原子核基本知识简介.ppt
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1、原子核基本知识简介,更多核磁资料,请下载核磁共振小助手,sina下载地址: http:/ 17 章 原子核基本知识简介,图为我国于 1988年12月在中科院兰州近代物理研究所建成的重离子加速器 HIRFL。1992年合成了208Hg,实现了我国在新核素合成方面零的突破,已知核素 稳定核素 近物所首次合成的重质量新核素 近物所研究过的核素,图为兰州近代物理研究所合成的八种新核素首次建立的核衰变纲图及部分研究过的核素,17.1 原子核的组成及基本性质,一.原子核的组成,1932年查德威克发现了中子,1911年卢 瑟 福建立了原子核的概念,海 森 伯提出了原子核是由质子和中子组成的假设,质子和中子统
2、称为核子。实验表明,质子是稳定粒子,自由中子却是不稳定的。,原子质量 1/12,二. 原子核的电荷和质量,原子质量单位 u 定义为:,原子核的电荷数(即核内质子数)用 Z 表示。其带电量为 +Ze,一个处于基态的中性,一种核素,用符号,例如符号:,表示。,同位素:具有相同原子序数的核素。,例如:,同中子异位素:具有相同中子数的核素。,例如:,原子核的半径可近似地表示为,对所有核都适合的一个常量,白矮星的密度只有 10 9 21011 kg / m3,中子星的密度可达到 1018 kg / m3,核物质的平均密度 21017 kg / m3,三. 原子核的形状和大小,I 称为核自旋量子数,四.
3、原子核的自旋和磁矩,1. 原子核的自旋(角动量),(1) 对于不同原子核, I 只能取整数或半整数,讨论,(2) 原子核基态的自旋量子数有如下规律,偶-偶核的自旋量子数都等于零,奇-奇核的自旋量子数都等于非零整数,奇A 核的自旋量子数都等于半整数,2. 原子核的磁矩,在给定方向的投影为,(3) 核自旋,mI 为原子核的磁量子数,取值 I, (I1), , (I1), I,N 称为核磁子, gI 称为原子核 g 的因子,(1),讨论,与核自旋平行和反平行两种情况。,(4) 质子的磁矩几乎是核磁子的三倍,而中子具有负磁矩,,最大可能值为,(3) 核磁矩在给定方向的投影可能取值为 gImIN 。其投
4、影的,数值约为核磁子的两倍。这表明不能把质子和中子看成,是无内部结构的粒子。,但并不完全相等,其它原子核的磁矩也是如此,都不等,于组成它的所有核子磁矩之和。这一事实说明核内各核,(5) 氘核的磁矩虽然非常接近于质子磁矩和中子磁矩之和,,子间存在着复杂的相互作用。,(2) gI 是一个纯数,可能为正,也可能为负,分别表示磁矩,五. 原子核的宇称,宇称是波函数的一种特性,它可以是奇的或偶的,偶宇称,奇宇称,宇称是波函数空间反演的特性,原子核的结合能,用 B(Z, A) 表示,原子核质量亏损,记为 m (Z, A) ,常用中性原子质量表示,六. 原子核的结合能,比结合能 B/A 随质量数 A 的变化
5、,个核子所需做的功就越大,原子核就越稳定。,(2) 核子的平均结合能(比结合能) B/A 越大,从核中拉出一,(1) B(Z, A) 也代表把原子核拆散时所需做的最小功的数值。,说明,讨论,(1) 在A 小于30 的原子核中,比结合能的数值就其总的趋势来讲是随 A 的增大而增大,但有明显的起伏。,(2) 质量数大于 30 的原子核中,比结合能随 A 的变化不大,近似为常数。这个近乎不变的特征是核子只与邻近核子作用(即核力具有饱和性)的一个证据。,(3) 轻核和重核的比结合能都小于中等质量原子核的比结合能,这一事实是核能得以利用的基础。,奇 A 核是费米子 服从费米-狄喇克统计,偶 A 核是玻色
6、子 服从玻色-爱因斯坦统计,七. 原子核的统计性和电四极矩,1. 原子核的统计性,2. 原子核的电四极矩,当 Q = 0 时,核电荷分布呈球形,量度原子核电荷偏离球对称的程度,用 Q 表示,Q 0 时,呈长椭球形,Q 0 时,呈扁椭球形,核力的一些主要性质,(1) 核力是短程强作用力,(2) 核力与核子的电荷无关,(3) 核力是具有饱和性的交换力,(4) 核力与自旋有关,(5) 核力中除了有心力外,还包含有微弱的非有心力成分,17.2 核力和核结构,一.核力及其性质,1. 液滴模型,核结合能的半经验公式,与实验结果符合得相当好,成功的说明了原子核裂变现象,1935年魏茨泽克根据液滴模型提出了一
7、个关于原子,二.核结构模型,成功应用实例,成功地描写原子核整体行为,抓住了核子间相互作用最重要的特性 核力的短程性和饱和性。,把原子核当作一个整体,没有说明原子核的内部结构,无法解释原子核诸如能级结构、角动量等特性。,缺点,优点,“幻数”核 质子数或中子数等于 2, 8, 20, 28, 50, 82 和中子数,为 126 时的原子核,成功的解释了原子核幻数、基态的自旋和宇称以及衰变等,2. 壳层模型,成功应用实例,独立地在一个静止的平均势场中运动的假设过于简化。,不能解释远离双幻核区域的 原子核磁矩、核电四极矩以,及 跃迁概率等问题。这表明壳层模型中关于各核子彼此,不足,3. 集体模型,在5
8、0年代初,丹麦物理学家玻尔等人提出了在考虑单粒子,独立运动的同时,还必须考虑原子核发生转动和振动等集,体运动的新模型 集体模型,或称为综合模型。,钍系,10次,连续衰变次数,母核,A 满足的关系式,末代子核,放射系,人工,天然,天然,天然,铀系,14次,锕系,11次,镎系,13次,17.3 放射性衰变和核反应,一.放射性衰变,1. 放射系,镎系中,镎的半衰期最长,为 2.14l0 6 年,由于其比地球年龄短得多,因此天然不存在镎系。,2. 指数衰变律,N0 为 t = 0 时的原子核,衰变常量 :表示单位时间内原子核发生衰变的概率,半 衰 期 T :表征原子核衰变的快慢,平均寿命 :表示每个原
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