原子核物理基础.ppt

第一章 原子核与放射性 郭秋菊 刘洪涛 北京大学物理学院 技术物理系 1）“原子”概念的提出 伦琴发现X射线 1895年，德国物理学家伦琴在探索阴极射线本性的研究中，意外发现了X射线 —— 它不仅揭开了物理学革命的序幕，也给医疗保健事业带来了新的希望。 伦琴因此成为1901年第一个诺贝尔物理学奖得主 1898年，物理学家居里夫人在寻找比铀的放射性更强的物质的过程中，先发现了一种新的放射性元素，为纪念她的祖国波兰，她将其名命为“钋”。 居里夫妇又花了4年时间，发现了镭，并在极端艰苦的条件下，从几吨沥清铀矿渣中分离出0.12克纯氯化镭，后又测出其原子量为225，其发出的射线比铀强200多万倍。 居里夫人因此获1911年诺贝尔化学奖。 卢瑟福1898年发现铀和铀的化合物所发出的射线有两种不同类型： 一种是极易吸收的，他称之为α射线； 另一种有较强的穿透能力，他称之为β射线。 后来法国化学家维拉尔又发现具有更强穿透本领的第三种射线γ射线。 由于组成α射线的α粒子带有巨大能量和动量，就成为卢瑟福用来打开原子大门、研究原子内部结构的有力工具。 电子是在研究阴极射线的本质过程中得到的，阴极射线究竟是什么？物理学家汤姆逊设计了一个巧妙的实验装置，证实了阴极射线是由带负电荷的粒子组成的，并推算出其质量和电荷比值。得出来源于各种不同物质的阴极射线粒子都是一样的。 1903年，汤姆逊提出了新的原子构造模型：原子是一个半径大约为10-10米的球体，正电荷均匀地分布于整个球体，电子则稀疏地嵌在球体中，这是一个类似葡萄干面包的原子模型。 同年，物理学家长冈半太郎认为正负电子不可能相互渗透，提出了电子均匀地分布在一个环上，环中心是一个具有大质量的带正电的球，被他称为“土星型模型”结构。 1902年，物理学家卢瑟福与化学家索迪合作在对铀、镭、钍等元素的放射性研究中，提出了放射性元素的衰变理论：放射性原子是不稳定的，它们自发性地放射出射线和能量，而自身衰变成另一种放射性原子，直至成为一种稳定的原子为止。这种特性即放射性。 并提出了“原子能”的概念。 1932年，物理学家查德威克发现了其质量同质子相当的中性粒子，这正是1920年卢瑟福猜想原子核内可能存在的一种中性的粒子，即中子。他因此获1935年诺贝尔物理学奖。 1932年：海森伯和伊凡宁柯各自独立地提出了原子核是由质子和中子组成的核结构模型。 由于中子不带电荷，不受静电作用的影响，可以比较自由地接近以至进入原子核，容易引起核的变化，因此，它立即被用来作为轰击原子核的理想炮弹。 1933年，狄拉克关于正电子存在的预言被证实，安德森因此获1936年诺贝尔物理学奖。 1955年塞格雷和钱伯林利用高能加速器发现了反质子，他们因此获1959年物理奖。 1959年王淦昌等人发现了反西格玛负超子。 莱因斯等利用大型反应堆，在1956年直接探测到铀裂变过程中所产生的反中微子。他因此获1995年物理学奖。到1968年，人们才探测到了来自太阳的中微子。 1947年鲍威尔利用自己发明的照相乳胶技术在宇宙线中找到了1934年汤川秀树提出的介子场理论中预言的介子。汤川秀树获1949年物理奖，鲍威尔获1950年物理奖。 第二部分 核与放射性的基本物理基础 原子核结合能 原子核平均结合能(比结合能 )曲线 1 各原子核中，每个 核子的平均结合能 随质量数而变化 6-9 MeV 2 中等重量的原子核 的比结合能较大 例：估算裂变释放的能量 n + 235U? (236U) ? X + Y + ?E 假设裂变成质量相等的两块 质量数各约为118 235U 核子平均结合能 7.6 MeV 质量数为118的原子核平均结合能 8.6 MeV 两者平均结合能差 ?1 MeV 230多个核子 总的 ?E = 200 MeV! 半衰期 (T1/2) 定义：一定量的某种放射性原子核衰变至原来 的一半所需要的时间。 放射性衰变基本规律 1 指数衰减规律 N = N0e-?t N0: （t = 0）时放射性原子 核的数目 N: 经过t时间后未发生衰变的放射性原子核数目 ?:放射性原子核衰变常数 大小只与原子核本身性质 有关，与外界条件无关; 数值越大衰变越快 核辐射的基本性质 光电效应 1 MeV 的粒子穿透物质能力 α 1 页 β 60页/本