第一章-原子核的基本性质课件

1、本节课请关注： 核辐射物理中常用的物理量和单位 波粒二象性 不确定度关系 原子的结构,核辐射物理及探测学 第一章 原子核的基本性质,2016年9月12日，第一课,关于核辐射物理部分的前言,有关核物理的理论与实验工作对20世纪的物理学发展起到了重要的作用。 核物理所涉及技术的应用范围和影响，超过了其它任何学科。,微观（microscopic）： 夸克、中微子等基本粒子的研究 “宏”观（cosmic）： 宇宙的起源，大爆炸模型（Gamow，1946） 造福人类： 医疗诊断与治疗：CT，PET，刀 能源：核能 和平威胁： 核武器,核物理的“唯象”特点,唯象的方法：phenomenological a

2、pproach 原子物理学： 量子电动力学可以给出准确的计算：6个有效数字 核物理： 难以找到一个内在统一的理论表述(a coherent theoretical formulation) 对不同的现象，用不同的表述 衰变，衰变，跃迁，直接反应，裂变等 各自都是完备统一，但彼此之间并不适用 Islands of coherent knowledge in a sea of seemingly uncorrelated observations. 对于某些现象，如拉紧核子的核力，现在还难以说清其本质,K. S. Krane, Introductory Nuclear Physics, P.2,3

3、,有必要介绍的一些常量或单位,重要的常量： 阿伏伽德罗常数： NA=6.022141991023/mol 联系宏观与微观的量 普朗克常量： h=6.6260687610-34Js =1.05457159610-34Js =6.5821188910-22MeVs 能量、角动量的量子化 确定度的极限？ 真空中的光速： c=2.99792458108m/s 微观粒子高速运动，需考虑相对论效应，质能关系 基本电荷： e=1.60217646210-19C 质子、电子的电荷量,常用单位： 能量 1eV=1.610-19J 1keV=103eV 1MeV=106eV 质量 MeV/c2 m电子=9.110

4、-31kg =0.511MeV/c2 时间 1ps=10-12s 1fs=10-15s 1as=10-18s 10-20s：5He 长度 1fm=10-15m（核的尺度）,一些必要的知识准备,物质波（matter wave）与波粒二象性（wave-particle duality） 光是具有波粒二象性的。 波动性：wave phenomenon 1900年以前，光被普遍认为是波动的 粒子性：particles of light Planck，1900，黑体辐射 Einstein，1905，光电效应 de Broglie 1924年提出实物（静质量非0）粒子也具有波粒二象性。,de Brogli

5、e wavelength:,1927年，Davisson & Germer实验证实了电子的波动性。,物质波的实验证实,一个粒子，如何出现在多个位置（波动性）,物质波是概率波 波函数的绝对值的平方就是微观粒子在某一时刻出现在某处的概率,波动是无限的。那么粒子到底会出现在哪里呢？,粒子是个波包（wave packet） 某些观测量之间存在不确定关系：Heisenberg uncertainty relationship,不确定度关系（uncertainty relationship） 波粒二象性不确定度关系 Heisenberg 1927年提出 体系处于某个力学量A的本征态力学量A具有本征值，没有

6、涨落，这种情况下其它力学量B不一定具有本征值 若A与B不能对易，则A和B的不确定度不能同时为0。 若可以对易，则A、B可同时具有本征值，不确定度为0。,位置不确定度 vs 动量不确定度,能量不确定度 vs 时间不确定度,角动量分量不确定度 vs 方位角不确定度,三种常用的不确定度关系,核物理大事件年表,核物理大事件年表,第一章 原子核的基本性质,作业： 第一章习题：1-1,1-2,1-4,1-5, 1-6,1-8,1-10,1-11,核辐射物理及探测学,1.1 原子核的组成、质量和半径 1.2 原子核稳定性及核素图 1.3 原子核的结合能 1.4 核力及核势垒 1.5 原子核的矩（自旋、磁矩和

7、电四极矩） 1.6 原子核的统计性 1.7 原子核的宇称 1.8 原子核的能态和核的壳层模型,1、原子核的发现与组成,原子的英文名(Atom)是从希腊语转化而来，原意为不可切分的。很早以前，希腊和印度的哲学家就提出了原子的不可切分的概念。,17、18世纪，化学家发现：原子是一种元素能保持其化学性质的最小单位。,原子真的不能分割，是组成物质的最小微粒吗？,要回答这个问题，就要看能不能找到比原子更小的微粒，显然，这应该是物理学家的事情！,19世纪物理学的发展： 19世纪中后期，经典物理学（力学、热力学、电磁学）发展到了相当完善的地步！ 19世纪末，有些学者曾表示，留给物理学家的事，就是向已经相当完

8、善的知识体系中填充一些微小的缝隙而已。,物理学界笼罩在一片悲观的气氛中！,1、原子核的发现与组成,然而，很快，在19世纪和20世纪之交，人们观察到了许多以前完全无知的新现象。 1895年，伦琴发现X射线；(1901诺奖) 1896年，贝克勒尔发现放射性；（1903诺奖） 1897年，汤姆逊发现电子 （1906诺奖）,汤姆逊测量了电子的质量和电荷的比值，发现这一比值只是单电荷原子的质荷比很小的一个分量。他认识到，这些轻质量的微粒一定是和带正电荷的物质共同构成了不同的原子。,20世纪初的原子模型（发现原子核之前）：J.J.汤姆生的原子模型（1907）： 正电荷均匀分布在一个球体内，电子镶嵌在其中某

9、些平衡位置上，并作简谐振动。,1、原子核的发现与组成,18561940,1906年诺贝尔物理奖,“因在气体放电的理论和实验研究中所作出的杰出贡献”。他培养出了8位诺贝尔奖获得者，包括自己的儿子G.P.Thomson,（1）、原子的核式模型,18711937,1908年诺贝尔化学奖,1909年卢瑟福散射试验， 1911年提出原子的核式模型。,粒子在金箔中大角度散射的概率： 理论：极小，10-3500 卢瑟福实验：1/8000,Rutherford: “It was truly remarkable. It was as if we had fired a 15” shell at a piece of tissue paper and it had bounced back.”,卢瑟福散射实验结论