《原子核的大小》PPT课件

第六章原子核物理概论,6.1.原子核的基本特征6.2.原子核的结合能6.3.核力6.4.核结构模型6.5.放射性衰变规律6.6.衰变6.7.衰变6.8.衰变（跃迁）6.9.核反应6.10.核裂变和核聚变,6.1.原子核的基本特征,原子核的组成原子核的大小原子核的自旋和磁矩,6.1.1.原子核的组成（1）,原子核由质子和中子两种粒子组成质子带一个单位正电:e中子不带电质子和中子的质量相差甚微质子和中子统称核子,6.1.1.原子核的组成（2）,原子核的表示方法X：对应的元素符号核内质子数ZA：核质量数（核子数）=Z+NZ：核电荷数，核内质子数N：核内中子数,6.1.1.原子核的组成（3）,核素：代表一个特定的核素例：三种不同的核素天然核素：340多个人造核数：1600多个共计2000余个同位素：Z相同，A不同的核素例：H的三种同位素,氘(D),氚(T),6.1.1.原子核的组成（4）,同中子素:中子数相同，A和Z不同例：同量异位素:A相同,Z,N不同例：同质异能素：相同质子数Z和相同中子数N，但能量状态不同的核素，指处于激发态和基态的核素,6.1.2.原子核的大小(1),原子核半径上限:米散射实验测得原子核半径与质量数原子核的密度是常数,=1亿吨/厘米3,核物质是密度很高、不可压缩的“液滴”,6.1.3.原子核的自旋和磁矩(1),原子核基态总角动量(核自旋)质子和中子的轨道角动量和它们自旋角动量的矢量和i:自旋量子数:整数或半整数偶数质量数A的原子核的i值都是整数，奇数质量数A的原子核的i值都是半整数核自旋的Z分量,6.1.3.原子核的自旋和磁矩(2),核自旋原子核磁矩核磁矩z分量原子磁矩核磁矩原子总磁矩忽略核磁矩,核磁子,核g因子,只能由实验测得数值有正有负,6.1.3.原子核的自旋和磁矩(3),核磁矩I在外磁场B中的磁能考虑核自旋后,原子的总角动量,ji，有2i+1个态j0吸能反应:Q0:放能反应,6.9.3.Q方程(3),核反应Q方程(1)动量守恒,6.9.3.Q方程(4),核反应Q方程(2)已知Ki,测量Kl,QQ方程的另一形式(1),已知Ki,QKl(),6.9.3.Q方程(5),阈能(1)激发原子核反应的入射粒子必须具有的最低能量.Kl()中的根号u2+w0放能反应:w0u2+w0无阈能吸能反应:w0吸能反应的阈能:Ki的最小值Ki的最小值满足:u2+w=0,6.9.3.Q方程(6),阈能(2)=0Ki达到最小值吸能反应的阈能,6.9.3.Q方程(7),阈能(3)例,吸能反应,若要引起此反应,粒子能量(阈能)至少为,6.9.4.反应截面(1),有效面积靶子内每个原子占有一个有效面积,入射粒子打在内一定发生反应.总有效面积薄箔靶,厚t,面积A,数密度N;入射(出射)粒子数ni(nl)总有效面积:N(tA)一个入射粒子打到面积A的靶上和一个靶核发生反应的几率,6.9.4.反应截面(2),核反应截面具有面积的量纲单位:靶(b);,6.9.4.反应截面(3),例=2mb,t=0.2mm,ni=1010个/cm2.s,=2.7g/cm3nl=?N=/(A/N0)=2.7/(27/6.02x1023/cm3)=6.0 x1022/cm3nl=Ntni=2.4x104/(cm2.s),每一百万中子进去2.4个光子出去,6.9.5.复合核反应(1),核反应模型理论类似核结构模型,现仍主要依靠一定的实验事实基础上建立起来的各种维象模型,对核反应作维象的描述.各种模型可以反映原子核反应的某些方面的特征.维象模型不从第一性原理,依靠一定的实验事实基础上建立起来的模型,6.9.5.复合核反应(2),复合核反应理论复合核的形成入射粒子先与靶核形成一个复合核复合核衰变一定时间后,某个粒子或粒子团获得足够的能量逃出复合核,6.10.核裂变和核聚变,核裂变裂变机制裂变能量及其利用轻核聚变高温等离子体约束,6.10.1.核裂变(1),核裂变一个重核分裂成为两个质量相当的中等核例核裂变释放出大量能量例:平均结合能:236U:7.6MeV;144Ba,89Kr:8.5MeV一个236U分裂为144Ba,89Kr释放能量(144+89)*8.5236*7.6200MeV,放射性,6.10.2.裂变机制(1),形成复合核中子被核俘获复合核裂变(1)复合核裂变的激活能裂变过程圆形椭球裂变需克服激活能裂变条件(1)入射中子和235U结合时所放出的结合能BU,n加上入射中子动能En的一部分(另一部分转为复合核的动能)大于236U的激活能Ef,6.10.2.裂变机制(2),复合核裂变(2)裂变条件(2)证明:,入射中子动能En的一部分,复合核,6.10.2.裂变机制(3),例235U与238U(1)天然铀内,235U占0.7%;238U占99.3%235U热中子(能量较低,90%);中子类型:快中子反应式问题:中子从裂变材料表面逃逸解决方案:裂变材料大于临界体积控制:两块裂变材料小于临界体积,和大于临界体积,快中子,6.10.4.轻核聚变(1),轻核聚变将两轻核(氘)聚在一起,放出能量优点:无污染(放射性),原料丰富例:产物无(或很少)放射性(比较)核裂变产物有强烈放射性,6.10.4.轻核聚变(2),轻核聚变的条件(1)将两氘核聚在一起,需克服库仑斥力能若用热运动克服此斥力考虑量子隧道效应和热运动统计分布,T可适当下降等离子体,所有原子都电离,物质的第四态,6.10.4.轻核聚变(3),轻核聚变的条件(2)轻核聚变的条件高温劳逊判据:等离子体密度n和存在