第十四章 原子核与放射性.ppt

原子核与放射性 14 1原子核的结构和性质 一 原子核的组成 质子和中子统称为核子 原子核由Z个质子和个中子构成 原子核通常用质量数 A 和电荷数 Z 来表示 若某化学元素符号用X来表示 则该原子核表示为 1 同位素 Z相同而A不同的原子核称为同位素 同位素有稳定同位素和放射性同位素之分 核素 Z和A都相同的原子核称为某种核素 2 同量异位素 A同而Z不同的原子核 居里 居里夫人 原子核按组成分为三类 3 同中子异位素 N同而Z不同的原子核 二 原子核的大小和形状 1 原子核的大小 原子核的半径大约10 14 10 15m 是原子半径的10 4 10 5倍 实验指出 核的体积正比于质量数A 若把原子核看作球体 则 在所有原子核中 核物质的密度是相同 2 原子核的质量 原子核的电荷和质量 原子核的质量等于原子的质量减去核外电子的质量 由于核外电子的质量极小 原子核的质量与原子的质量相差极小 原子核的质量等于质子的质量加中子的质量 表20 1几种同位素的原子质量 原子核的电荷和质量 原子核的大小和形状 例 计算原子核物质密度 解 设原子核的质量 半径和密度分别为m R和 原子核的大小和形状 15 2原子核的放射性衰变 原子核既然是由质子和中子组成的 它的质量就应等于所有质子和中子的质量之和 1 原子核的结合能 根据爱因斯坦质能关系 可得原子核的结合能 mx Zmp A Z mn 但实验测定的原子质量mx总是小于所有核子质量之和 这一差值称为原子核的质量亏损 m Zmp A Z mn mX 质子和中子组成核的过程中 有能量 E释放出来 反之 要使原子核再分解为单个的质子和中子就必须吸收 E的能量 氘核吸收 E能量后分解为质子和中子 E 氘 质子 中子 E m c2 Zmp A Z mn mX c2 原子核的结合能 爱因斯坦 原子结合能的计算 一原子质量单位 具有能量 质子质量 中子质量 核子平均结合能 原子核的结合能 例 核子平均结合能 原子核的结合能 表20 3原子核的结合能 原子核的结合能 核子的比结合能越大 原子核就愈稳定 原子核的结合能非常大 所以一般原子核都是非常稳定的系统 然而 不同原子核的稳定程度不同 每个核子的平均结合能称为比结合能 原子核的结合能 a 中等质量原子核的核子平均结合能较大 8 79MeV 8 47MeV 8 75MeV b 轻核和重核的核子平均结合能都较小 2 83MeV 7 5MeV 7 56MeV 原子核的结合能 2 核力 原子核由Z个质子和个中子构成 是一种什么力使质子与质子 质子与中子 中子与中子紧紧地束缚在一起 是电磁力 不是 质子带正电 在的线度范围内 斥力是很大的 中子又不带电 不可能是电性力使质子与中子聚集成原子核 是万有引力 更不是 万有引力太小 它仅是电磁力的 研究发现 是一种叫作核力的强相互作用力 d 核力近似地与核子是否带电无关 在质子与质子间 质子与中子间 中子与中子间 核力的大小和特性都大致相同 核力和介子 核力具有 饱和 作用 即一个核子只能和它紧邻的核子有核力相互作用 而不能与核内较远的核子有核力相互作用 b 核力是短程力 只有核子间的距离为几个fm 约2fm 之内 核力才显示出来 a 核力比电磁力强100多倍 是强相互作用力 核力的性质 14 3核衰变规律 1 放射性衰变 如 重原子核的裂变和轻原子核的聚变都是在一定条件下完成的 事实上绝大多数原子核的同位素不稳定 会自发地衰变为另一种同位素 同时放射出各种射线 1 衰变 自发放出氦核 居里 居里夫人 衰变 衰变 电子俘获 K俘获 放出电子 反中微子 当原子核内的一个中子转变为质子时 放出一个电子和一个反中微子 放出正电子 中微子 当原子核内的一个质子转变为中子时 放出一个正电子和一个中微子 2 原子核的放射性衰变 原子核的放射性衰变 2 放射性衰变定律 2 半衰期T1 2 1 原子核的衰变服从一定的统计规律 设在tt dt时间内有dN个原子核发生衰变 dN与当时存在的原子核数N成正比 与时间dt成正比 dN Ndt 负号表示原子核数目在减小 N N0e N0为t 0时刻原子核的数目 表20 4几种放射性同位素的半衰期 原子核的放射性衰变规律 放射性原子核的指数衰变规律 原子核的