第16章-原子核物理.ppt

第16章，核物理，16-1核的基本特性，16-1-1核的组成，卢瑟福在1919年的实验中首先实现了核的人工破裂，发现了质子，并将其记录为p；1932年，英国物理学家查德威克在实验中发现了中子，并将其记录为n。原子核是由质子和中子组成的！原子核：质子、中子、核子半径：约0.810-15m，质子质量：中子质量：原子质量单位：定义：碳同位素12C的质量为12u，质子质量：中子质量：核素：x:元素符号。a:核素的质量(核数)。Z:原子核电荷(原子核内质子数)，如铝：A=27，Z=13，原子核的平均半径：飞米(FM)，氢原子核密度3360，16-1-2原子核的自旋和，原子核磁：质子的磁矩：中子的磁矩：负号表示磁矩方向与自旋角动量方向相反。16-2原子核的结合能核力，16-2-1原子核的结合能，质量损失：原子核结合成核后的质量损失。相应的能量值：结合能：比结合能：比结合能大，原子核越紧密结合，原子核越稳定。A=60:结合能最大值，中核裂变轻核聚变，能量释放，16-2-2核力，核力：原子核之间的相互作用。核力的几个重要特性：自然界最强大的基本力之一，交互强度是电磁力的100倍以上，也称为强相互作用。核力是工作半径约3fm的短距离力。核力与电荷无关。无论(p-p)、(p-n)或(n-n)的作用如何，核力的作用特性都相同。核力的大小与参与相互作用的原子核的相对自旋方向有关。量子电动力学指出电磁力是通过交换“光子”传递的。介子，1935年汤川树提出核力量是交换力的观点。(p-p)，(n-n)角色：介子，(p-n)角色：介子，16-3原子核的稳定性和放射性，16-3-1原子核的稳定性，16-3-2放射性，3种射线：射线(氦核束):最渗透性差，约0.01毫米厚的铅薄片可以阻止其穿透。射线(电子束):透射力稍强，可以穿透0.1mm厚的铅板。射线(光子束):渗透能力最强，可以穿透约100mm厚的铅板。放射性衰变遵循能量守恒、动量守恒、角动量守恒、电荷守恒、核守恒等几个基本物理定律。衰变条件：衰变条件：衰变之前，原子核原子的质量必须大于衰变后原子核原子和氦原子的质量之和。例如：衰变：(1)衰变：原子核释放负电子，如，(2)衰变：衰变中原子核释放正电子，如，(3)电子俘获(k捕获)例如：如何解释光线的连续能量谱？中微子假说：在衰变中释放每一个电子的同时，也释放出中微子(轻的中性粒子)。三种衰变的一般形式：中微子特性：没有带电；质量几乎为零。自旋量子数为1/2。衰变：射线是高能电磁辐射。衰变：Y*表示这里的原子核。例如：16-3-3放射性衰变规律半衰期，放射性衰变规律：衰变常数，可积分：越大，衰变速度越快。半衰期计算：半衰期定义(T1/2):放射性核素减少到原来数量的一半所需的时间。半衰期：反映了放射性核素稳定性的物理量。平均寿命():描述放射性核素衰变速度的物理量。，在，在，在，在，结论：平均寿命后，剩余核素的数量约为37%。放射性活性(a):放射性物质在单位时间内衰变的原子核数。贝克(Bq)，(每秒发生核衰变)，居里(Ci)，夜光表中放射性物质的放射性活动度：4104Bq，用于治疗癌症的放射性活动度约为41013Bq，单位：例1放射性元素镭的半衰期为1600年，(2) t=0时，如果样品包含3.01016个镭核，则从2000年开始对放射性活性进行试验测定。分解，16-3-4放射性辐射的生物影响，辐射剂量测定：定量说明辐射对活组织的影响的方法。吸收量：单位质量吸收物质的平均能量。吸收量的国际单位制：高射线(gray，Gy)、吸收量的一般单位拉德(rad)、相对生物学效果(RBE)、多种辐射的RBE值、等效剂量：测量射线的生物效果和危险度的辐射量。等效剂量(Sv)=RBE吸收剂量(Gy)、西沃特斯(Sv)、等效容量(rem)=RBE吸收剂量(rad)、耶(rem)、1rem=，辐射暴露专家：5年内，年均有效限度剂量为20mSv；任何年份都不能超过50mSv。16-4原子核裂变和聚变，16-4-1原子核裂变，A=240，7.6MeV，A=120，8.5MeV，比结合能差：0.9MeV，发射能：裂变反应式：(k=1，2，)，典型反应式：2分割转移：分割为两部分。3分钟分裂：分成3块。平均一个铀核裂变产生2.5个中子。连锁反应：16-4-2核聚变：有一个过程，当两个或多个轻原子核结合成重原子核时，能量释放出来。目前实验室正在研究的核聚变反应：核聚变核平均：3.6MeV，裂变核平均：0.85MeV，Ek=0.610-13J，根据经典理论：引发核聚变反应(热核反应)的一般