核辐射物理及探测学.pptx

第一章 原子核的基本性质 上世纪初的原子模型（发现原子核之前） J.J.汤姆生的原子模型： 正电荷均匀分布在一个球体内，电子镶嵌在其中某些平衡位置上，并作简谐振动。 I.原子核的发现与组成 1856～1940 1906年诺贝尔物理奖 1.1 原子核的组成及其稳定性 1、原子的核式模型 1871～1937 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。 卢瑟福散射实验结论： 正电荷集中在原子的中心，即原子核； 线度为10–12cm量级，为原子的10–4量级； 质量为整个原子的99.9%以上； 从此建立了原子的有核模型。 原子的电中性，要求： 原子核所带电量与核外电子电量相等， 核电荷与核外电子电荷符号相反。 即：核电荷Ze，核外电子电荷–Ze。 2、中子的发现与原子核的组成 发现中子之前，人们猜测原子核是由质子和电子组成的。 这个假设可以解释原子核的质量和电荷。 但也遇到了不可克服的困难。 与实验和理论不符。 例子： 由不确定关系： 　　　　　 由相对论方程： 　　　　　　　　　 得到电子能量为： 对比实验这一结论不存在，所以假设不成立，即核中 无电子。另外从原子核的自旋也可证明核中无电子。 1932年查德威克(J. Chadwick)发现中子。(据此获1935年诺贝尔物理学奖) 1891～1974 用  粒子轰击铍，铍放射出穿透力很强的中性粒子，可以将含氢物质中的质子击出，并证明其有与质子相近的质量。 实验中放出的不是高能，而是中子。 核电荷数Z同时表示： 核内质子数，核的电荷数，核外电子数。 原子核由质子和中子组成， 中子和质子统称为核子。 中子不带电。质子带正电，电量为e。 电荷数为Z的原子核含有Z个质子。 中子发现后，海森堡(W.Heisenberg)很快提出，原子核由质子和中子组成，并得到实验支持。 1901～1976 因量子力学方面贡献，获1932年诺贝尔物理奖。 中子、质子和电子的质量与电荷 质量(u) 电荷(e) 中子 0 质子 ＋1 电子 －1 原子核由中子和质子组成，中子不带电，质子带单位正电荷。中子和质子质量相当，分别约等于一个原子质量单位。核中中子和质子统称为核子，数目以A表示，A称为核子数或质量数，核中质子数记为Z，中子数记为N。常用如下形式表示一个原子核： 实际上核素符号X和质子数Z具有唯一、确定的关系，所以用符号AX足以表示一个特定的核素。 II. 原子核的表示 III. 原子核物理常用术语及意义 1、核素（nuclide） 具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一种原子核或原子称为核素。 核子数、中子数、质子数和能态只要有一个不同，就是不同的核素。 某元素中各同位素天然含量的原子数百分比称为同位素丰度。 具有相同原子序数但质量数不同的核素称为某元素的同位素。(即Z相同，N不同，在元素周期表中处于同一个位置，具有基本相同化学性质。) 2、同位素（isotope）和同位素丰度 3、同中子异荷素（isotone） 4、同量异位素（isobar） 质量数A相同，质子数Z不同的核素。 中子数N相同，质子数Z不同的核素。 也称为同中子素或同中异位素。 5、同质异能素（isomer） 质子数 Z 和中子数 N 均相同，而能态不同的核素。 同质异能态： 同质异能素所处的能态，是寿命比较长的激发态。 6、偶A核： 奇A核：偶奇核(e-o核)、奇偶核(o-e核)。 镜像核：中子数N、质子数Z互换的核素。 IV. 核素图及β稳定曲线 核素图 β稳定曲线 核素图及β稳定曲线的特点：　　 　　 １).核素图包括300多个天然存在的核素(其中稳定核素280多个，放射性核素30多个)及1600多个人工放射性核素。 ２).稳定同位素几乎全落在一条光滑的曲线，稳定曲线在轻核靠近 Z＝N 线，而对重核则 N Z. 3).偏离稳定曲线上方的核素为丰中子核素，易发生β－衰变；下方的核素为缺中子核素，易发生β＋衰变。 稳定核素的奇偶分类表： Z N 名 称 稳定核素数目 e e 偶偶核 166 e o 偶奇核 56 o e 奇偶核 53 o o 奇奇核 9 偶偶核最稳定，稳定核最多；其次是奇偶核和偶奇核；而奇奇核最不稳定，稳定核素最少。 1.2 原子核的大小 实验表明，原子核的线度比原子的线度10–10m小得多，为10–14 ~ –15m量级。 原子核的形状作为一级近似可以看作球形。 由于原子核有角动量，略呈旋转椭球形。 原子核的半径,根据测量方法： 它们结果相近，均与 A1/3 成正比。 电荷半径： 核力半径： 核力