原子物理07-副本

1、l第七章第七章 原子核物理学原子核物理学 l7.1 7.1 原子核的基本性质原子核的基本性质l7.1.1 7.1.1 原子核的电荷、质量和密度原子核的电荷、质量和密度l1.原子核的电荷和电荷数原子核的电荷和电荷数l2.原子核的质量和质量数原子核的质量和质量数 l3.原子核的大小和密度原子核的大小和密度 l核半径与核半径与A A 1/31/3成正比，这说明以下两点：成正比，这说明以下两点：l(1)(1)原子核的体积原子核的体积V V正比于核内核子数正比于核内核子数A A，即，即ll也就是说，在不同的原子核内，每个核子所占的体也就是说，在不同的原子核内，每个核子所占的体积近似相等。因而在各种核内的

2、核子数密度积近似相等。因而在各种核内的核子数密度( (单位体积单位体积内的核子数内的核子数)n)n应大致相等：应大致相等：l(2)不同原子核的核物质密度不同原子核的核物质密度(单位体积内的核质量单位体积内的核质量)亦大亦大致是常量致是常量 l可见其密度十分巨大。核物质密度约是水的密度的可见其密度十分巨大。核物质密度约是水的密度的10101414倍，每立方厘米的核物质的质量约为倍，每立方厘米的核物质的质量约为2.32.3亿吨，是一种亿吨，是一种高密物质。一些晚期恒星，在它们核心中的氢作为热核聚高密物质。一些晚期恒星，在它们核心中的氢作为热核聚变能源耗尽之后，星体的巨大质量引起的万有引力可将自变能

3、源耗尽之后，星体的巨大质量引起的万有引力可将自身压缩成密度极大的天体，这个过程就是引力坍缩，或者身压缩成密度极大的天体，这个过程就是引力坍缩，或者叫超新星爆发，在这种情况下原子已破坏，电子离开核而叫超新星爆发，在这种情况下原子已破坏，电子离开核而形成电子海洋，核沉浸在电子海洋中，称为白矮星，密度形成电子海洋，核沉浸在电子海洋中，称为白矮星，密度约约10109 910101111kg/mkg/m3 3。质量更大的晚期恒星的引力甚至可将。质量更大的晚期恒星的引力甚至可将电子压入核内，与核内质子形成中子，整个星体主要由中电子压入核内，与核内质子形成中子，整个星体主要由中子组成，称为中子星。典型的中子

4、星的质量为子组成，称为中子星。典型的中子星的质量为太阳的两倍太阳的两倍，半径仅为，半径仅为10公里，密度达公里，密度达10171018kg/m3l7.1.2 7.1.2 原子核的电四极矩、自旋和磁矩、宇称及统计性质原子核的电四极矩、自旋和磁矩、宇称及统计性质l1.1.原子核的电四极矩原子核的电四极矩l由实验可知原子核的电荷分布不一定是球形对称的，当带电体由实验可知原子核的电荷分布不一定是球形对称的，当带电体的电荷分布是球形对称时，在体外球心的电荷分布是球形对称时，在体外球心R R处的电势是处的电势是l式中第一项是单电荷的电势，第二项是偶极子的电势，第式中第一项是单电荷的电势，第二项是偶极子的电

5、势，第三项是四极子的电势。例如设有点电荷的分布如图三项是四极子的电势。例如设有点电荷的分布如图7.1.1(a)7.1.1(a)所示，在箭头方向上的电势可以证明是所示，在箭头方向上的电势可以证明是lq是带电体的总电荷，非球形对称分布的电荷所产生的电势一般可是带电体的总电荷，非球形对称分布的电荷所产生的电势一般可表达为表达为 l图图7.1.1 7.1.1 二同号点电荷及其二同号点电荷及其等效电荷分布等效电荷分布l图图7.1.1(b)7.1.1(b)的电荷的电荷分布同图分布同图7.1.1(a)7.1.1(a)是是等效的，可知上式是等效的，可知上式是一个单电荷一个单电荷2e2e和一个和一个四极子联合的

6、电势。四极子联合的电势。如果电荷作旋转椭如果电荷作旋转椭球式的分布，在对称球式的分布，在对称轴上的电势可以表达轴上的电势可以表达为为- -l图图7.1.2 旋转椭球旋转椭球 l所以旋转椭球式的电荷分布等效于一个单电荷和一个四极所以旋转椭球式的电荷分布等效于一个单电荷和一个四极子的迭合。令子的迭合。令Q=2aQ=2a3 3/e/e，称为电四极矩。可以证明原子核的电，称为电四极矩。可以证明原子核的电四极矩可以用下式表示：四极矩可以用下式表示：l2.2.原子核的自旋原子核的自旋l在在4.84.8节已经讲过原子核的自旋与磁矩的内容。这里我们给节已经讲过原子核的自旋与磁矩的内容。这里我们给出由实验测得原

7、子核基态时的自旋出由实验测得原子核基态时的自旋I I有如下规律：有如下规律：l(1)(1)所有偶所有偶A A核核( (核子数核子数A A为偶数的核为偶数的核) )的的I I都是整数或零。其中偶都是整数或零。其中偶偶核偶核(Z(Z和和N N都是偶数的核都是偶数的核) )的的I I都是零。奇奇核的都是零。奇奇核的I I为整数。为整数。l(2)(2)所有奇所有奇A A核的核的I I都是半整数，偶奇核都是半整数，偶奇核(Z(Z与与N N分别为偶奇分别为偶奇) )或奇或奇偶核的偶核的I I是半整数。是半整数。表表7.1.1 7.1.1 部分核的自旋部分核的自旋l3.3.原子核的磁矩原子核的磁矩l(1)(

8、1)核子磁矩核子磁矩l我们在第六章已经学过电子的磁矩为：我们在第六章已经学过电子的磁矩为： l预测预测l在斯特恩提出问题后的两个月，他给出在斯特恩提出问题后的两个月，他给出的实验结果竟是的实验结果竟是 l对于中子，因为中子不带电，原有的理论就不仅给出对于中子，因为中子不带电，原有的理论就不仅给出g gn,ln,l=0=0，而且给出而且给出g g n,sn,s=0=0。但是，实验结果却是。但是，实验结果却是 l中子不带电，与轨道角动量相联系的磁矩为零，这十分自然。但中子不带电，与轨道角动量相联系的磁矩为零，这十分自然。但是，与自旋角动量相联系的磁矩却不为零，这表明，虽然中子整体是，与自旋角动量相

9、联系的磁矩却不为零，这表明，虽然中子整体不带电，但它内部存在电荷分布。中子自旋磁矩的符号与电子一致不带电，但它内部存在电荷分布。中子自旋磁矩的符号与电子一致，因此，它与电子一样，自旋指向与磁矩相反。，因此，它与电子一样，自旋指向与磁矩相反。l不论是质子的磁矩，还是中子的磁矩，都清楚表明，它们不是点不论是质子的磁矩，还是中子的磁矩，都清楚表明，它们不是点粒子；相反，它们肯定是有粒子；相反，它们肯定是有内部结构的粒子。这要用到更深层次的内部结构的粒子。这要用到更深层次的理论理论夸克模型才能作出解释。夸克模型才能作出解释。 l表表7.1.17.1.1中所给出的质子、中子以及原子核的磁矩大小，都是以中

10、所给出的质子、中子以及原子核的磁矩大小，都是以磁矩在磁矩在z z方向的投影的最大值来表征它们的磁矩大小。所以质子方向的投影的最大值来表征它们的磁矩大小。所以质子和中子的磁矩值为：和中子的磁矩值为：l p=2.79p=2.79N Nl n=-1.91n=-1.91N Nl(2)核磁矩的测量核磁矩的测量 l图图7.1.3 核磁共振原理图核磁共振原理图 B Bl由量子力学知道，费米子体系和玻色子体系具有不同的统计性由量子力学知道，费米子体系和玻色子体系具有不同的统计性质。费米子体系遵从费米质。费米子体系遵从费米狄拉克统计，每个量子态上最多只能狄拉克统计，每个量子态上最多只能有一个粒子；玻色子体系遵从

11、玻色有一个粒子；玻色子体系遵从玻色爱因斯坦统计，每个量子态爱因斯坦统计，每个量子态可被多个粒子所占据。量子力学还告诉我们，由全同费米子组成可被多个粒子所占据。量子力学还告诉我们，由全同费米子组成的体系满足粒子交换的体系满足粒子交换反对称性，由全同玻色子组成的体系满足粒反对称性，由全同玻色子组成的体系满足粒子交换对称性子交换对称性 l4.原子核的宇称原子核的宇称 l5.原子核的原子核的统计统计性质性质 )()(ijjixxxx)()(ijjixxxxl费米子体系费米子体系l玻色子体系玻色子体系jixx ,分别为第分别为第i i个粒子和第个粒子和第j j个粒子的个粒子的坐标和自旋坐标和自旋l前已指

12、出，对奇前已指出，对奇A A核，自旋为半整数，应是费米子；偶核，自旋为半整数，应是费米子；偶A A核，自核，自旋为整数，应是玻色子。这一结论可由波函数的交换对称性质旋为整数，应是玻色子。这一结论可由波函数的交换对称性质来论证。假设有两个相同的原子核，每个核有来论证。假设有两个相同的原子核，每个核有A A个核子。核子是个核子。核子是费米子，两个全同的核子费米子，两个全同的核子( (如质子和质子，中子和中子如质子和质子，中子和中子) )互换波互换波函数必变符号，两个原子核互换相当于函数必变符号，两个原子核互换相当于A A对核子互换，波函数的对核子互换，波函数的符号变化为符号变化为(-)(-)A A

13、。因此，。因此，A A为奇数时，波函数变号，即为费米子为奇数时，波函数变号，即为费米子；A A为偶数时波函数为偶数时波函数l7.2 7.2 原子核的结合能与核力原子核的结合能与核力l7.2.1 7.2.1 原子核的结合能原子核的结合能1.1.质量亏损质量亏损l2.原子核的结合能原子核的结合能 l例题例题7.2.1 7.2.1 氦氦( (4 42 2He)He)原子和铍原子和铍( (9 94 4Be)Be)原子的原子的质量分别是质量分别是4.002 605u4.002 605u和和9.012 183u9.012 183u，试计算氦，试计算氦核和铍核的结合能。已知核和铍核的结合能。已知1uc1uc

14、2 2=931.5MeV=931.5MeVl比结合能比结合能l图图7.2.1 7.2.1 原子核的平均结合能原子核的平均结合能l1 1：(1)(1)对对A30A150A150的重核区，比结合能随的重核区，比结合能随A A的增加而变化不大的增加而变化不大，仅略有下降，这说明结合能，仅略有下降，这说明结合能E EB B近似与核子数近似与核子数A A成正比，成正比，这一事实说明核子间的相互作用力具有饱和性，并为建立这一事实说明核子间的相互作用力具有饱和性，并为建立原子核的液滴模型提供了依据。原子核的液滴模型提供了依据。l2 2：由上述三点可知，获得原子核能量可有两个途径：由上述三点可知，获得原子核能

15、量可有两个途径：一是比结合能略小的重核分裂成比结合能较大的中等质量一是比结合能略小的重核分裂成比结合能较大的中等质量的核；二是比结合能小的轻核聚合成比结合能大的核的核；二是比结合能小的轻核聚合成比结合能大的核 l例题例题7.2.2 7.2.2 试求基态氢原子的质量亏损。试求基态氢原子的质量亏损。l解解：由一个静止的自由电子和一个静止的自由质子结合成一个由一个静止的自由电子和一个静止的自由质子结合成一个基态的氢原子时，会放出基态的氢原子时，会放出13.6eV13.6eV的能量，这就是氢原子基态的结的能量，这就是氢原子基态的结合能。因此，相应的质量亏损为合能。因此，相应的质量亏损为lM=E/cM=

16、E/c2 2=13.6eV/c=13.6eV/c2 21.461.461010-8-8u ul可见它是十分微小的，故常可忽略不计。可见它是十分微小的，故常可忽略不计。l例题例题7.2.3:7.2.3:已知已知235235U U原子的质量为原子的质量为235.043 944u235.043 944u，试计算其结，试计算其结合能和比结合能。合能和比结合能。l解解: :由由(7.2.1)(7.2.1)式和式和(7.2.2)(7.2.2)式知式知235235U U的结合能为的结合能为 E EB B(235(235，92)=(9292)=(921.007 825+1431.007 825+1431.00

17、8 6651.008 665l-235.043 944)-235.043 944)931.5 MeV1783.87MeV931.5 MeV1783.87MeVl比结合能为比结合能为E-E-(235(235，92)=1 783.87MeV/2357.59MeV l 核力及其基本性质核力及其基本性质l1.1.核力核力l(1)(1)核力是短程强作用力核力是短程强作用力l核力只有在核子间的距离小于核力只有在核子间的距离小于1010-15-15m m数量级时才显示出来，超数量级时才显示出来，超出此限核力就急剧减小至零。当核子间距为出此限核力就急剧减小至零。当核子间距为0.80.81010-15-15m

18、m以下时以下时，核力表现为斥力；当间距为，核力表现为斥力；当间距为(0.8(0.82)2)1010-15m时，核力表现时，核力表现为吸引力；当间距大于为吸引力；当间距大于1010-15m时，核力完全消失。时，核力完全消失。l(2)核力的电荷无关性核力的电荷无关性l (3)核力是具有饱和性的交换力核力是具有饱和性的交换力 l(4)非有心力的存在非有心力的存在l3.核力的介子理论核力的介子理论 lP=n+ n= p+ - p=p0 n=n0 l图图7.2.27.2.2介子作为核力的传播子介子作为核力的传播子l7.3 原子核的结构模型原子核的结构模型 l7.3.1液滴模型液滴模型 : :(1)(1)

19、原子核的结合能近似地正比于核中的核子原子核的结合能近似地正比于核中的核子数数A A，即比结合能近似为常数，这说明核子间相互作用力具有，即比结合能近似为常数，这说明核子间相互作用力具有饱和性，这与液体分子间相互作用力的饱和性类似。饱和性，这与液体分子间相互作用力的饱和性类似。l(2)核物质密度近似为常数，表示原子核不可压缩，这也与液核物质密度近似为常数，表示原子核不可压缩，这也与液体的不可压缩性相似体的不可压缩性相似 l对于原子核，许多实验事实表明，当组成它的质子数或中子数对于原子核，许多实验事实表明，当组成它的质子数或中子数等于等于2 2，8 8，2020，2828，5050，8282，126

20、126这些数字时，原子核特别稳定这些数字时，原子核特别稳定。这些数字称为幻数。这些数字称为幻数。l幻数的存在使人们想到，原子核内也可能存在着与原子类似的幻数的存在使人们想到，原子核内也可能存在着与原子类似的壳层结构，核内的质子和中子按泡利不相容原理和能量最低原理壳层结构，核内的质子和中子按泡利不相容原理和能量最低原理分别填充自己的壳层，当质子数和中子数均为幻数时正好填满一分别填充自己的壳层，当质子数和中子数均为幻数时正好填满一个壳层。个壳层。l把上述势函数代入薛定谔方程中，并要求在把上述势函数代入薛定谔方程中，并要求在r=Rr=R处波函处波函数等于零，就可得到以不同的径向量子数数等于零，就可得

21、到以不同的径向量子数和角量子数和角量子数l l所表示的一系列能量状态。对于核外电子，一般说来能所表示的一系列能量状态。对于核外电子，一般说来能量决定于主量子数量决定于主量子数n n和角量子数和角量子数l l，而对原子核，核子能，而对原子核，核子能量决定于径向量子数量决定于径向量子数和角量子数和角量子数l l，且，且=n-l=n-l。对于原。对于原子核，角量子数子核，角量子数l=0,1,2,3,l=0,1,2,3,的能态仍然以的能态仍然以s s、p p、d d、f f、等符号表示。具体计算表明，核子能级从低到高等符号表示。具体计算表明，核子能级从低到高的排列顺序是的排列顺序是1s,1p,1d,2

22、s,1f,2p1s,1p,1d,2s,1f,2p，1g1g，这里左边的数这里左边的数字代表字代表而不是而不是n n。然而，仅考虑中心力场最多只能给。然而，仅考虑中心力场最多只能给出出2 2，8 8，2020三个幻数，显然这种中心场近似不能完全表三个幻数，显然这种中心场近似不能完全表征核内的真实情况。在此基础上，征核内的真实情况。在此基础上，19491949年迈耶尔年迈耶尔(M(MMyerMyer) )和简森和简森(A(AJensen)Jensen)加进了核子的自旋轨道耦加进了核子的自旋轨道耦合项，并引入总角动量量子数合项，并引入总角动量量子数j=lj=l1 1/ /2(l2(l0)0)或或j=

23、1/2(l=0)j=1/2(l=0)，从而由同一，从而由同一l l决定的能级将分裂成两个。决定的能级将分裂成两个。l而且核子的自旋轨道耦合非常强，它所引起而且核子的自旋轨道耦合非常强，它所引起的能级分裂间距较大，以致可能改变由中心的能级分裂间距较大，以致可能改变由中心力场得到的能级顺序。力场得到的能级顺序。l根据泡利不相容原理，对于给定的根据泡利不相容原理，对于给定的(、l l、j) j)，能级的次壳层最多可填充，能级的次壳层最多可填充2j+12j+1个核子。另外个核子。另外，根据能量最低原理，核子由低能级向高能，根据能量最低原理，核子由低能级向高能级逐步填充，从而形成原子核的壳层结构，级逐步

24、填充，从而形成原子核的壳层结构，而满壳层的同类核子数为而满壳层的同类核子数为2 2，8 8，2020，2828，5050，8282，126126等，这正好是幻数。可见原子核的等，这正好是幻数。可见原子核的壳层模型完满地解释了幻数的形成。迈耶尔壳层模型完满地解释了幻数的形成。迈耶尔和简森获得了和简森获得了19631963年诺贝尔物理学奖。图年诺贝尔物理学奖。图7.3.17.3.1表示了由于核子能级分裂所出现的幻数表示了由于核子能级分裂所出现的幻数。l壳层模型在解释幻壳层模型在解释幻数和原子核基态的数和原子核基态的许多性质许多性质( (如自旋、如自旋、磁矩、宇称等磁矩、宇称等) )方面方面比较成功

25、，但该模比较成功，但该模型视核子为独立粒型视核子为独立粒子在一个平均场中子在一个平均场中运动，这就大大地运动，这就大大地简化了，实际情况简化了，实际情况要比这复杂得多要比这复杂得多l。壳层模型和液滴。壳层模型和液滴模型各有成功之处模型各有成功之处，也各有局限性，也各有局限性，它们都只反映了一它们都只反映了一部分实际情部分实际情 l7.4 原子核的放射性衰变原子核的放射性衰变 l在发现的二千多种核素中，绝大多数都是不稳定的，它们会自在发现的二千多种核素中，绝大多数都是不稳定的，它们会自发地蜕变，变为另一种核素，同时放出各种射线，这种现象称为发地蜕变，变为另一种核素，同时放出各种射线，这种现象称为

26、放射性衰变。放射性核素放出的射线主要有三种：放射性衰变。放射性核素放出的射线主要有三种：射线，由射线，由氦原子核组成，它对物质的电离作用最强，但穿透物质的能力最氦原子核组成，它对物质的电离作用最强，但穿透物质的能力最弱；弱；射线，是高速电子流，电离作用较弱，贯穿本领较大；射线，是高速电子流，电离作用较弱，贯穿本领较大；另外还有所谓另外还有所谓+ +衰变放出的电量为衰变放出的电量为+e+e的正电子流；的正电子流；射线射线，是波长很短的电磁波，贯穿本领最大，电离作用最小。令射线，是波长很短的电磁波，贯穿本领最大，电离作用最小。令射线通过磁场，则通过磁场，则射线不偏转，射线不偏转，和和射线将向相反方

27、向偏转。射线将向相反方向偏转。除了除了、三种射线外，有的核素还放出含有质子或中子等粒三种射线外，有的核素还放出含有质子或中子等粒子的射线子的射线 l7.4.1 7.4.1 放射性衰变的统计规律。放射性衰变的统计规律。l 1.基本规律基本规律 l在在dtdt时间内发生核衰变的原子核数目时间内发生核衰变的原子核数目dNdN，它必，它必定正比于在定正比于在t t时刻尚存的原子核的数目时刻尚存的原子核的数目N(t)N(t)，正，正比于衰变时间的长短比于衰变时间的长短dtdt，因此，因此1.1.试估算试估算1Kg1Kg的的2382389292U U在与地球年龄在与地球年龄(t=2.5(t=2.51010

28、9 9年年) )相同的时间相同的时间内产生的最后衰变物内产生的最后衰变物2062068282PbPb的数量，已知的数量，已知2382389292U U的半衰期的半衰期T=4.5T=4.510109 9年。年。l解解 设设23892U的质量数是的质量数是A，开始时质量是，开始时质量是M0，核数目是，核数目是N0，则，则 l图图7.4.1 铀系铀系(A=4n+2) l图图7.4.2 钍系钍系(A=4n) l图图7.4.3 锕系锕系(A=4n+3) l图图7.4.4镎系镎系(A=4n+1) l量子理论中的隧道效应告诉我们量子理论中的隧道效应告诉我们，能量比势垒顶点还小的实物粒子，能量比势垒顶点还小的

29、实物粒子(粒子亦不例外粒子亦不例外) )，仍有穿透势垒，仍有穿透势垒的几率。的几率。粒子的能量愈大粒子的能量愈大( (如图如图中中E Ek k=8.8MeV)=8.8MeV)，穿透的势垒愈，穿透的势垒愈薄，穿透的可能性则愈大，即衰变薄，穿透的可能性则愈大，即衰变几率几率愈大；相反，若愈大；相反，若粒子的能粒子的能量愈低量愈低( (如图如图7.4.67.4.6中中E Ek k=4MeV)=4MeV)，穿透的垫垒愈厚，穿透的可能性则穿透的垫垒愈厚，穿透的可能性则愈小，衰变几率愈小，衰变几率则愈小。量子力则愈小。量子力学的详细计算能够给出与盖革学的详细计算能够给出与盖革努努塔尔定律相一致的结果。塔尔

30、定律相一致的结果。lAugerAuger俄歇电子俄歇电子l粒子的能量粒子的能量是连续分布的；是连续分布的；能谱中有一最大能能谱中有一最大能量 值量 值 E mE m ( ( 该 曲 线该 曲 线EmEm=1.2MeV)=1.2MeV)，根据，根据理论计算，理论计算，EmEm与衰与衰变能变能E E基本相等；基本相等；能量分布曲线有能量分布曲线有一极大值，它表示一极大值，它表示具有相应能量的具有相应能量的粒子最多。粒子最多。l粒子能谱和其他实验结果表明，原子核粒子能谱和其他实验结果表明，原子核的能量是量子化的。的能量是量子化的。射线来源于原子核，射线来源于原子核，它的能谱为什么是连续的它的能谱为什

31、么是连续的? ?为了解决这一疑难为了解决这一疑难，19301930年，泡利提出了中微子假说。他认为年，泡利提出了中微子假说。他认为在在衰变过程中，原子核除了放出衰变过程中，原子核除了放出粒子外粒子外，同时还放出一种静质量几乎等于零的中性，同时还放出一种静质量几乎等于零的中性粒子粒子( (称为中微子称为中微子) )。这样，在母核静止的参。这样，在母核静止的参照系中，照系中，衰变问题就是衰变问题就是粒子、中微子和粒子、中微子和反冲子核的三体问题，按照动量守恒，三者反冲子核的三体问题，按照动量守恒，三者之间的动量关系，如图之间的动量关系，如图7.4.97.4.9所示。在保证动所示。在保证动量守恒的前

32、提下，量守恒的前提下，衰变能量可以在子核、衰变能量可以在子核、电子和中微子三者之间任意分配。电子和中微子三者之间任意分配。l根据能量守恒定律，根据能量守恒定律，若中微子带走较多能量若中微子带走较多能量，粒子的能量就较小粒子的能量就较小；粒子有最大能量时粒子有最大能量时，中微子的能量为零。，中微子的能量为零。所以，所以，粒粒子的能量可子的能量可以从零到最大值以从零到最大值Em，形，形成了成了连续能谱。另外，连续能谱。另外，当中微子能量为零时，当中微子能量为零时，在忽略在忽略掉子核的反冲能掉子核的反冲能时，时，粒子的能量就等粒子的能量就等于衰变能，所以于衰变能，所以EmEm和衰和衰变能是基本相等的

33、变能是基本相等的P PY YP P P Pe eP PY YP P P Pe el。中微子的引入，也解决了。中微子的引入，也解决了衰变前后角动衰变前后角动量守恒的问题。因为量守恒的问题。因为衰变时原子核的质量衰变时原子核的质量数不变，所以原子核的角动量是整数或半奇数不变，所以原子核的角动量是整数或半奇数的性质不变。但所放出的数的性质不变。但所放出的粒子的自旋是粒子的自旋是1 12 2，于是，子核与母核自旋将不再相等。泡，于是，子核与母核自旋将不再相等。泡利假定中微子的自旋是利假定中微子的自旋是1 12 2，就保证了衰变，就保证了衰变前后的总角动量守恒。前后的总角动量守恒。l中微子与反中微子的区

34、别仅在于：中微子是左旋的，即自旋中微子与反中微子的区别仅在于：中微子是左旋的，即自旋与动量反向，反中微子是右旋的，自旋与动量同向。自然界中与动量反向，反中微子是右旋的，自旋与动量同向。自然界中不存在右旋中微子和左旋反中微子。不存在右旋中微子和左旋反中微子。l左旋中微子左旋中微子l右旋反中微子右旋反中微子l图图7.4.12 7.4.12 谱线的宽度与共振吸收谱线的宽度与共振吸收l图图7.4.13穆斯堡尔无反冲共振吸收实验装置穆斯堡尔无反冲共振吸收实验装置 l图图7.4.14 191Os衰变图衰变图 l图图7.4.15 191Ir的的射线共射线共振吸收曲线振吸收曲线 l7.5.1 7.5.1 核反

35、应及遵循的守恒定律核反应及遵循的守恒定律l1.1.历史上第一个人工核反应历史上第一个人工核反应l19191919年卢瑟福利用年卢瑟福利用212212PoPo放出的放出的7.68MeV 7.68MeV 粒子轰击氮气粒子轰击氮气，结果发现，有五万分之一的几率发生了如下的反应：，结果发现，有五万分之一的几率发生了如下的反应：l2.第一个在加速器上实现的核反应第一个在加速器上实现的核反应 l3.产生第一个人工放射性核素的反应产生第一个人工放射性核素的反应 l4.导致发现中子的核反应导致发现中子的核反应 l一般情况下，假定反应后仍为两一般情况下，假定反应后仍为两个粒子，核反应可以表示为个粒子，核反应可以

36、表示为 l核反应的类型很多，如果按入射粒子的种类来分，可以分为核反应的类型很多，如果按入射粒子的种类来分，可以分为粒子、质子粒子、质子(p)(p)、中子、中子(n)(n)、氘核、氘核(d)(d)等引起的核反应，光子等引起的核反应，光子引起的核反应，还有一些比引起的核反应，还有一些比粒子更重的核引起的核反应等等粒子更重的核引起的核反应等等。如果按入射粒子的能量分，入射粒子能量在。如果按入射粒子的能量分，入射粒子能量在100MeV100MeV以下的称以下的称为低能核反应；在为低能核反应；在100MeV100MeV到到1GeV1GeV的称为中能核反应；在的称为中能核反应；在1GeV1GeV以以上的称

37、为高能核反应。上的称为高能核反应。l大量实验表明，所有的核反应都遵从下列守恒定律。大量实验表明，所有的核反应都遵从下列守恒定律。l(1)(1)电荷守恒：即反应前后体系的总电荷数即粒子与核的电电荷守恒：即反应前后体系的总电荷数即粒子与核的电荷数代数和不变。荷数代数和不变。l(2)(2)质量数守恒：反应前后体系总质量数不变。质量数守恒：反应前后体系总质量数不变。l(3)(3)质量与能量守恒：反应前后粒子的运动质量质量与能量守恒：反应前后粒子的运动质量( (相对论质相对论质量量) )总和不变；粒子的能量总和不变；粒子的能量( (相对论能量包括静能相对论能量包括静能) )之和不变。之和不变。一般来说，核反应前后体系的静止质量不守恒，这种静止质一般来说，核反应前后体系的静止质量不守恒，这种静止质量的差别反映了结合能的变化。量的差别反映了结合能的变化。l(4)(4)动量守恒：反应前后粒子动量的矢量和不变，在体系的动量守恒：反应前后粒子动量的矢量和不变，在体系的质心坐标系中，反应前后的动量矢量和等于零。质心坐标系中，反应前后的动量矢量和等于零。l此外在核反应过程中，角动量、宇称等也是守恒的。此外在核反应过程中，角动量、宇称等也是守恒