第九章原子核和基本粒子简介PPT课件

.第1，9章原子核和基本粒子介绍，9.1原子核的基本特性，1 .原子核的电荷，原子核带正电荷，原子核的电荷数是这种化学元素的原子序数，等于中性原子的核外电荷数。由质子和中子组成的原子核的组成。质子带正电荷，中子不带电荷。质子和中子统称为核。原子核的自旋是二分之一。质子(p)、中子(n)的质量：原子质量单位、2，3。原子核的质量，原子核的质量可以由原子质量计算，也可以由原子核的数量计算。原子的质量=原子核的质量所有电子质量所有电子结合能的数值(可以忽略)。核的质量=所有核的质量-所有核结合能的值。使用原子质量单位，原子(核)的质量接近原子(核)的质量数，称为a的整数。他们的化学和一般物理特性几乎相同，但核特性完全不同！3，4。原子核的大小和形状，原子核的形状一般是椭球体，其长短半轴的比例一般不大于5/4，大致可以看作球形。原子力四极矩是核脱离球体的尺度。核密度几乎是常量，核密度很大的实验得出的核半径的实验公式。5 .核自旋和核磁矩，核自旋质子和介子是自旋角动量量子数的二分之一的费米子。原子核的角动量是中子的自旋、质子的轨道和自旋的总和。习惯上也称为原子核的自旋。核自旋角动量：4，I:核自旋角动量量子数。整数或半整数。实验结果：奇偶核(中子和质子的数量都是偶数)自旋0；奇偶核自旋为半整数。奇-奇核自旋为整数；核磁矩，g由实验确定，有正负。5，6。描述了原子核的统计特性和奇偶、统计特性：同粒子交换时波函数的对称性。两个原子核相互交换，很快两个原子核交换一个原子核。每次交换核时，系统波函数会改变符号(核是费米子)，更改符号的总更改次数(-1)A。对于质量数a为奇数的核心，交换两个核心会改变系统波函数符号。也就是说，这个核是费米。对质量数a为偶数的核心交换两个核心，系统波函数符号保持不变。也就是说，这个核是玻色。奇偶性：描述空间反向演化中微观粒子系统状态的波函数奇偶性的物理量。(x，y，z)=(-x，-y，-z)(偶数奇偶校验)(x，y，z)=-(-x，-y，-z)(奇数奇偶校验，6，在电磁和强相互作用下，隔离系统的宇名不从偶数变为畸形或奇袭。-保留友名。在弱交互中，yuming没有保留。1956年李正和杨振宁提出，1957年冲绳崩溃的实验证明了这是现代物理学史上的重大突破。1957年，李和杨获得了诺贝尔奖。6.原子核的结合能，中核由质子和中子组成。质量损失：核质量和核质量的差异。原子核结合成核时损失的质量以能量的形式释放。-核的结合能量。以原子质量计算结合能(忽略电子结合能):每个原子核的平均(比)结合能：58.163/9=6.463Mev，原子核的结合能越大，原子核就越稳定。中等质量核(A=40-120)的结合能量约为8.6Mev，核稳定。质量数小于30的型芯连接可以具有周期变化，其中a为4的倍数。质量数超过30的核，平均耦合显示出核力的饱和率可能不会发生很大变化。8，历史回顾核心人物H.Becquerel，法国物理学家(1852-1908)，1903年获得诺贝尔奖。发现铀辐射现象是人类历史上第一次在实验室观察核现象。9，历史回顾主要人物M.Curie，法国物理学家(1867-1934)，波兰，1903年获得诺贝尔奖。钋发现(Po)和镭(Ra)；她的女儿(I.Joliot-Curie，1897-1956)和女婿(F.Joliot-Curie，1900-1958)因发现人工辐射而获得了1934年的诺贝尔奖。，10，历史回顾主要人物E.Rutherford，英国物理学家(1871-1937)，新西兰人，1908年获得诺贝尔奖。已确认a射线为He2，b射线为电子。提出了原子的核模型。人工核反应的首次实现；培养出了10名诺贝尔奖获奖者。11，历史回顾重要人物J.Chadwick，英国物理学家(1891-1974)，1935年被发现为中子，获得诺贝尔奖。中子的发现被认为是核物理学的诞生。12，历史回顾主要人物E.Fermi，意大利物理学家(1901-1954)，1938年获得诺贝尔奖。发明了热中子链反应堆。13，历史回顾主要人物R.L.Mossbauer，德国物理学家(1929-1976)。1961年因对辐射的共振吸收研究和发现的Mossbauer效应而获得诺贝尔物理学奖。14，历史回顾重要人物，李程，杨振宁在弱相互作用下发现了友谊没有保存，并通过吴建雄的实验确认。15，历史回顾重要人物丁肇中，(1936-)和B. Richter，(1931-)分别通过发现j/粒子发现了美夸克存在的证据，1976年获得诺贝尔奖。16，9.2核的放射性崩溃，1896年：贝克雷尔，铀的放射性现象；1898年：居里夫妇，波，拉；1934年：人工放射性。不稳定的核自发地变成其他状态或其他核，释放出一些射线，这种现象称为核的放射性衰变。I .核的放射性衰变，主要模式：放射性衰变，电子，x射线，19世纪末叶的三个重要发现揭开了现代物理学的序幕。17，2。衰变，放射性核自发发射粒子并转化为其他核的过程。方程式表示如下：在衰变过程中，母核将内部能量的一部分转化为子核和粒子动能，这种能量称为衰变能量(Ed)。母核原子的质量必须大于子核和氦原子的质量之和，才能发生衰变。一般发生在中核。18，粒子能谱，原子核中发射的大部分粒子的能量构成了由多个分离值组成的分离粒子能谱，而不是单一的。实验结果表明，衰变能量也可以计算为实测粒子的动能。对放射性现象的研究是了解原子核内部状态的重要方法之一。19，衰变机制，粒子脱离原子核的方法很难用古典论解释。在原子核中，粒子被核力吸引(负势能)；在原子核中，粒子被库仑力排斥。在核表面形成路障。基准高度估计：(r0=1.2fm，E2=1.44 mev)；实验结果粒子动能为4.2MeV，远远低于屏障。只有通过量子隧道效应才有逃生的可能性。20，3。衰变是原子核电荷数变化，原子核数不变的核衰变。主要是：-衰变，衰变，k捕获，1-衰变能谱和中微子假设，-衰变放出负电子，原子核变成原子数增加1的原子核。原子核的内部能量是量子化的，而发射电子的能量是连续的变化吗？电子不是核家族的成员，衰变放出的电子来自哪里？21，1930年，布莱斯推出了中微子家庭。放射性物质崩溃时，除发射的粒子外，还会发射中微子，因为其静止质量几乎为零，所以称为中微子。衰变能量：衰变可以在电子和中微子之间随机分配！当时已知的基本粒子只有电子和质子。1932年发现了中子，海森堡提出原子核由质子和中子组成。1934年，费米提出了衰变理论。-衰变是原子核的中子变成质子，释放电子和中微子。1956年，中微子被实验发现。22，2-同时发射原子核中子转换成质子的衰变和电子和反中微子。衰变能量，衰变条件：3。衰变，在原子核中质子转换成中子，同时释放正电子和中微子。只在人工辐射物中出现。，崩溃能量，23，原子核捕捉原子核外k层的电子，原子核内的质子变成中子，释放中微子的过程。4.k电子捕获，4 .衰变，原子核释放光子，从这里的状态转移到更低的能量状态的过程。T - t dt时间内发生核衰变的原子核数是dN，与t=0时间，核数N0，积分：衰变常数，原子核在单位时间内衰变的概率等有关。半衰期，t:原子核数减少到原来数的一半所需的时间。25，如：平均寿命：放射性物质崩溃时，部分核先，部分核后，也就是说，有些核寿命短，有些寿命长。平均寿命：26，9.3核力和介子，I .核力的特性，原子核核心之间的作用力不能是电磁力和重力。是一种强大的相互作用力。1.核力是比电磁力更强的相互作用。2.核力是短距离力。3.核力具有饱和性，一个核只对相邻的多个核有作用力，27，2。核力的本质核力的介子论，1。电磁力生成机制从古典电子的角度来看，带电粒子之间的相互作用是由电磁场传递的。从量子场的角度来看，带电粒子之间的相互作用是通过电磁场的量子“虚拟光子”的交换而产生的。如果交换的光子在传播过程中，系统将光子能量变为可观测等三个粒子，则能量不会保留。根据不确定性关系，所有可观察的过程都会满足：相反，相应的过程不能观察。允许不可观测过程在时间内可能存在的最大能量不确定性值。在这个不可观测的(“虚拟”)过程中，能量的偏差不是能量守恒定律的破坏。28，如果虚拟粒子在设定的时间内传播，则在不可观测的虚拟过程期间内最大能量传递：虚拟粒子的质量，例如向虚拟粒子的静态能量，考虑电磁相互作用，力的范围是无限的，相应交换粒子的质量，光子准确地满足此要求。光子是电磁相互作用的载体。2 .核力的介子论，1935年，日本年轻物理学家汤川树提出了一个大胆的假设，即电子吸收和释放光子，核也吸收和释放任何粒子。这个粒子的交换伴随着能量和动量的移动，导致两个原子核之间的相互作用。原子核之间的距离，例如：，29，质量称为质子和电子之间的介子。据中间人的进一步研究，有两种：阳电、负电、佛电。1947年在宇宙射线中发现了介子，质量为273me.1949年汤川树获得了诺贝尔物理学奖。1950年，介子是264meC .以f鲍威尔(英国人)的质量开发了研究核破坏过程的照片乳胶记录法，发现了各种介子，获得了诺贝尔物理学奖。30，9.4核反应，放射性核衰变是不稳定核的自发转换，这是向具有一定能量的粒子轰击核，释放某些粒子，转变为新核的过程。研究核反应的重要目的之一是获得核(裂变能量，核聚变能量)。第一，核反应的一般规律，1 .几个著名的核反应于1919年由卢瑟福完成。这是人类历史上第一次人工实现“占卜手术”:把一个元素变成另一个元素。31，1932年，英国考克勒和瓦尔顿发明了高压排水器，将质子加速到500千电子伏特，释放的粒子各有8.9MeV动能。输入能量为0.5MeV，因此净输出能量为17.8MeV。这是核发射的一个例子。1932年，查德威克。此前，博斯、贝克尔和约里奥奎里夫妇两人都做了这个实验，但他们把中子理解为光子。，32，2。核反应的守恒定律，电荷守恒：反应前后的总电荷数不变，质量数守恒：反应前后的总质量数不变，质量守恒：反应前后的总运动质量不变，能量守恒：反应前后的粒子总能量守恒，动量守恒：即反应前后系统的总动量守恒，角动量守恒，虞卿，统计，统计。3 .核反应的机制，直接反应：入射粒子直接向核或核组传递能量，敲打核或核组。复合核反应：入射粒子和目标核形成复合核，复合核再次衰变。33，2，核反应中的能量关系，1。反应能量q，核反应释放的净能量。这等于反应前后系统动能的差异。Q，34，y1反应能量通过粒子的静态质量计算。范例2根据整地质量计算的q值。35，反应前后粒子耦合能量差异计算q，例3测试反应能量计算。已知的结合能：2h=1.112mev，6li=5.332mev，4he=7.074mev，上述核反应的反应能：(7.074 * 4 7.074 * 4)-(1.112，36，实验测量的粒子动能计算q，目标核冲击停止，E0=0。入射粒子和流出粒子2(经常是轻粒子)的动能测量。动量守恒：低能非相对论情况，反应能量：37，&也可以找到粒子的动能，就像被称为反应能q一样。此样式也适用于E3，只要调整了23指标。2 .反应阈值能量，刺激核反应的入射粒子应具有的最小动能。发射能量反应：原则上，入射粒子没有动能或可以反应，倒数可以为零。核衰变可以作为这种情况的特例。能量吸收反应：入射粒子动能E1具有上述(；E2具有(实数)值)。( 38，=0时，E1是最小-能量吸收反应的阈值能量。利用q和静态质量的关系可以进一步得到，只给入射粒子提供反应能量大小的动能，不足以产生能量吸收性核反应！39，例计算下一反应的阈值能量。解决方案：反应阈值能量：反应能量q可以考虑反应1:反应阈值能量：反应2:事实上，进入带正电荷的质子，将质子移动到原子核边缘所需的能量。40，反应1:入射质子有临界动能，核反应概率大。反应2:入射质子有临界动能时核反应概率很小。41，9.5原子能的利用是指核结合可以改变时释放的原子能。在结合能图中，中核和轻核的结合都低于中核，因此中核分裂和轻核融合都可以释放原子能。一、中核裂变，一。中子引起的铀裂变，1932年发现中子后，人们利用中子研究了各种核反应。1939年，哈、奎里等发现u碰撞后分裂成两个中等质量的核。这是一种新的核反应，称为核裂变。238U核裂变需要1.1Mev以上的快速中子。235U核裂变只需要0.025ev的慢中子，并且非常高效。x，y是分布在更广范围的裂变产物(3，40种)。分成三四个产物的可能性不大。42，裂变产物主要分布在质量数71-158。比率高的分布是两个质量不相等。典型例子：碎片一般经过放射性衰变后到达稳定的同位素。