第29章 核物理和粒子物理ppt课件

.,第29章核物理和粒子物理,教学基本要求一、理解原子核的组成，掌握质量亏损和结合能的计算；二、理解核衰变的几种类型，掌握核衰变的规律；作业：,.,29.0概述,原子核物理学是研究原子核的结构、特性及其相互转变的科学。从1896年贝克勒尔发现铀原子的放射性和1911年卢瑟福提出原子核型结构之后，经过大半个世纪的探索和研究，核理论和核技术得到了飞速的发展，导致了原子能和同位素的应用。在医学上，放射性同位素已用于对疾病的诊断、治疗和研究，形成了专门的学科-核医学。,.,29.1原子核的基本性质,29.1.1原子核的组成、质量和大小一、原子核(又称为核素)的组成-由质子和中子组成。质子以p表示，带正电，电量为，质量为，用原子质量单位表示为1.007276u；中子以n表示，不带电，质量为，用原子质量单位表示为1.008665u.,.,二、原子核的表示-核素种类很多，通常表示为,电荷数是质子的个数，等于原子序数,核素,质量数是质子数和中子数的总和,三、原子核的大小,.,四、同位素、同量异位素和同量异能素-质子数相同而中子数不同的核素叫同位素，在元素周期表中占据同一位置，化学性质相同。如-质量数相同而质子数不同的核素叫同量异位素，如-质量数和原子序数相同而处于不同能态的核素叫同质异能素，通常在元素符号右上角标以m，如,五、核力-核子之间的相互作用力，不是电磁力，不是万有引力，是短程力，是强吸引力，具有饱和性。,.,一、质量亏损-由质子和中子组成的原子核的质量小于质子和中子的质量和，二者之差称为质量亏损。,二、结合能-由相对论的质能关系知，质量变化有对应的能量变化，核子组成原子核时的质量亏损以能量形式放出，这个能量称为结合能。结合能与核子总数之比称为比结合能。,(17-1),(17-2),1u的质量亏损对应931.5MeV的结合能,17.1.3质量亏损和结合能,.,例17-1已知的原子质量为235.11700u，试计算其质量亏损、结合能、比结合能。,解：原子核的质量等于原子质量减去电子质量，的A=235，Z=92，电子有92个，所以它的质量为,.,17.2原子核的衰变类型,核衰变-放射性核素自发地放射出某种射线而变为另一种核素的现象。放射性核素分为天然放射性核素和人工放射性核素两种。-核衰变过程遵守电荷守恒、质量守恒、能量守恒、动量守恒和核子数守恒。-核衰变有三种类型，衰变、衰变、跃迁和内转换。,.,原子核放射出高速粒子流(射线)而衰变为另一种原子核的过程。-粒子就是氦核()，由两个质子和两个中子组成。衰变前的原子核称为母核(母体)，衰变后的原子核称为子核(子体)。衰变的位移定则为,衰变能,子核,母核,17.2.1衰变,.,原子核放射出高速电子流(射线)或高速正电子流(射线)或俘获一个核外电子而衰变为另一种原子核的过程。-粒子就是负电子()，粒子就是正电子()。,1.衰变的位移定则为,17.2.2衰变,.,2.衰变的位移定则为,3.电子俘获的位移定则为,衰变能,子核,母核,(17-6),中微子,.,处于激发态的放射性核素向低能态跃迁，有时不是放射出光子，而是把能量交给核外电子，使电子飞出，这种过程称为内转换。,当放射性核素处于激发态时，它将放射出光子(射线)并从激发态跃迁低能态或基态，这一过程称为跃迁。射线是一种波长比X射线更短的电磁波，在衰变、衰变的过程中都伴有跃迁。跃迁属于同质异能跃迁，子核和母核相同。跃迁可表示为,(17-7),17.2.3跃迁和内转换,.,(17-8),衰变常数反映核素衰变的快慢,17.3.1衰变规律-对于某一个原子核，无法确定它何时衰变，对于数量很多的原子核，衰变情况符合统计规律。,t时刻有核N个，在dt时间内因衰变而减少了dN个。dN与N、dt成正比,整理并积分得,17.3原子核的衰变规律,.,17.3.2半衰期核的数目因衰变减少到原来的一半所经历的时间，用表示,平均寿命-一个核在衰变前存在的时间叫这个核的寿命，个核在衰变前平均存在的时间叫这种核素的平均寿命，用表示。,时间内有个核衰变，即这个核的寿命为，它们的总寿命为.,.,将个核的寿命加起来除以，即得这种核素的平均寿命,平均寿命与半衰期的关系为,生物半衰期和生物衰变常数-人体内的核素由于代谢而排泄出体外使核素的数目减少。,.,-单位时间衰变的原子核的数目，称为放射源的放射性活度或放射性强度，用A表示。,(17-12),(17-13),放射性活度的SI制单位：贝克勒尔，用Bq表示。,曾经用,29.2.3放射性活度(放射性强度),.,例29.2已知镭的半衰期为1600年，求它的衰变常数和1克镭的放射性活度。,解：由式(11-10)可得衰变常数为,镭的质量数为2