核物理分析方法.ppt

二、质量和结合能按质量守恒定律，应该的质量实际是mN：核质量；mp：质子质量；mn：中子质量；B：质量亏损。核子在结合成原子核时，要放出一定能量，称为核结合能。亏损质量转化成这种质量。根据相对论，能量和质量可以相互转换。质量为m的物质具有的能量为：E=mC2。原子的质量一般用原子质量单位u来表示。规定12C的质量为12.000000u，1u=1.66056510-27Kg，质子质量mp=1.00728u，中子质量mn=1.00866u。1u物质具有的能量为931.5MeV。,三、同位素同一元素中质子数相同而中子数不同的原子，互称同位素。如：一种元素的同位素有的是稳定的，有的是不稳定的。不稳定的可以通过蜕变辐射出射线，即为放射性同位素。如是稳定的，是放射性同位素。,四、动量矩原子核具有自旋运动，自旋角动量（动量矩）为：约化普朗克常数；I：自旋量子数；在任一方向的含量为。mI：为磁量子数，即在空间有2I+1个可能取向。,五、原子核磁矩,核磁矩：为旋磁比，g为朗德因子，e为电荷，mP为质子质量。与玻尔磁子类似，定义：用核磁子表示自旋量子数为I的核磁矩：在磁场H中，与H的相互作用能,六、电磁极矩原子核实际占有一定空间，其电荷一般呈旋转椭球状分布，出现电偶极子。,第二节放射性蜕变和同位素的应用,一、放射性蜕变定义：同位素自发地放射出高能射线而变成另外一种元素（的核）。1、蜕变规律原子核数：蜕变系数：越大，蜕变越快。2、蜕变类型（1）、蜕变：原子核发射粒子（氦核），蜕变为原子序数减少2，质量数减少4的另一种核。（2）、蜕变：三种情况1、蜕变：核中一个中子转变为质子，放出一个电子，蜕变为原子序数增加1的新核：,2、蜕变：核中一个质子转变为中子，放出一个正电子，蜕变为原子序数减少1的新核：3、电子俘获：原子核俘获一个核外电子，蜕变为原子序数减少1的新核：,（3）、蜕变：在激光态的核辐射出射线而由不稳定成为稳定的基态，此为蜕变。射线是光量子。蜕变时，质子数A和荷电荷数Z不变，只有能量状态发生变化。,蜕变和蜕变后形成的新核一般都处于激发态。所以都伴有蜕变，也可以用高能射线辐照使其受激。3、射线的能量分布能量和寿命不能同时具有确定值。能量是在一个中心值周围宽度的统计分布。满足测不准关系：为寿命。所以，同位核素源辐射的射线的能量不是单值的，呈现一定的分布，其半高度处的线宽为。,二、应用主要用于合金中的扩散，原子间的相互作用，元素的局部分布等。,例：碳在铁中的扩散。在纯铁试样端面（x=0）沉积，经退火、扩散将试样沿斜面切开，将底片覆盖在切面上，经过一定时间感光后取下冲洗，用显微光度计测量底片的黑度分布，按边界条件解碳浓度的解析式：,D为扩散系数，x为距离，t为时间。取对数根据黑度分布，作直线，斜率为，由此得D。,第三节核磁共振及应用,一、原理将试样置于静磁场中，核磁矩与作用，形成2I+1个能级。根据能量跃迁选择定则：,只能由（外）、（内）组成。在垂直于的方向上加一个交变磁场（较弱），其角频率为。当满足时，即交变场的能量量子等于核磁矩可能发生能量跃迁的两个能级间的能量差。核磁矩将吸收的一个能量子而跃迁至较高能级。此时，交变磁场能量被试样强烈吸收，称为共振吸收，即核磁共振。可以固定的强度，改变频率;也可固定，改变的强度来满足共振条件。,二、主要参数NMR线型指吸收强度与射频场频率（在固定Hex的条件下）关系曲线的形状。或者吸收强度与静磁场强度（固定）关系曲线形状。,NMR线型是一些分立的单线，称其为nmr谱线。谱线有一定宽度，由测不准关系得：线型函数：液态金属：,固态金属：T2为横向驰豫时间。图7-6，P151为纯铝的核磁共振吸收曲线。描述线型的参量：（1）半高宽：强度最大值一半处对应的频率差；（2）拐点宽：曲线拐点处对应的频率差；（3）面积S：为共振频率。,四、在金属材料研究中的应用1.测核内场：根据：与物质的磁化强度成正比。测后，可以得到有序固体自发磁化和亚晶格磁化的精确结果；可以得到饱和磁化强度与温度的函数关系Ms(T)，因为与磁化强度成正比。,2.研究合金中原子的局部环境和有序结构。因为二元合金中，两个元素的原子排列情况不同，便不一样，因而影响核能级的间距。通过共振吸收的分析，可以研究二元合金的有序无序转变。3.金属与合金的电子结构电子是核的最高耦合源，NMR线给出此作用，通过纵向驰豫的测量，确定电子的费米能。4.铁磁体磁畴结构NMR信号主要由畴壁的核磁共振产生，所以畴壁的自旋转动，畴壁随温度的重新排列，畴壁的极比