原子核物理--课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PPT课件,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PPT课件,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,第十三章 原子核物理,（,Nuclear Physics,）,The basic properties of nucleus,The decay type of the atomic nucleus,The nuclear decay law,The interactions between ray and matter,Radiation dose and protection,1,PPT课件,第十三章 原子核物理The basic properties,教学大纲要求,1.,了解原子核的基本性质和原子核的衰变过程。,2.,理解原子核的质量亏损及结合能概念。,3.,掌握原子核的衰变类型。,4.,掌握原子核的衰变规律。,5.,掌握半衰期及活度概念。,2,PPT课件,教学大纲要求2PPT课件,原子的构成,中子,质子,3,PPT课件,原子的构成中子质子3PPT课件,第一节,原子核的基本性质,（,The basic properties of nucleus,）,质子,中子,原子核,带单位正电荷,e=1.60210,-19,C,质量数为,1(m,p,=1.623 10,-,27,kg=1836.1m,e,）,核质子数,=,核外电子数,=,原子序数,不带电,质量数为,1(m,n,=1.675 10,-,27,kg=1838.6m,e,）,中子数,=,核质量数质子数,(,原子序数,),一、原子核的组成与符号表示,：,原子核是由质子,（,proton,）,和中子,（,neutron,）,组成。质子和中子统称核子,（,nucleon,）。,质子与中子可以互变。,4,PPT课件,第一节 原子核的基本性质（The basic pro,*,原子核的符号表示法：,原子核质量数,元素符号,原子序数,这一符号表达了原子核的两大特征：,质量,和,电量。,5,PPT课件,*原子核的符号表示法：原子核质量数这一符号表达了,*,核素、同位素：,核素,：,具有相同的,Z,值，,A,值和能量状态的一类原,子称为同一种核素,。,比如：,同位素,：,具有相同的,Z,值而,A,值不同的一类核素称为同位素。同位素具有相同的化学性质,.,比如：,氧的三种,同位素,氢的三种,同位素,6,PPT课件,*核素、同位素：核素：具有相同的Z值，A值和能量状态的一类,*,同量异位素,：,具有相同,A,值而,Z,值不同的核素,。,*,同质异能素,：,具有相同,A,值和,Z,值但能量状态不同的核素,。,基态,激发态,0.1426,0.1405,0.0000,99,Tc,m,(,氩,),(,钙,),(,锝,),表示：,比如,:,7,PPT课件,*同量异位素：具有相同A值而Z值不同的核素。*同质异能素：具,二、,原子核的性质,1,、,原子核的大小和密度,*,原子核的形状和大小：近似为半径,R,的球体（重核 呈椭球体）,R,=,R,0,A,1/3,R,0,=1.2,10,-15,m,*,原子核的平均密度：,=2.3,10,17,kg.m,-3,(,地球平均密度,=6,10,3,kg.m,-3,）,8,PPT课件,二、原子核的性质1、原子核的大小和密度*原子核的形状,3,、,核能级。,核力属于短程力，其作用范围：,10,-15,m,核力是一种强相互作用。,核力具有饱和性。,核力与电荷无关。,原子核可以处于不同的能量状态且可发生核能级间的跃迁。,特征,2,、核力,：,核子间强相互作用力，称为核力。,9,PPT课件,3、核能级。核力属于短程力，其作用范围：10-15 m,三、,原子核的结合能和质量亏损,1,、,原子核的结合能,*,核子结合成原子核时释放的能量，称为,原子核的结合能。,*,释放的能量越多，结合就越紧密，原子核就越稳定,。,例子：,2,H,（氘核）的结合能（,2.22 MeV,）,+,P,（,质子,）,n,（,中子,）,2,H,（,氘核,）,释放能量为,2.22 MeV,的一个光子,（反之亦然）,10,PPT课件,三、原子核的结合能和质量亏损1、原子核的结合能*核子结合成原,2,、原子核的质量亏损,（,mass defect,）,。,*,原子核的静质量比组成它的核子的静质量总和要小一些，这样减少的质量（,m,）称为质量亏损,。,*,质量亏损（,m,),的计算,：,m,=,m,i,-,m,*,质量亏损的原因：由质能公式,E,=,c,2,m,知，,释放的能量变化,（,E,）,相当于一定的,质量,变化,（,m,）,。,(,各个核子的静质量总和）,(,原子核的静质量,),11,PPT课件,2、原子核的质量亏损（mass defect）。*原子核的,*,微观粒子的能量单位称为（统一）原子质量单位（,atomic mass unit,unified,）,以,u,表示。,3.,原子质量单位（,atomic mass unit,）：,*,一个,原子质量单位,等于,12,C,原子质量的,1/12,；,即,1u=1.6606,10,-27,kg,*,用,u,为,质量单位,，用,MeV,为,能量单位,表示的质能公式,：,1u,931.5MeV,m,(u),=1.0735,10,-3,E,(MeV),E,(MeV)=931.5,m,(u),或,C,2,12,PPT课件,*微观粒子的能量单位称为（统一）原子质量单位（atomic,四、原子核的稳定性,*,平均结合能,：,=,E,/,A,平均结合能表示的松紧程度,：,(,图,13-1,平均结合能曲线,）,13,PPT课件,四、原子核的稳定性*平均结合能：=E/A平均结合能表示,3,、重核,（,质量数,A,200,）,：,较小，,原子核结合较松；,其中,A,209,的核都是放射性核素。,*,中等核比重核和轻核都稳定。,由此知道获得核能的两种途径,：,轻核聚变,和,重核裂变,。,1,、轻核,（,质量数,A,30,）,：,较小，,原子核结合较松 （除偶偶核外）,2,、中等核,（,质量数,A,为,40120,）,：,较大,，,原子,核结合较紧,。,14,PPT课件,3、重核（质量数A200）：较小，原子核结合较松；*中,*,轻核聚变：,轻核聚合成较重的原子核，会释放出大量的能量,。,*,重核裂变：,重核分裂成两个中等核，会释放出大量的能量。,例子,铀核裂变及其链式反应,:,慢中子轰击,235,铀核时，会分裂成两个质量大致相等的中等核和,1-3,个中子，并释放出大量的能量；新的中子又引起其他铀核裂变。这种核反应可持续进行下去。,原子弹（,我国,1964,年,）,和,原子反应堆（,我国,1958,年,）,例子,氘核聚变及其热核反应：在极高温度（,10,8,K,）下，氘核高速运动相互碰撞而发生大量聚合，单位质量氘核聚变释放能量是单位质量铀核裂变释放能量的,4,倍左右。,应用,氢弹（,我国,1967,年,）,和,太阳能源,15,PPT课件,*轻核聚变：*重核裂变：例子 铀核裂变及其链式反应:,原子弹的基本构造,110,秒蘑菇云,37,秒对流风,11,秒振波,0,秒爆炸,16,PPT课件,原子弹的基本构造 110秒蘑菇云37秒对流风 11秒振,原子弹爆炸,氢弹,美国,50,年代研制出的第一颗航空投掷型氢弹,MK17,型氢弹,核电站,17,PPT课件,原子弹爆炸 氢弹 美国50年代研制出的第一颗航空投掷型,“LittleBoy”,原子弹的照片,18,PPT课件,“LittleBoy”原子弹的照片18PPT课件,第二节,原子核的衰变类型,*,核衰变过程严格遵守如下守恒定律：,质量和能量守恒定律，,动量守恒定律，,电,荷,守恒定律，,核子数守恒定律,.,*,核衰变,:,放射性核素能自发放出射线变为另一种核素的现象，称为核衰变（,nuclear decay,）,.,*,衰变能,:,按照质能关系，核衰变前后的静止质量的差值，转变为核衰变时,释放的能量，称为,衰变能。（,decay energy,）,记为,Q,。,19,PPT课件,第二节原子核的衰变类型*核衰变过程严格遵守如下守恒定律,一,.,衰变,A,值超过,209,的重核发射 核（也称为,粒子,），而衰变为,A,值较小的原子核。称这种衰变为,衰变,(,decay),。,*,衰变,式,：,*,位移法则：子体核在元素周期表中位于母体核前两位。,*,子体核可处于激发态,所以有,射线,和,内转换电子,伴随,射线,发射出来。,1,(5.5%),2,(94.45%),0.186,0.000,(,镭,),(,氡,),20,PPT课件,一.衰变 A 值超过209的重核发射 核（也称为,21,PPT课件,21PPT课件,二、,衰变,中子过多,的原子核发射电子（也称,-,粒子,：,),，,这种衰变过程叫做,-,衰变,.,1.,-,衰变,(,-,decay),：,*,衰变的,实质,：,*,衰变,式：,（反中微子）,*,位移法则：子体核在元素周期表中位于母体核后一位。,*,子体核处于激发态；所以有,射线,和,反中微子,射线,伴随,射线,发射出来,。,0.1426,0.0000,(81%),(,钼,),(,锝,),22,PPT课件,二、衰变 中子过多的原子核发射电子（也称-粒子：,2.,+,衰变,(,+,decay):,有些中子过少的原子核，当其基态能量较大时，质子,发射正电子（也称为,+,粒子,：,),；这种衰变方式称为,+,衰变,.,*,衰变的,实质：,*,衰变,式：,*,位移法则：子体核在元素周期表中位于母体核前一位。,*,子核可以处于激发态；所以有,射线,伴随,+,射线,发射。,*,+,粒子与电子结合转变为,双光子,(,能量各为,0,.,511MeV),发出,。,0.546,0.000,0.378,EC,(43%),+,(57%),1.022MeV,(,铁,),(,锰,),（中微子）,23,PPT课件,2.+衰变(+decay):有些中子过少的原子核，当其,-,衰变,+,衰变,24,PPT课件,-衰变+衰变24PPT课件,在,中子过少,的原子核内部，质子可以俘获一个核外电子，发射一个中微子而转变为中子；这个衰变过程称为电子俘获,.,3.,电子俘获（,electron capture,；,EC,）：,*,衰变,式：,（中微子）,*,位移法则：子体核在元素周期 表中位于母体核前一位。,*,子体核发出标识,X,射线。,探测,电子俘获,的基础,。,0.647,0.000,0.392,EC,(1.7%),EC,(98.2%),(,锡,),(,铟,),25,PPT课件,在中子过少的原子核内部，质子可以俘获一个核外电子，发射一,从某种核素放出的,粒子，其能量不象,衰变和,辐射那样只有一种或几种特定的数值，而是具有各种能量，能量的分布是连续的。如图所示：,粒子数,N,粒子动能,E,峰值,26,PPT课件,从某种核素放出的粒子，其能量不象衰变和辐射,三,.,衰变和内转换,*,衰变,(,decay):,射线是从原子核内发出的高能量光子流。原子核,激发态的能级通过,发出,射线的衰变方式称为,衰变,.,例子,：,99,Tc,的,衰变。,*,内转换,(internal conversion),：,原子核,激发态的能级也可直接传递给核外内层电子，使电子从原子中飞出；结果使原子发出标识,X,射线。,基态,激发态,能级,（,MeV),0.1811,0.1426,0.1405,射线,0.0000,99,Tc,m,27,PPT课件,三.衰变和内转换*衰变(decay):射,28,PPT课件,28PPT课件,第三节 核衰变的规律,*,衰变定律：,不稳定核素的,衰变率,与,现有的原子核个数,N,成正比，即：,一、衰变定律,*,自发过程遵循统计规律；,利用初始条