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内容提要：1、原子核的放射性衰变2、放射系 3、三种基本衰变目的要求：1、掌握原子核的衰变规律重点难点：1、原子核的衰变规律。回主页教学内容：一、原子核的放射性衰变1、放射性衰变的统计规律（4）测定半衰期的方法如表10.4所示，大部分原子核的半衰期是很长 的，所以不可能直接测量时间。根据衰变定律有：，两边取对数由此可知 与时间t成线性关系 如图10.4所示。直线的斜率就是衰变常数，纵轴截距为 ，纵轴值为 处对应的时间即为半衰期。（5）放射性强度放射性强度是指样品在单位时间内发生衰变的次数，即单位时间内衰变的原子核的数目，用A表示,即 ，由此可知，放射性强度随时间变弱。因居里夫妇两人对放射性研究的贡献，后人用“居里（Ci）”作为放射性强度的单位。例：已知 的半衰期T=年，试估算1kg的在与地球年龄（t=年）相同的时间内产生的最后衰变物铅的数量。解：先求出1kg的的原子核数目 到t时刻 的数目为 的质量为 2、放射系1射线，为氦原子核，它对物质的电离作用最强，但穿透能力最弱。2射线，为高速电子流，电离作用较弱，穿透能力较强，+衰变则放出的是正电子。3射线，是一种波长很短的电磁波（或者说是一种光子），穿透能力最强，电离作用变小除这三种射线外，有的核素在衰变时还放出质子或中子。实验表明，放射性衰变过程中，电荷和质量数都是守恒的。对衰变，满足衰变方程对衰变，衰变方程为 而衰变可理解为原子核从高能级向低能级跃迁辐射出光子的过程，它往往不是单独发生，而是伴随着衰变或衰变发生。这是因为衰变或衰变容易使原子核处在激发态。这个过程满足的衰变方程为 自然界里的一些重元素往往发生一系列连续的衰变而形成放射系。天然的放射系有三个：铀系、钍系和锕系，分别如图10.5(a)(b)(c)所示。它们都是从一个长寿命的核素开始，这个核素被称作该族的“始祖”。这些始祖的半衰期很长，可和地球年龄相比，因此到今这些元素仍旧在地壳中保持相当的数量。另外还有一个人工放射系镎系，如图10.5(d)所示。该系中半衰期最长的也要比地球年龄小得多，故该系中各个成员在地壳中均已不复存在。铀系起始于，经8次衰变和6次-衰变最后成为稳定的铅。由于第一次衰变的半衰期比其它衰变的半衰期要大得多，所以可近似认为铀衰变到铅的半衰期就是4.5亿年。在这一系中的各种原子核的质量数都可用（4n+2）表示，所以又称为（4n+2）系。钍系从钍原子核开始，经6次衰变和4次-衰变最后成为稳定的铅。同样，第一次衰变的半衰期特别长为13.9亿年。该系中各成员的质量数为（4n）。锕系起始于铀的同位素，它的半衰期为0.71亿年，该系成员的质量数满足（4n+3）。除这三个天然的衰变系（起始元素自然界中存在）还有很多人工衰变系（起始元素是人工合成的）。如镎系的起始元素钚就是在核反应堆中由中子轰击后产生的放射性物质。进而形成一个放射系镎系。其成员的半衰期最长的为220万年，所以核废料的放射性污染是长时间的，所以要经过很严格的处理。3、衰变（1）衰变的条件衰变的衰变方程为设衰变前的母核X是静止的，根据能量守恒定律有 即为衰变的衰变能，用Ed表示，显然，在发生衰变必须Ed0，也就是说，一个核素要发生衰变，母核的静止质量必须大于子核与粒子（氦原子核）的静止质量之和。（2）衰变能与核能级 衰变能是不稳定原子核在进行衰变时放出的能量，可由衰变前后原子质量的差值求出。也可以测量出粒子的动能来计算衰变能。衰变前母核静止，动量为0，于是根据动量守恒定律有：所以衰变能 测粒子动能的方法很简单，只要测出它在磁场中的运动半径就可得出它的动能。实验发现，同一衰变源放出的粒子有不同的能量，但它们的能量也不是可以取任意值，它只能取一些分立的值，这也说明原子核的内部存在能级。4、衰变（1）衰变的类型衰变是核电荷仅改变1而核子数（质量数）不变的衰变。有种情况均属于衰变：1-衰变：放出一个负电子，原子核中的一个中子变成质子，原子核变为原子序数加1的核。方程为序数为Z的原子经-衰变刚好成为序数为Z+1的原子。高原子质量为MZ，则由能量守恒定律，很显然，衰变能（放出电子的动能）必须大于0，才能发生衰变，也就是说发生-衰变的条件是：衰变前的原子质量要大于衰变后的原子质量，即2+衰变：放出一个正电子，原子核中的一个质子变成中子，原子核变为原子序数减1的核。方程为序数为Z的原子经+衰变成为序数为Z-1的原子另外还多出两个电子来。于是能量守恒公式为 同样衰变必须大于0，所以产生+衰变的条件是原子质量 3K俘获：原子核俘获一个核外K层电子与原子核中的质子结合后成为中子，而原子核变成原子序数减1的核。这个过程称为。方程为（2）能谱与中微子 射线的本质量电子束，因此可以用磁谱仪测量出粒子运动轨迹的曲率半径就可得出粒子的动能，它的能量可近似为衰变能。实验发现，放射物放出的射线的能量是连续分布的（这是与衰变所不同的），如图10.6所示。从图中可以看出三个特点：这里就出了两个问题：1能谱是连续的；2能量有一个确定的最大值；3能谱存在一个最大值，它表明具有相应能量的粒子最多。（教材P305特点三不确切，有些核素衰变的能谱并不满足此特点，强度最高处的能量约等于最大能量值的1/3）。1粒子能谱和其它实验结果表明，原子核的能量是量子化的。射线来源于原子核，它的能谱为什么是连续的呢？2衰变过程中，母核和子核的质量数不变，根据前面的知识你们知道，它的自旋角动量是不变的，实验结果也是这样的。但是放出的粒（正电子或负电子）的固有自居旋角动量是h/4。这样一来整个系统的角动量就不守恒了。l为了解决这一问题，1930年，泡利提出了中微子假说。他认为在衰变过程中，原子核除放出粒子外，同时还放出一种静止质量几乎为0的中性粒子（称为中微子）。这样，在母核静止的参照系中，衰变后产生了子核、粒子、中微子。按动量守恒，产生的三个 粒子的动量的矢量和为0，衰变能可以在子核、粒子、中微子三者之间任意分配，所以粒子的能量是连续变化的。当子核和中微子的能量都为0时，粒子的能量则最大（等于衰变能），这就是能谱是的最大值。这样一来，角动量守恒问题也就迎刃而解了。只要中微子的自旋角动量和粒子的自旋角动量大小相同，方向相反。这样就保证了系统的角动量守恒。中微子几乎不与物质相互作用，它不被物质吸收，所以它的穿透能力特别强，一个中微子可穿透1000光年厚的钢板、3600光年厚的水。由于它几乎不和物质相互作用，所以也很难探测它。直到1959年才直接探测到中微子的存在（原了在核反应堆中会产生大量的中微子）。（3）衰变的实质我们知道，原子核由质子和中子组成，核内不存在电子。衰变放出的电子是从哪来的呢？1934年，费米指出，-衰变的实质是原子核内的一个中子变成质子，+衰变或K俘获是一个质子变成中子。中子和质子可看作是核子的两个不同量子状态，它们之间的转变，相当于是从一个量子态 跃迁到另一量子态，在跃迁过程中放出电子和中微子。电子和中微子并不存在于核内，它们是核子量子跃迁的产物，这好像光子是原子在不同量子态之间跃迁的产物一样，光子原来也不存在于原子内。对-衰变，其核内中子数大于质子数，为趋于稳定，中子向质子转变对+衰变，其核内质子数大于中子数，质子向中子转变 K俘获5、衰变和内变换 （1）当原子核发生衰变或衰变时，生成的子核可能处在激发态。与原子情况类似，处于激发态的原子核是不稳定的。当它向较低能级跃迁时同样也要向外辐射电磁波，这就是射线。由于原子核的能级间隔比原子能级间隔大得多，所以射线是波长极短的电磁波。原子核的衰变要遵守三个守恒定律：1总能量守恒 2总角动量守恒 3宇称守恒（2）内变换 原子核在能级间跃迁,有时并不辐射电磁波，其中之一就是内变换作业：369页，第3题、第4题内容提要：1、核力 目的要求：掌握核力的性质重点难点：1、核力的特点84 核力：上次课给大家讲了原子核的密度，其表达式为：原子核的密度，足见原子核是物质紧密集中之中，那么是什么的力使其密度如此之大呢？在人们知道原子质量核之前，只知道在自然界有两种作用力，一是万有引力，一是电磁力。下面我们看看这两种力是否能引起原子核的密度是如此之大。：电磁力：（作用于所在具有电量的物质之间）中子是不带电的，质子带正电，那么说质子之间具有静电排斥力，无法说明上述问题。：万有引力：（作用于所在具有质量的物质之间）我们大致计算一下核子间的万有引力热势能：如果两质子相距即核子间的万有引力势能只有大小，极微小的也无法使原子核的密度是如此之大。所以当时的许多物理学家感到在宇宙间除了这二种作用力，还应有其它的作用力，最后对原子核的研究了解使原子核的核子如此密集是一种强相互作用力，就叫它核力。所以今天所知宇宙 有四种力在起作用。1：万有引力、2：电 磁力、3：强核力、4：弱核力。强核力：将组成原子核的粒子束缚在一起。弱核力：在表的表面过程中起作用。下面我们把核力的基本性质说一下：1：核力的主要性质：短柱力。我们知道万有引力和电磁力都是长柱力，即两物体相距限远时，它们之间仍有上述两种力的作用。但柱力是短程力。只有在原子核的线度内（几个费木）才能发生作用。因此人们在未发现原子核之前从来没有察觉到这种力。那么如何说明强核力是短程力呢？我们知道由于核力才使原子核具有结合能，即是说结合能的来源是核力，而核力的结合能为：即：结合能近似与A成正比：而原子核的体积A即：结合能正比核的体积AV：而核的体积的线度是极小的，故核力是个短程力：具有饱和性的交换力。即一个粒子只同它附近几个核子有作用力，不是同原子核中所有核子起作用。又用于相邻的数目是非常有限的，因此核力具有非常明显的饱和性。（3）转力与电荷无关：海森堡在1932年曾假设：质子与质子之间的核力，中子与中子之间的核力，以及质子与中子之间的核力可相等，即：=单纯的=，称作核力的电核对称性，它们在与 相等，就称为与电荷无关。以上结论在1937年为实验初步证明，后来以在1946-1955年期间为更精确的实验所证明。=可靠性在99%=的可靠性在98%例如在较轻的稳定的原子核中，原子数和中子数一般是相等的。如果将一个原子核中所有的质子换成中子，中子换成质子，就得到另一个原子核。这个原子核互为镱象核，一对镱象核由于交换前后核子数相同，基态也一样无法区别，故其：=。（4）非有心力的存在：从实验还得到核力除主要的有心力外，还有微弱的非有心力的存在，即核力在极短程内存在斥力，使得核力不能无限靠近。从质子质子散射实验可推出质子与质子之间的相互作用势能大致是这样 l当两核子之间的距离为费木时，核力表现为吸引力。l当两核子之间的距离在小于费木时，核力表现为斥力。l当两核子之间的距离在大于费木时，核力完全消失。l在了解了核力粒质的基础上，人们就要问核力是靠什么相互作用呢？下面我们将讲这个问题。2核力的核力论：在讲核力的核力论之前，我们先讲一下电磁力，我们讲两个带电核子之间如何发生作用。他会回答同性电相斥，异性电相吸，但它们之间是如何发生作用的呢？带电粒子间的力是通过电磁场起作用的，电磁场有时显出量子化。它的量子就是光子。怎么理解呢？现在绝大多数人对“气功”的表演惊讶万分，因为他们不相信超距作用，认真想一想对电磁相互作用也应该产生问题，确实现代的观点并不认为电磁作用是超距的，而是带电粒子之间交换“光子”而产生的交换力。时间t x 距离一个电子从左到右，一个电子从右到左。左边一个电子在A点改变运动方向，同时发出一个虚光子r，右边一个电子吸收这个光子，又发出一个电子，总的效果是：甲电子从左飞来，乙电子从右飞来，相互作用相互反向离去。即：电磁场光子光子电磁场电磁场对于电磁理论：是用麦克斯韦方程求解：如果定义二个量与 、称为电磁场的标势与无势：将上两式代入与式，再利用 得：对于标势、如果：是静电场。即与时间无关 =0在有原点上有一固定电荷e则：因为在有原点有电荷（单位体积）不在原点元电荷 那么对于上述方程的解是极容易得到：因为对于点电荷上式：根据电磁理论给人们一个启发，在1935年汤川秀树根据此也提出一个理论：叫做介子论：电磁场起作用在核子之间也有一个场起作用核力场场量子是光子现在求这个场为场量子正如电磁场可以用势函数描述，关天核力场也可以推得出一个势能明。一个具有静止质量p的自由粒子的哈密函数按相对论是：平方得：用量子力学算得：H=代入上式使之运算一个势函数中：这与电磁理论中标势方法大体一致。对于静核力场：仍设原点上有一粒子，则：设 是球对称即有。（r0）解此方程得：看这个势函数：随r的增加而急剧地趋于零，代表短程力 这个数代表力程的数量级，力程的数量级应该同原子核的大小相仿，这样如用电子质量除后。=（）代入数值 约为电子静止质量的200倍，它介于质子质量与电子质量之间，故名为介子，当汤川秀树提出他的介子理论时，人们并没有发现这样粒子，于是实验物理学家开始始特介子，在1947年人们真正提到 介子，它分为 、介子，它们后量分别为电子质量的273.31倍与260倍，所以介子是核力场的量子。有图表示它们之间的作用是这样：n P P n P P P P P n nP所以核力是交换力。核力的介子论是比较成功的，但是还有困难，还在研究中，要谈这个问题我们下次课讲：作业：1；课本369页习题52；试证明：从核力的电核对称性（=），就可以认证轻核中 Z=N 的必然性。内容提要：1、原子核结构模型目的要求：掌握原子结构的四种模型目的要求：掌握原子结构的四种模型重点难点：重点难点：1、原子的液滴模型及原子的壳层、原子的液滴模型及原子的壳层模型模型教学内容：8-5原子核结构模型有关原子核内部结构的研究是一个长期发展过程，研究原子核与研究其它层次一样，除要回答原子核是由什么组成以外还要回答原子核的组成体在核内是如何运动的。这个问题至今没有完全解决。目前人们提出了各种原子核模型，对原子核作近似的描述，把这些模型所表示的一些原子核的情况综合起来，就会获得比较全面的一幅原子核图画。下面我们把这几个模型给大家讲一下一：费木气体模型：这个模型把原子核看作几乎没有相互作用的气体分子，由于中子与质子都是费木子，原子核就可以视为费木气体，这样对核内粒子的运动起约束作用的主要因素只是饱利原理了。即不能有两粒同类粒子，具有完全相同的量子数但是核子的目地可以取两个相反的方向，故在这个模型中，从最低能级直到核子所具有最高能级，都有两粒子。Ef Vo En Ef费木气体模型代表了原子核的某些性质，但这个把原子核看作近似的分子，忽视了核子间短程力的存在。二：液滴模型 1：实验根据与想法：即：EA 核力具有饱和性，原子核中的液体中的分子亦只同附近的分子作用一样，（是近稳性）：原子核的密度是常数，正如液滴的密度是所以原子核与液滴很想像，故原子核用液滴2：外斯赛格质量公式外斯赛格提出原子核的质量可以近似表示为：粒子同周围几个粒子起作用，这正如常数一样。来比拟是符合它们的一些情况。组成原子核的各粒子质量之和。体积能表面能质子的库仑推斥能量质子与中子是否对称产生的能量原子质量同N和Z奇数或偶数的提示：由于 是组成原子核的各粒子质量之和，故原子核的结合能就为：相当等于：体积距：故：故：结合能的主导项是体积能，而结合能是给出能量因此：表面能：在表面上的粒子只同表面内的粒子起作用，从而也就同表面现象成正比：=注意：1：2：取+号：原子核中质子的库仑推斥能量共有Z个质子：取出一个它同其它（Z-1）个质子发生相互作用：（Z-1）次 +（Z-1）+(Z-1)第一个 第二个 第Z个=Z（Z-1）但它们之间都重导考虑了一次改每一个质子同其余质子共发生，1/2Z（Z-1）以相互作用，而每一对质子之间的静电力能量为：故：库仑斥力能量是：=按：对称能是偏离Z=N=A/2的修正实验发现，在轻的原子核中，质子数与电子数相等的原子核（Z=A/2）最为稳定，或NN即偏离了 的条件时稳定后要减低相应结合能（称为对称能）要减少，故：奇偶能 实验发现：原子核的稳定程度还与Z、N的奇偶有关：N偶、Z奇 最稳定 N偶、Z奇或N奇Z偶 其次 N奇、Z奇或 最不稳定这种性质可表示：这种我们最后和到：1945年格林由实验测得各系数值：对于 的原子核，M式计得核质量和实验结果相差在0.190以内 可以统上面的公式是相等成功的，它比费木气体模型好一些，但它不没有说明原子核内部的结构。三：壳层模型 关天原子核的大量实验事实显示原子核内部存在着某种壳层结构，特别发现质子数 Z和中子数等于2.8、20、28、50、82或 126的原子核具有特殊地位：2和8的原子核比邻近的Z、N值原子核稳定：锡Z等于50，它有碗话碗，有10个稳定的同位素比任何其它元素都多，说明它的原子核很稳定。：三个天然故射系的最后稳定产物都是锗，它们的已都等于82：地球表面元素存量的峰值在 许多事例都证明了Z或N等2、8、82具有特殊性，我们称这些数为幻数。从这些常量推断，幻数一定表征核内完整的壳层：核壳层模型的基本假设是：每个核子处在其余A-1个核子 的平均作用所形成的球形对称引力场之中，独立地绕着“轨道”而运动，和这些轨道相对应，原子核具有一系列能级。对原子核，习惯上仍用符号s、p、d、f.等来表示 l=0、1、2、3、的能态。但在它们前面的数字是表示经量子数v 而不是主量子数，这点与核外电子态的标记不同。例如：n=2 l=1 电子态写成2P对原子核 v=n-l=2-1=1.记为1P其它一样故有：稳态次序：1s 1p 1d 2s 1f 2p 1g 2d同类粒子满额数2（2 l+1）2 6 10 2 14 6 18 10各态同类粒子累积数 2（2 l+1）8 18 20 34 40 58 68表中第二行，有些幻数（2、8、20）其余都不是幻数，足见上表，第三行还不能说明实验所显示的壳层 结构，理论需要再有扩展，这就是再加自旋和轨道运动 耦合的状况。粒子具有自旋与轨道运动耦合，组成每一粒子的总角动量 这样我们看下图。：对一个 值：的能级低于 的能级：=能级的间隔与 成正比 具有相同的 值和 值的偶数 上述第、两点可以说明完整壳层的核子数。对第一壳层：容纳2个质子（或中子）对第二壳层：容纳6个质子（或中子）一、二壳层容纳8个质子（）或中子对第三壳层：容纳12个质子（或中子）一至三：壳层容纳20个质子（或中子）一至四：壳层容纳28个质子（或中子）一至五：壳层容纳50个质子（或中子）这样幻数就毫无差错地出现，可见这个理论已能说明满 壳层的核子数。关于上面提到的要点、的情况都经实验验证。可见壳层模型能够说明许多问题，但仍有 把原子核中的核子看作一群互不相关的粒子，不足之处，每一个只在 平均势的势场中运动，而实际情况并不是这样简单的。下面我讲集体模型下面我讲集体模型。四：集体模型。四：集体模型。壳层模型取得许多成就，说明它的基本假设与实验值的偏离 的，如何把粒子间的相互作用 人们又提出集体运动的模型：有些道理，但由核磁矩和核电四极矩的计算值来看，单粒子图象是不够准确考虑进去呢？他们认为：最后填充的核子绕着运动的核心（相当于原子实）是可以变形的，因而该粒子是在一个变动着的势场中运动。核心部分的运动包括振动和转动，由于核子间的相互作用 很强核心（像一颗液滴）的形状将在其平衡位置在低能范围内，主要是作保持体积不变的振动。远离幻数的核。振动的平衡形状是轴对称的，会出现与分子的振动转动 附近作线变运动 因而有转动 的确发生，这就解释了核能谱能谱相似的特点。综上所述：几种原子核模型各有一定的事实根据，都有其成功之处，气体模型比较简单，液滴模型 以核力的饱和性和短程性为基础，说明了原子核 的某些情况，壳层模型和集体运动模型更 细致反映了核的结构内部运动状况。作业：作业：369369页页习题习题6内容提要：内容提要：1、原子核反应、原子核反应目的要求：掌握原子核的反应重点难点：1、原子核的阀能教学内容：8-6：原子核反应研究原子核有两种途径：1：原子核的辐射衰变。2：原子核反应两者的相同点探究原子核的结构和性质，不同点是辐射衰变是原子核自发的变化，原子核反应是受激的变化。能够激发原子核反应的有：P、各 光子，其形式表示为：A +q B +靶 利 出 q 核反应类型有：一：原子核反应和守恒定律：最早发现原子核反应的是卢瑟福，它在1919年用荧光屏观察 的 射线，他有时观察到射击粒大得多的射线，用磁场进行分析，认为长射核的粒子是质子，从这些实验，他认为这是 粒子撞击空气中的N原子核而放出质子的过程即：后来人们又用质子撞击锂，观察到如下反应：以上都是表示原子核反应的例子，在原子核反应在所在原子核反应中，过程中研究总结出来，有些物理量反应前后总是不变的。：电荷守恒 ：核子数守恒：质量守恒 ：线动量守恒：角动量守恒 ：宇称守恒这就是原子核反应的守恒定律，根据守恒定律我们可以求出原子核反应的距离。二：原子核反应的能量：二：原子核反应的能量：（一）反应能Q：设原子核A被P粒子撞击变成B和q A +q B +q静质量静质量：动 能：根据相对论：动能为：（动质量）（静质量）i=0、1、2、3、根据质量和总能量守恒有：定义：定义：反应能Q定义为反应后粒子的动能超出反应前粒子的却能差值，这也等于反应前粒子静质量超过反应后粒子的静质量的差数自乘以Q0 放能Q0 吸能例：=14.0037074=4.00263074=4.00263074=1.007825这表示这原子核反应是吸收能量。（二）Q方程：设被打击的原子核原是静止的，所以被打击 只要率先测知现在测得和即可解得阀能：阀能就是激发原子核反应的入射粒子必须具有的最小动能：入射粒子 P C（m）质心 A 靶粒 Xc X P相对C的速度：=A相对C的速度：=在质心坐标中反应前后的线动量都等于零所以在质心坐标中的阈能只等于。一部分必须转化为反应后体系的动能。对放能反应来说，减少静能正好 转化为动能，因此当入射粒子的动能有任意值时，放能反应都能够发生。但对吸能反应来说，反应后体积的静能反而增加了，这部分增加的静能必须由入射的粒子提供。此外，按动量守恒，入射粒子还必须保证反应体 系具有一定的动能。总之入射粒子的动能不能小于某一个阀值时，吸 能反应才能进行。阀能就是激发原子核反应的入射粒子，必须具有的最小动能。在 质心系中，反应前体系的动能为零，按动量守恒，反应后体系的动量也应为零，因而反应后体系的动能可以为零。显然反应后当体系的动 能为零时，入射粒子所需要的动能最小。换句话说，在阀能情况下，产物质心系中是静止的，而相对于实验室系，反应产物与质心一起以速度V运动。为了求出阀能与反应能的函数关系，我们分别讨论相对论和非相对论两种情况 在非相对论两种情况下，入射粒子在实验室系中的动能和在质心系中的动能 之间的关系由以前知：（1）由 的表达式可知，值只与静质量有关，由于静质量在两参考系中是不变的，所以 值在两参考系中也是不变的，因此可得：根据在阀能情况下：在高能反应中，参加反应后粒子速度很高，必须考虑相对论效应。在实验室系中，如果入射粒子的动量为P，则它的总动能为 由于靶粒在实验系中是静止的，所以它的动能和动量均为零，总能量就等于靶粒的静能。因此反应前体系的 总动量 总能量 P 反应后体系的利用能量动量关系，在反射前后的不变性，可得：=（2）其中：整理后得：=其中利用 三、反应截面：所谓反应截面是指被撞击的靶上每个原子核挡住入射粒子的有效截面：设n个粒子撞在一薄层物质上被挡住而起反应的数目dn表示为：N：其中每单位体积的原子核数目：:薄层的厚度：有效截面：单位面积的薄层中的原子核数目：单位面积的薄层中起阻挡作用的那部分面积 表示一个入射同单位面积靶上一个靶粒发生反应的几率。反应截面有四种截面：1、总截面：二、分截面 三、微分截面四、几何截面原子核反应的种类机制：粒子撞击原子核，先后过程会有变化，又约能量的不同也会发生不同 的反应，共有八种反应机制：（1）库仑散射和库仑激发 （2）粒势散射（3）表面散射（4）表面衰变（5）削裂反应和掇拾反应（6）形成复核（7）散裂反应（8）高能核反应 五：各式核反应和人工放射物的产生。已知的原子核反应有一千多种对于核反应一般用简短符号来表示例如：（n、r）表示用中子撞击反应时放出r 射线的反应。表示用（，P）粒子撞击反应时放出质子这一类型的反应。再在（，P）前面加上撞击物后面加上产生物，则此核反应方程式即可 写出 例如即 下面分数举例：（1）中子核反应：（n、r）（n、P）（n、）（n、2n）例（2）：质子和氘核的核反应（p、r）（P、n）（p、）（d、p）(d、n)（d、）等（3）：粒子的核反应：（，p）（、n）（4）：光致核反应（r、n）六：复核和核共振 当撞击粒子的能量不很大时，好些核反应是通过居间的复核阶段的 即 出 衰变剩 第一阶段：入射粒子与靶粒组成复合核 秒 处于激发状态 第二阶段：复合核的衰变第三阶段：复合的解体 例如：核共振复核具有能级。当入射粒子的动能和它的结合能恰好使 形成复核处于它的一个能级时，形成的复述就比较稳定，形成复核的几率 参加第二步的复核就多，全反应的截面就大。实验所得截面曲线出现 一些峰，说明在这些能量 值反应截面骤然增加，这冰是所得核共振。核共振截面 例：中子照射铝 靶时，可能发生飞出质子，粒子或 光的反应，试写出 这些反应方程式目确那些是吸能反应，哪些是放能反应？各种原子质量如下（单位、）：26.98153:27.981972:02.78259:26.98434 :22.9898 :23.990965:1.007825 :1.008665 :4.00260:3.01603解：1：反应能：=Q0 放能反应10-7原子核裂变和原子能（一）裂变的发现在发现中子后，费米等人就开始利用中子这穿透性很强的粒子研究核反应 1938年，哈恩发现，当中子轰击铀核使，在广场中存在钡（Z=56）那样的中重核。他们提出铀核发生裂变，分裂成两粒质量几乎相等的碎块。即，裂变过程是被打击的原子核先吸收中子，形成裂核，然后裂开：打击的中子分二类（二）裂变能量（二）裂变能量裂变现象能放出很大的能量，我们能从核的核内结构能作一个估计8 7 6 5 4 3 2 1 每个核子：A=236A=118根据这些数据，对 裂为质量相等的两个原子核并达到稳定，一共放出 的能量大致为 E=2 8.5-2367.6=210（Mev）呢？M=3.9 克 一克共有：=2.56 克 共放出：2.56 Mev210Mev1.6=8 焦耳 相当 2.5吨煤的燃烧热（三）裂变理论（三）裂变理论 在裂变现象发现以后，波尔，立刻用核的液滴模型来解释裂变过程中子被核俘获后形成复合核，复合核处于激活态，它将发生集体震荡 并改变形状。这时，有两种力相互竞争，进而张力将力图使原子核 恢复球形。库仑坼力将使核的形变增大，例如，对拉长的椭球。库仑坼力将使它 拉得更长，最终有可能使它一分为二。（1）重核的稳定限度设原子核是球形的，按照液滴模型球形形成椭球形，体积不变，表面积增大。在液滴模型中，表面能增大，库仑能减小，其他各项不变。从那个公式 变动两项看，如会有形变，它会回到求形，可见原子核是稳定的（2）裂变能从球形核分裂为远离的二核所能放出的能量称为裂变能V=2B（3）激活能）-B（Z.A）是核裂变开始时，先从球形变成椭球，在这一过程中，势能 是增加的进入 的种子必须能够把形成的球形复核的能量提向到将分裂 时势能 的最高值，这部分能量提高的数值称为激活能。5.1 5.8 6.0 6.3 Mev 吸收一个电子形成 时放出结合能是6.8Mev。这供给 激活能而有余，所以热中子是从 发生裂变所以裂变关键是激活能。1964年，我国爆炸第一颗原子弹时。最初，有的西方人在猜测是钚弹：从反应堆积累了几年，得到铀弹时，他们大吃一惊。中国已经分离 铀的技术。这是知道原子弹的最关键技术 三：链式反应及原子能的利用三：链式反应及原子能的利用 前面说到铀235裂变时防除2-3粒中子。这些中子被附近的铀核吸收，又发生裂变，再发生第二 代中子，种子又被吸收，这样的链式反应连续 进行下去，反映也就渐渐增强，成为爆炸性。中子 中子中子中子中子中子关于裂变链式反应的能量的利用，有两类装置：原子反应堆和原子弹。（1）原子反应堆原子反应堆是把铀和其它材料按一定的设计装置起来，使发生裂变 的链式反应，从而取用能量，书上357页的图就是一座反应堆 的外 貌和剖面图。反应堆的几个问题以及反应堆相应的组成部分：中子的减速，使铀235发生裂变要慢中子：增殖因数：维持链式反应的必要条件是，把中子的一切顶失考虑进去：中肯体积反应堆的中心部分，即发生反应的需有适当的大小，这部分称为 中肯体积，中子产生的能量与其成正比。中肯体积小链式反应不完全彻底，所以中肯大小要考虑：反射层出不穷 ：控制棒 ：保护墙作业：369页习题7、8目的要求：目的要求：1、通过小结及时地复习所学的知识，加深对第九章知识的系统理解；2、通过习题的讲解，掌握用所学知识解决问题的能力。重点难点：重点难点：1、教学重点是让学生掌握原子核的基、教学重点是让学生掌握原子核的基本性质、原子核的放射性衰变、原子核本性质、原子核的放射性衰变、原子核反应反应 教学内容：教学内容：一一、基本概念基本概念1、掌握原子核的基本性质及有关计算、掌握原子核的基本性质及有关计算2、掌握原子核的放射性衰变及有关计算、掌握原子核的放射性衰变及有关计算3、掌握原子核的核力与结构模型、掌握原子核的核力与结构模型4、掌握原子核反应、掌握原子核反应二、基本公式1、原子核的结合能原子核的结合能 2、原子核的磁距、原子核的磁距3、原子核的阈能、原子核的阈能 E=-Q三、举例三、举例1、处于基态的镄 同位素的原子核在衰变为锎同位素 时，放出三组粒子，它们的动能分别为 7.20Mev,7.16Mev,7.06Mev,(1)试确定 的有关能级，并画出能级图,（2）试求一克 在一小时内衰变的数目（已知 的半衰期为3.24小时）（3）三组粒子的相对强度分别为83%、16.6%、0.4%，试求一克纯 在一小时内放出的能量。解；（1）衰变方程为 设 故(2)1 克的总数为 一小时内衰变的数目 =4.561020 (个)（3）E=N(0.837.3152+0.1667.27456+0.0047.17296)=4.5610207.31=3.331021 (Mev)2、已知核 和 的平均结合能分别为5.606Mev和5.371Mev，试计算核反应 （p,n）的反应能和阈能。解解 (1)(2)(2)(1)式得式得；Q=7(5.371-5.606)=-1.645 (Q=7(5.371-5.606)=-1.645 (MevMev)E =-Q(Mev)3、用粒子打击并放出一个新粒子，（1）试写出核反应放程，（2）若粒子的速率为1.5 厘米/秒，放出的新粒子以4 厘米/秒的速率并垂直粒子的前进方向飞出，试求 的速率。解；（1）（2）mc:mn:m=12:1:4 (厘米/秒)回主页
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