射性元素的原子核自发放出粒子而转变为新核的变化称为衰变（decay）.中子衰变成质子会放出电子。衰变前的元素称为母核，衰变后的核素称为子核。原子核反应规律：电荷数（Z）和质量数（A都守恒.1. ?察变（放出高速氨核?,2?2He）大的核素一次能放出

26、一个或多个氨核。例如：222R218P4,86Rn-84PO+2Hea衰变的一般方程：ZAX-A2Y+4He，每发生一次a衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数减小2,质量数减少4.a衰变的实质：原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子（即氮核）.（核内211H201n2tHe）2. ?瘦变（共有三种，放出高速电子正电子，或电子，或俘获电子）1?衰变（中质比偏大）多数3衰变为？衰变，发生在中质比偏大时。例如：14C?衰变：？?-?+.?+乔（电子反中微子飞?14C被用来放射性鉴年?衰变的一般方程：AX-ZAy+0e+?每发生一次?衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数增加1,质量数不变.?衰变

27、的实质：原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子和电子反中微子（核内01n11H；e+?2?衰变（中质比偏小）（规律与？相反）多数3衰变为？衰变，发生在中质比偏大时。例如：?的？衰变：？?+?+?（电子中微子）?衰变的一般方程：£x-zAy+0e+?p?每发生一次？?衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数减少1,质量数不变.?衰变的实质：原子核的一个质子变成中子时放射出一个正电子（+狰？和电子中微子（？?，。（核内1h-?2?+0?+?3电子俘获（electroncapture）原子核吸收一个电子，将质子变为中子以提高中质比，并放出电子中微子（实质与+衰变相同）。例如：4Be+0e-

28、7匕+电3 .?宴变（母子核相同，只是能量状态不同）?宴变时不改变原子核，只放出能量。例如：20C?-20ca+丫上式中星号（*）,代表Ca的一个高能激发态，它通过丫衰变回到基态并发出光子0丫。补充：中微子（neutrino）:共有三种，静止质量为0,它们均有反粒子。电子中微子（上面的衰变）电子与原子相互作用，将能量一下子释放出来，会照亮一个接近球形的区域。11中微子g子不像电子那样擅长相互作用，它会在冰中穿行至少1千米，产生一个光锥。T中微子T子会迅速衰变，它的出现和消失会产生两个光球，被称为“双爆”。4 .放射性衰变率普林斯顿373尽管不能精确描述某个放射性核素的衰变，但对于只以一种形式衰

29、变的核素可以计算衰变率。衰变常量?单位时间内原子核发生衰变的概率；不同核素的衰变常量不同。放射性活度A:单位时间内发生衰变的原子核个数。?=?（其中Ao为t=0时的活度，入为衰变常量，而不是波长）衰变常量？越大，样本衰变得越快。样本中放射性核的个数为Nm?样本剩余质量m=?-?普遍用半衰期表示样本的衰变。半衰期（?？：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间（或样本原子核质量减?半的时间）?样品质量：m=?（?）飞?样品的质量按半衰期指数衰减。放射性j0T2T3T时间每经过一个半衰期原子核的放射性活度A,原子数N,样本的剩余质量m均减半。五.人工核反应p236天然放射性核素能够自发衰变，同时

30、在实验室我们能够利用高速粒子（亚核子）轰击原子核进行人工核反应。卢瑟福在温子的散射实验中利用啦子轰击靶核（金箔）得到放射性物质。现在通常利用粒子加速器加速粒子轰击靶核进行核反应。人工核反应：用人工方法使一种原子核变成另一种原子核的变化.用高能粒子轰击靶核,产生另一种新核的反应过程，反应方程AXx=AYy。式中AX是靶核的符号，x为入射粒子的符号，ZAY是新生核符号，y是放射出的粒子的符号人工核反应三大发现：1919卢瑟福发现质子：14N+2H-1；O+；H这是首次人工核反应，卢瑟福成为人工核反应转变元素第一人。1932年查德威克发现中子：4Be+2H-16C+0n查德威克用？粒子轰击被核，产生

31、碳12,并放出中子，中子（5）的质量数为1,电荷为0.中子对人有致命杀伤力，可通过石蜡或氢或硼。1934年约里奥居里夫妇发现放射性同位素和正电子27Al+4He-30P+1n30P30Si+1e（其中10P是放射性同位素，0e为正电子、'15117I_i-J./六、核反应的核能（disintegrationenergy）（1）结合能：核子结合成原子核时放出一定的能量，原子核分解成核子时吸收一定能量，这种能量叫结合能.（等于分离能）（2）质量亏损：核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，叫做质量亏损。Am=?前-?后（3）爱因斯坦质

32、能方程：E=m*,这就是爱因斯坦的质能方程。质能方程的另一个表达形式是：AE=Amc2。（4）核能计算：（注意单位）应用公式AE=Amc2时应选用国际单位，即AE的单位为J,Am的单位为kg,C的单位为m/s1u相当于931.5MeV,其中u为原子质量单位：1u=1.660566X1027kg,lMev=106ev,leV=1.6X1019J应用公式AE=931.5Am时，AE的单位为兆电子伏（MeV）,Am的单位为原子质量单位七.重核的裂变与轻核的聚变普林斯顿2391 重核的裂变（原子弹、核电站的原理） 所谓重核即为质量数A很大的原子核裂变方程式例举：235190136192U0n38Sr5

33、4Xe100n 重核俘获一个中子后分裂为两个或几个中等质量数的原子核的反应过程叫重核的裂变。在裂变的同时，还会放出几个中子和大量能量铀235裂变时，同时放出23个中子，如果这些中子再引起其他铀235核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，释放越来越多的能量，这种反应叫链式反应（原子弹的原理）核反应堆是人类对核裂变能的利用。铀235核能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积.链式反应条件：纯铀235;达到临界体积核反应堆的构造：A.核燃料一一用铀棒（含235U3%-4%勺浓缩铀）B.减速剂一一用石墨、重水（笊）或普通水（29325U只吸收慢中子）C.控制棒一一用镉或硼做成（镉吸收中子的能力

34、很强）D.冷却剂一一用水或液态钠（把反应堆内的热量传递出去）E.建很厚的水泥防护层屏蔽射线，还要考虑核废料的处理。2轻核的聚变（氢弹的原理）优点：产能效率高，燃料的储量丰富，安全清洁，废料少易处理。 所谓轻核是指质量数很小的原子核，如氢核、氘核，锂核等 轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程叫做轻核的聚变，同时放出大量的能量方程：23412H+1Hf2He+0n轻核聚变条件：只能发生在超高温（需要几百万度高温）条件下，故轻核聚变也叫热核反应（在太阳内部、原子弹的爆炸、激光聚焦才能达到这样的高温）。氢弹爆炸时靠原子弹提供高温。受控热核反应：是人类对聚变能的利用，使得巨大的热核反应能量不以爆炸的形

35、式释放，而是在人工控制下逐渐释放出来，并加以利用。因为海水中含有大量的氘，所以人们希望研究可控热核反应发电。八粒子和粒子加速器普林斯顿2371 .粒子除氢原子外，所有原子的原子核由质子和中子组成，原子核外环绕着电子，中性原子中电子数=原子核数=质子数；理论预言的很多粒子相继被发现，我们已知道100多种基本粒子，有些不能再分；现在大多数人认为物质由夸克（quark）组成，夸克带电为-?；?或?夸克共有6种，质子、中子均由3个夸克组成。人们使用粒子加速器的实验事实来检验物质本质理论的正确性。1934年，汤川秀树（日本）预言了质量介于质子和电子之间的一种粒子，称为介子（meson）;介子有带正电，带

36、负电和不带电三种；汤川秀树描述的是负？加子。？加子（？，？，？钟的质量为电子质量的270倍，但不稳定，？价子能衰变成？价子（muon）。U粒子的质量比中子大，是质子质量的十倍。反粒子与正粒子相比，质量相同，电量相反。例如：正电子的反粒子是电子。以上这些粒子通常当做基本粒子，但它们仍可再分。例如：中子离开原子核会衰变成质子和电子。根据动量守恒和能量守恒定律可知，存在静止质量为零的中微子。1931年，泡利提出中微子假说。1956年，实验上观察到中微子。基本粒子中的光子，运动速度为光速，静止质量为0.能量由电磁波的频率决定。（E=hf）?介子用一个中微子与电子联系；？粒子比？介子重，通过中微子进行变

37、换，它们都有反粒子。2 .粒子加速器粒子加速器在研究原子核是起着重要作用。入射粒子能量越大，它轰击靶核产生的产物可以帮助物理学家研究原子核结构和构成原子核的粒子。这种轰击使人们发现了基本粒子。电子和质子常被用作入射粒子，它们能被加速到MeV（106）或GeV（109）级。范德格拉夫发明了静电直线加速器，使带电粒子沿直线运动，直线加速器有一系列的柱形电极，带电粒子通过柱形电极的加速电场后被加速。范德格拉夫起电机示意图园城.加速舞摘期口 =为了避免长的加速轨道，我们建造了环形粒子加速器-:电场是带电粒子被加速，磁场使带电粒子旋转。1932年，劳伦斯发明了回旋加速器，第一个环形加速器回旋加速器的两块D形盒位于强磁场中，中间为空，两边为电极，带电粒子在D形盒中间被加速。加速电场由高频交流电产生。磁场让带电粒子旋转，粒子绕电极100次，可获得数百万电子伏特的能量。粒子在两电极间被加速，由于速度不断增加，只有增大回旋加速器的半径，才可以保证粒子通过电场的时间保持不变。当质子的能量被加速到100万eV时，会有相对论效应，随着速度增大，质量变大，运动时间变大。可以通过改变交流电的频率来弥补质量变化。考虑以上两种效应，我们建造了同步回旋加速器，它由一个匀强磁场和一个交变电场组成，交变