原子核物理名词解释公式简答

1、原子核物理-BY 505 一、名词说明1、核的自旋：原子核的角动量,通常称为核的自旋；2、衰变常量：衰变常量是在单位时间内每个原子核的衰变概率；3、半衰期：半衰期是放射性原子核数衰减到原先数目的一半所需的时间；4、平均寿命：平均寿命是指放射性原子核平均生存的时间；5、放射性活度：在单位时间内有多少核发生衰变,亦即放射性核素的衰变 率,叫衰变率；6、放射性：原子核自发地放射各种射线的现象,称为放射性；7、放射性核素：能自发的放射各种射线的核素称为放射性核素,也叫做不 稳固核素；8、核衰变：原子核衰变是指原子核自发的放射出 或 等粒子而发生的转变；9、衰变能：原子核衰变时所放出的能量；10、核素：

2、具有相同质子数 Z 和中子数 N的一类原子核,称为一种核素；11、同位素：质子数相同,中子数不同的核素；12、同中子素：中子数相同,质子数不同的核素；13、同量异位素：质量数相同,质子数不同的核素；14、同核异能素：质量数和质子数相同而能量状态不同的核素；15、镜像核：质子数和中子数呼吁的一对原子核；16、质量亏损：组成某一原子核的核子质量与该原子核质量之差；17、核的结合能：自由核子组成原子核所释放的能量；18、比结合能：原子核平均每个核子的结合能；19、最终一个核子的结合能：是一个自由核子与核的其余部分组成原子核 时,所释放的能量；21、内转换现象：原子核从激发态到较低的能态或基态的跃迁时

3、把核 的激发能直接交给原子的壳层电子而发射出来；22、内转换电子：内转换过程中放出来的电子；出内转换现象的定义）（假如单出这个就先写23、内电子对效应： 当辐射光子能量足够高时, 在它从原子核旁边经过时,在核库仑场作用下,辐射光子可能转化成一个正电子和一个负电子,这种过程称作电子对效应；24、级联 辐射的角关联：原子核接连的放出的两个 光子,如其概率与这两个 光子发射方向的夹角有关,即夹角转变时,概率也变化,这种现象称为级联 辐射角关联,亦称 - 角关联；25、穆斯堡尔效应：原子核辐射的无反冲共振吸取；26、核的集体模型：每个核子在核内除了相对其它核子运动外,原子核的整体仍发生振动与转动,处于

4、不同运动状态的核,不仅有自己特定的外形,仍具有不同的能量和角动量,这些能量与角动量都是分立的,因而形成能级；27、核反应：原子核与原子核,或者原子核与其他粒子之间的相互作用引起的各种变化；28、核反应能：核反应过程中释放的能量；29、核反应阈能：在L 系中能够引起核反应的入射粒子最低能量；30、核反应截面：一个粒子入射到单位面积内只含一个靶核的靶子上所发 生的反应概率；（一个入射粒子同单位面积靶上一个靶核发生反应的概 率；） 单位时间发生的反应数（单位时间的入射粒子数 单位面积的靶核数） , ）单位时间出射至（ , ）方向单31、核反应微分截面： （位立体角内的粒子数（单位时间的入射粒子数 单

5、位面积的靶核数）32、核反应产额：入射粒子在靶中引起的反应数与入射粒子之比,即一个 入射粒子在靶中引起反应的概率；二、简答题1、 什么是穆斯堡尔效应？为何同一个核的 共振吸取很难观测到？答：将放射的 光子与吸取 光子的原子核束缚在晶格中,当 光子的能量满 足肯定条件时,遭受反冲的不是单个原子核,而是整块晶体的质量远大于单个原子核的质量,所以其反冲速度微小,反冲能量实际等于零；整个过程可 看作无反冲的过程,这种效应叫做穆斯堡尔效应；由于原子核发射 射线时, 一般要受到反冲, 原来是静止的处于激发态的原子核,当它通过放射 光子跃迁到基态时, 光子激发能 Eo 的绝大部分,仍有很小一部分变成了反冲核

6、的动能 ER ；故 光子所释放的能量 EO-ER,而处 于基态的同类原子核吸取 光子时也会有同样的反冲,要把原子核激发态到能量 Eo 的激发态, 射线的能量就为EO+ER,同一核发射 射线的能量与吸收 射线而能量不同,所以同一核的 射线共振吸取很难观测到；2、 、 、 射线本质分别是什么？在 衰变或 衰变中,假如原子核放出 一个 粒子或者 粒子原子核将怎样变化？答： 射线本质：原子核放射出 粒子 射线本质：原子核放射出 粒子或俘获一个轨道电子 射线本质：原子核通过发射 光子来实现从激发态到较低能态的过程 衰变：放一个 粒子 , 原子核的质子数削减两个,中子数也削减两个；- 离子,就原子核中一个

7、中子变为质子 衰变 : 放出一个 放出一个 + 离子,就原子核中一个质子变为中子3、 能谱特点是什么,试用中微子假说说明；答： 粒子的能量是连续的；有一个确定的最大能量 在某一能量处,强度最大；Em；曲线有一极大值,即由于原子核在 衰变过程中,不仅仅放出 粒子,仍放出一个不带电的中性粒子,它的质量几乎小得为0,就在 衰变过程中有两种极端的情形：当 粒子和反冲核的动量大小相等方向相反,此时衰变能 EdE ；当中微子和反冲核的动量大小相等方向相反时, 粒子的动能为 0；所以在一般情形下, 粒子的动能介于上述两种情形之间,故 能谱是连续分布的；4. 核的壳模型存在的基本思想a、在核内存在一个平均力场

8、,该力场是全部其它核子对一个核子作用场 的总和,对于接近球形的原子核,可以认为该力场为有心场； b 、泡利原理不仅限制了某一能级上所能容纳的核子数,也限制了核内核 子之间的碰撞；碰后,核子不能低能态上去,也不能两核子朝同一方向；只 能去占据未被填满的高能态,这在核与外界不交换能量条件下不行能发生；核子仍能保持原有的运动状态,即是单个核子的独立运动是可能的；所以,壳模型也叫独立粒子（或单粒子）模型；核的壳模型应用一、原子核基态的自旋与宇称 称,这是它的最大胜利之处；壳模型能正确地预言绝大多数核的基态自旋和宇二、同核异能素岛的说明 对同核异能素岛的说明是壳模型的又一胜利,并表明核内核子的运动的确存

9、在很强的自旋- 轨道耦合；三、 衰变与壳模型的关系 试验指出,奇 A 核的 b 衰变的 log fT1/2 值与壳模型预言的跃迁级次（基态基态）相当符合；四、核的磁矩 壳模型预言的奇 A 核的磁矩随自旋的变化关系；五、原子核的电四极矩六、g 跃迁概率1）壳模型在说明幻数,预言核的基态自旋与宇称,说明同核异能素岛和 b 衰变跃迁级次等方面取得了庞大胜利； 2 ）在原子核的磁矩（反映了变化趋势,但不能精确得出结果）、电四极矩（不胜利,但对双幻核邻近说明胜利）和 g 跃迁概率等方面,只能给出定性的说明；5. 给出 衰变的三种形式及其衰变条件及 Ed运算公式 - 衰变（Z AX Z A1 Y e E

10、d Z , A Z ,1 A 电荷数分别为 Z和 Z1 的同量异位素,只要前者的原子质量大于后者,就能发生- 衰变； +衰变 Z AX Z A1 Y e E d Z , A Z 1 , A 2 m e c 2条件 M X Z , A M Y Z ,1 A 2 m eA A 2EC-轨道电子俘获 Z X e Z 1 Y E 0 EC m X m e m Y c W i2条件 M X Z , A M Y Z ,1 A W i / c6. 试论述核磁共振测量基本思想答：依据IgIehIgINI,如 I 已知,测量磁矩的实质在于gI 因数；2 mp利用核磁共振测gI 如下,将被测样品放在一个匀称的强磁

11、场中,由于核具有磁矩 I ,就 E= I B=- IZ B IZ 是 I 磁场上 Z 的投影,由I ZgIehm, IZ 有 2I+1 个值：2mpE=-gl N mIB 能量随核在磁场中的取向不同而不同；按核取向不同,原有能级分裂成 2I+1个子能级；依据挑选定就：mI=0,-1 ,+1,两相邻能级可以跃迁gIhB就可得 E= gI NB,在加强磁场：当E=h ,所以得uN此时原子核将会吸取高频磁场能量而使核的取向发生转变,从而实现由较低 子能级向相邻较高能级跃迁；高频磁场的能量将被原子剧烈吸取,成为共振 吸取；此时的频率 成为共振频率7. 给出质谱仪测质量原理（书上第 5 页）该题答案不太

12、标准 自己总结的 质谱仪以离子源、质量分析器和离子检测器为核心；离子源是使试样分 子在高真空条件下离子化的装置；电离后的分子因接受了过多的能量会 进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子和中性粒子；它们在加速电场作 用下猎取具有相同能量的平均动能而进入质量分析器；质量分析器是将同时进入其中的不同质量的离子,按质荷比m/z 大小分别的装置；分别后的离子依次进入离子检测器,采集放大离子信号,经运算机处理,绘 制成质谱图；8. 产生人工放射性核素的主要途径,不同途径产生的放射性核素的衰变类型是 什么？答：人工放射性核素主要是用反应堆和加速器制备的；通过反应堆制备有以下 两个途径：一是利用堆中强中子流来照耀

13、靶核,靶核俘获中子而生成放射性 核；二是利用中子引起重核裂变,从裂变碎片中提取放射性核素；用加速器 制备主要通过带电粒子引起的核反应来获得反应生成核,这种生成核大多是放射性的； 这样生产出来的是丰中子核素,因此他们通常具有- 衰变；用加速器就相反,往往是缺中子核,因而具有 数是短寿命的；推导核的磁矩+- 衰变或轨道电子俘获,而且多依据壳模型,偶偶核的自旋为零,就其磁矩也为零；这与试验完全符合；对于奇 A 核（可看作：偶偶核 + 一个奇核子） ,自旋等于最终一个核子的角动量；因此,奇A核的磁矩也应当等于最终一个核子的磁矩；核内单个核子的磁矩一般为核子轨道运动的磁矩和核子自旋磁矩组成,即用jjjl

14、sglljgssgjjjjj1j 点乘上式,得gjjglljgsss又jj2l22 sl2s12jj1ll1sjj22 sl22l1jj1ss1ll12代入（ 8.3-7 ）式并两边同除以（j +1）得：gjjg ljj1ll1ss1gsjj1ss1l2j12j1再考虑到： s = 1/2,j = l 1/2 j = gj j为一个核子的磁矩；所以,奇A 核的磁矩I 为：g lI11gs当Ijl1时222III1glI31gs当Ijl1时222对于奇 N偶 Z 核： gl = 0, gs = 3.82 ,就I11. 91I1当Ijl1 2时. 91I当Ijl1 2时对于奇 Z 偶 N核： gl

15、 = 1, gs = 5.58,就II2 .29II1当IIjjll1时2I2 .29当1 2时三,公式总结 BY-XIA 第一章莫塞莱公式.= AZ - BZmNmB / C 2B 为原子核结合能原子核的质量m 原子核原子的质量zmi2 /c.为电子的结合能M Am N1核的半径Rr0A 3. 0=1.4fm2 E 01电子的波长和电子动能的关系：hcEK E K2间距法就E 1:E 2:E 3: Ij: Ij:1 Ij:2Ij1 的相对强度,就有设 R1 和 R2 分别是谱线F 1Ij和F 2夏j112IR 12 F 112IjR 2 2 F 2 1 2 I j 1 通过分析核自旋的试验数

16、据,得到的规律：12Ij11 偶 A 核的自旋为整数； 其中,偶偶核 （即质子数 Z 和中子数均为偶数的核） 的 自旋为零；2 奇 A 核的自旋为半整数；具有整数自旋的粒子所组成的体系总是用对称波函数描述,她们遵从玻色爱因斯坦统计法,凡是遵从该统计法的粒子称为玻色子 如光子具半整数自旋的粒子所组成的体系总是反对称波函数,她们遵从费米狄拉克统计法,凡是遵从该统计法的粒子称为 费米子 如电子,中子,质子,夸克其次章指数衰减规律NtN0etdNt/dtNt衰变常数 ：一个原子核在单位时间内发生衰变的概率；放射性活度ActivityA 表示,表征放活度定义：一个放射源在单位时间内发生衰变的原子核数；以

17、射源的强弱；AdN td N 0 etN 0 etN t夏dtdtA 0N 0AA 0 et1 Ci3.71010Bq比活度 ：单位质量放射源的放射性活度；临时平稳比活度反映了放射源中放射性物质的纯度；长期平稳A 221A 1 或者A 22N2221A 11N12.1 = A 2放射系钍系： 4n 铀系： 4n +2 锕系： 4n +3 镎系： 4n +1人工放射性的生长AP 1etMeV放射性鉴年法 P 371027 kg931原子核的结合能1 u.166结合能BZ,AZ1,1AZnZ,A比结合能BA比结合能的物理意义： 原子核拆散成自由核子时, 外界对每个核子所做的最小的平均功表征了原子核

18、结合的松紧程度比结合能曲线1对 A150 的重核区,比结合能随A 的增加而变化不大,仅略有下降,这说明结合能 B 近似与核子数 A 成正比,这一事实说明核子间的相互作用力具有饱和 性,并为建立原子核的液滴模型供应了依据；最终一个核子的结能SnZ,AZZ,A1n1Z,A,BZ,SnZAB Z,AAZA SpZ,AZ1 ,A11H,1 SpZAB Z,AB Z1 ,A稳固线1 .98A/30 .2 0155 A液滴模型 的试验依据液滴模型将原子核比作一个液滴,验依据有两个；将核子比作液体中的分子, 主要的实一是从比结合能曲线看出, 原子核平均每个核子的结合能几乎是常数,即 B A；说明核子间的相互

19、作用力具有饱和性 短程,否就 B 将近似地与 A2成正比；这 种饱和性与液体中分子力的饱和性类似；二是从原子核的体积近似地正比于核子数的事实知道,核物质密度几乎是常数,表示原子核是不行压缩的 排斥芯 ,这与液体的不行压缩性类似；由于质子带正电,原子核的液滴模型把原子核当作荷电的液滴；原子核的结合能 B 主要包含 体积能 Bv、表面能 Bs 和库仑能 Bc 三项B B v B s B c有一项 对称能 Ba；同类核子有配对相处的趋势,仍有一项 对能 Bp胜利之处（1）说明说明重核的裂变；（2）导出结合能半体会公式；问题（1）简洁地把原子核当作液滴来处理,是很粗糙的,忽视了原子核内部结构的细节 ,

20、不能给出核内核子运动变化情形；（2）无法说明和说明核的角动量,宇称 ,磁矩等性质；原子核是由质子和中子构成, 在质子数和中子数为某个特定数值或两者均为这一数值时,原子核的稳固性就比平均值大；这些数值被称为 幻数有 2.8.20.28.50.82.126第五章 粒子能量的测量 -磁谱仪m22qBpmqBx 1cos一般都很小x 2动量辨论率 RpRpp2x12衰变能p2pmqB;x2粒子能量与衰变能的关系粒子的动能EKAA4E d子核的反冲能E Y4E dA原子核要自发地发射粒子,明显必要条件是大于零；依据定义,衰变能为衰变前后诸粒子的静止质量之差所对应的能量,即广义质量亏损所对应的能量“ 幻数

21、” ；迄今已知的Edm YBmBXm X931.5MeVB Y 粒子的库仑势垒高度VcA 1 1/Z1Z2/24 eZe2 R1/2势垒的次数n2A 2 1粒子穿透势垒的概率Pexp2Z2 e220E d0的概率等于衰变常量是单位时间内发生衰变粒子在单位时间内碰撞与穿透概率P 的乘积第六章ZA 1 Y-衰变（丰中子核发生）Z A X+衰变（欠中子核发生）EC-轨道电子俘获（欠中子核发生） 能谱的连续性 粒子的能量是连续分布的； 能谱中有一最大能量值 能 E 基本相等；Em该曲线 Em=1.2MeV,依据理论运算, Em 与衰变 能量分布曲线有一极大值,它表示具有相应能量的 粒子最多；依据相对论

22、,粒子的总能量 E 与动量 p 有如下关系：E 2 c 2 p 2 m e 2c 4于是,粒子的动能T E m e c 2 c 2 p 2 m e 2c 4 1 / 2 m e c 2T c 2 e 2 B 2 m e 2c 41 / 2m e c 2中微子假说1.中微子的能量为零PP R ;Pv0EE RE dE RE vE令一方面E RpR2p2EE2 m ec2 EE2m eE2 m R2 m R2 m R c21E dE2 m e c2EE2 m R c22 m R cm R2.中微子和反冲核的动量大小相等方向相反PpR;P,0所以E0E =0至 Em 的一般情形, 粒子的动能介于上述

23、两种极端情形之间,从而得到 连续分布；中微子性质1.静止质量 m.试验说明,中微子静止能量的上限为15eV,在 衰变理论中,可近似地看成为零；因此,它的速度与光速相同Ev=cp 粒子或吸2.电荷 qv=0 由于 衰变的母子体是相邻的同量异位素, 同时衰变过程只放出一个收一个轨道电子,为保持衰变过程电荷守恒,中微子的电荷应为零；3.自旋 Iv=1/24.遵从费米统计5.磁矩 v 试验没有测得中微子的磁矩,其上限不超过10-6 N 6.螺旋性 . = 1-衰变 E d Z , A Z ,1 A M X M Y 才能发生 衰变2+衰变 E d Z , A Z ,1 A 2 m e c当 M X M

24、Y 2 m e 时才可能发生 衰变；2电子俘获 E 0 EC M X M Y c W i或 E 0 EC Z , A Z 1 W i2M X Z , A M Y Z 1 , A W i / c当 WK/c2M X-MYWL/c2时, K 俘获不能发生,而发生 L 俘获；2mec2 W i ,+衰变的原子核,总可以发生电子俘获；但发生电子俘获的原子核不肯定发生 +；轨道电子俘获将相伴 X 射线或俄歇电子产生；K 壳层靠近原子核,所以 K 俘获几率最大；K 俘获与 Z3成正比, Z 越大,K 俘获越简洁发生；轻核 K 俘获几率很小,中等核 EC 俘获和 +衰变同时存在,重核 EC 俘获占优势双 衰

25、变原子核自发地放出两个电子或两个正电子,道电子,或俘获两个轨道电子的过程；一些衰变纲图或发射一个正电子同时又俘获一个轨费米理论的基本假定1.质子和中子是同一种粒子的两种不同的量子态,相互转变,也就是核子的两种量子态间的跃迁； 衰变是核中质子和中子间的2.在核子的两种量子态跃迁过程中,产生并放出电子和中微子；电子和中微子先 并不存在于核中,它们的总数没有必要保持不变；3.与原子发光是由于电磁场与电子相互作用类似, 衰变中发射电子和中微子是 由于电子 -中微子场与原子核的相互作用；不同的是原子发光是电磁相互作用,而 衰变是弱相互作用； 弱相互作用比电磁相互作用弱得多,相应地, 衰变半衰期比 衰变半

26、衰期长得多；跃迁分类和挑选定就容许跃迁 I = 0, 1 = +1.n 级禁戒跃迁 I = n, .+ 1 = （ - 1）库里厄图 P147 比较半衰期“ 疑难 ”与李杨假说 吴健雄的试验 P160第七章 偶极振子所产生的辐射,叫做电偶极辐射pqz2 aqsintp0sint平均能量W414p0203 c3由两个电偶极子组成的系统叫做电四极子,它产生的辐射叫做电四极辐射；由两个电四极子组成的系统叫做电八极子,它产生的辐射叫做电八极辐射；电偶极辐射、电四极辐射、电八极辐射等统称为电多极辐射；依据被光子带走的角动量的不同,即L 值的不同,把辐射分成不同的极次：L1 偶极辐射EL1LL2 四极辐射

27、L3 八极辐射 角动量为L2L极辐射1）电多极辐射：宇称的奇偶性和L 的奇偶性相同；2）磁多极辐射：宇称的奇偶性和L 的奇偶性相反；ML1L1电多极辐射的实质主要是由原子核内电荷密度变化引起的；磁多极辐射的实质主要是由电流密度和内在磁矩变化引起的；跃迁概率跃迁亦听从指数衰减 为跃迁概率N tN 0 et1ln2T 1/2EL1ELkR22 .51032.25103ML1MLkR由此可见,跃迁概率随L 的增加而很快变小；当然,数量级的比较仍与跃迁能量有关；能量越低,相邻极次辐射的概率相差越大；相同极次的磁辐射与电辐射概率的比较 23 M L E L 10 4 10 m P cR 即相同极次的磁辐

28、射概率比电辐射概率小二、三个数量级；结论：1）电辐射快于磁辐射；2）辐射极次越高,跃迁概率越小；3）一般来说,M跃迁遵守下述规律：LEL1（1）光子带走的角动量L 的取值为：L|I i I f |,|Ii I f |+1,|Ii If |+2, ,Ii + I f（2）光子带走的宇称：if内转换系数11 =.= ./.=单位时间内内转换电子数单位时间内 光子数. .111 1半衰期比较长的跃迁称为同核异能跃迁；寿命比较长的激发态称为同核异能态；核的组成（电荷数、质量数）完全相同,而半衰期不同的核素称为同核异能素；把 I 3的态间跃迁称为同核异能跃迁；如：234m Pa与234 Pa 之间, I

29、 = |Ii If | = 4；60m Co 与 60Co 之间, I = |I i I f | = 3；211m Po与 211 Po之间, I = 25/29/2 = 8 核的同核异能态表现出下述一些规律：（1）高激发态一般不会是同核异能态； （由于它下面的能级许多, 总有角动量与 它相近的,因而有较大的跃迁概率）（2）偶偶核的同核异能态很少； （争论核的转动时分析）（3）奇 A 核中同核异能态最多；（4）轻核没有同核异能态； （同核异能跃迁的I 3,这一条件只有在 A40 以后才能满意）同核异能态的存在是普遍现象,但长寿命的同核异能素（I 3）不是在元素周期表的全部范畴内都可能显现,它的

30、分布多集中在 数的前面区域,形成所谓 同核异能素岛 长寿命同核异能态形成的根本缘由：N,Z50,82,126 等幻在 50,82,126 三个幻数邻近由自旋 -轨道耦合引起的能级劈裂特殊厉害,以致 j 值相差很大的能级可以相邻排列在一起；这种相邻的两能级具有不同的宇称；核异能态的两个特点： 寿命较长 有较大的内转换系数 穆斯堡尔效应 P182 第八章 核素丰度： 一种核素在它所属的自然元素中所占的原子百分数；核内存在壳层结构的条件（1）每个能级上能容纳的核子数目有限；（2）核内存在一个平均场,对球形核,该平均场为有心力场；（3）每个核子在核内的运动应当各自独立；核内存在壳模型的基本思想 a、在

31、核内存在一个平均力场, 该力场是全部其它核子对一个核子作用场的总 和,对于接近球形的原子核,可以认为该力场为有心场；b、泡利原理不仅限制了某一能级上所能容纳的核子数,也限制了核内核子之 间的碰撞；碰后,核子不能低能态上去,也不能两核子朝同一方向；只能去占据 未被填满的高能态, 这在核与外界不交换能量条件下不行能发生；核子仍能保持原有的运动状态, 即是单个核子的独立运动是可能的；子（或单粒子）模型；所以,壳模型也叫独立粒原子核的壳层结构模型不仅给出了全部幻数,说明白幻数核的稳固性, 而且相当好地说明白大多数原子核基态的自旋和宇称；壳层模型仍有一些 缺陷,如不能解释一些原子核很大的电四极距, 也不

32、能定量的说明核素的 跃迁概率,缘由是没有考察原子核的集体运动, 试验说明一些原子核仍存在转动能级和振动能级,壳层模型无法说明 集体模型： 其基础是壳模型, 它保留了壳模型的基本概念,即认为核子在平均场 中独立运动并形成壳层结构；同时原子核可以发生形变（从球形非球形）,并 产生振动和转动等集体运动；1、直角势阱Vr0V 0rrRR直角势阱的物理意义：表示核子在原子核内部和外部都不受力,只在核的边界 才受很强的向里的吸引力；2、谐振子势阱VrV 01m2r22物理意义：表示核子在原子核的中心邻近不受力,当核子从核中心邻近向外移 动时,受到一个逐步变强的向里的力；分歧产生的缘由：原子核的转动使核子受到肯定的离心力,能级低时,转动得慢,离心力小,可忽视；能级越高,转动越快,离心力越大