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1、为什么有原子弹和氢弹两种 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望为什么有原子弹为什么有原子弹和氢弹两种？和氢弹两种？1.质量亏损质量亏损一、原子核的结合能一、原子核的结合能例如氘核例如氘核 质子质量质子质量 1.007276u+中子质量中子质量 1.008665u 2.015941u-氘核质量氘核质量 2.013553u0.002388u m=Zmp+Nmn-mA根据根据Einstein的质能公式的质能公式2.结合能结合能先来看看先来看看1u 的质量合多大
2、能量：的质量合多大能量：一个质子和一个中子结合成氘核释放的能量：一个质子和一个中子结合成氘核释放的能量：1公斤公斤TNT炸炸药可产生药可产生420万焦耳的能量万焦耳的能量一、原子核的结合能一、原子核的结合能2.结合能结合能1)定义：定义：分散的核子结合成原子核时所释放出分散的核子结合成原子核时所释放出 的能量称为原子核的结合能。的能量称为原子核的结合能。2)计算公式：计算公式：E=mC2=m（u）931.5MeV/u显然：显然：显然：显然：原子核的结合能越大，分散的核子结合成该原子核的结合能越大，分散的核子结合成该原子核的结合能越大，分散的核子结合成该原子核的结合能越大，分散的核子结合成该原子
3、核时所释放出的能量越大。原子核时所释放出的能量越大。原子核时所释放出的能量越大。原子核时所释放出的能量越大。一、原子核的结合能一、原子核的结合能3.核子的平均结合能（比结合能）核子的平均结合能（比结合能）1)若干分散的核子组成原子核时，若干分散的核子组成原子核时，平均每个核子所释放的平均每个核子所释放的能量能量或把原子核分离成单个核子时，或把原子核分离成单个核子时，平均需要供给每个平均需要供给每个核子的能量核子的能量称之为比结合能。称之为比结合能。2)计算公式：计算公式：3)平均结合能的物理意义：标志着原子核的稳定性。平均结合能的物理意义：标志着原子核的稳定性。4)平均结合能曲线平均结合能曲线
4、一、原子核的结合能一、原子核的结合能核共三种情况，核共三种情况，偶偶核偶偶核最稳定，相应的结合能最稳定，相应的结合能较大；较大；奇奇核奇奇核最不稳定，最不稳定，相应的结合能较小。相应的结合能较小。3.核子的平均结合能（比结合能）核子的平均结合能（比结合能）1）质量数质量数A30的原子核，的原子核，平均结合能随平均结合能随A的变化显示的变化显示周性，最大值周性，最大值都在都在A等于等于4的的倍数处。倍数处。一、原子核的结合能一、原子核的结合能3.核子的平均结合能（比结合能）核子的平均结合能（比结合能）2）两头低中）两头低中间高：中等质间高：中等质量的原子核量的原子核（A：40120）平均）平均结
5、合能比轻核结合能比轻核和重核的大，和重核的大，约为约为8.6MeV。这预示着：重核裂变，这预示着：重核裂变，轻核聚变都可以获得轻核聚变都可以获得原子能。原子能。一、原子核的结合能一、原子核的结合能3.核子的平均结合能（比结合能）核子的平均结合能（比结合能）3）中等质量中等质量的原子核（的原子核（A：40120），平均结合能变平均结合能变化不大。说明化不大。说明 E A显示出显示出核力的饱和性。核力的饱和性。一、原子核的结合能一、原子核的结合能二、核二、核 力力 核内存在着一种核内存在着一种强相互作用强相互作用足以克服质子间的斥力，这足以克服质子间的斥力，这种作用对应的力就是种作用对应的力就是核
6、力核力。（1 1）核力是一种短程性的强相互作用力；）核力是一种短程性的强相互作用力；（2 2）核力是具有饱和性的交换力；）核力是具有饱和性的交换力；（3 3）核力与核子的电荷状态无关；）核力与核子的电荷状态无关；（4 4）核力和核子的自旋状态有关；）核力和核子的自旋状态有关；（5 5）非有心力的存在）非有心力的存在1、核力的基本性质、核力的基本性质1、核力的基本性质、核力的基本性质1).短程性的强相互作用短程性的强相互作用所谓所谓短短，是说这种力的作用距离不大于，是说这种力的作用距离不大于引力引力斥力斥力弱引力至消失弱引力至消失0.5U（R）r (fm)两个核子之间势能曲线两个核子之间势能曲线
7、二、核二、核 力力1、核力的基本性质、核力的基本性质1).短程性的强相互作用短程性的强相互作用所谓所谓强强，是指这种力比万有引力和静电力要强的多，是指这种力比万有引力和静电力要强的多比如两核子之间的引力势能大约在比如两核子之间的引力势能大约在 量级；质子间的量级；质子间的静电势能为静电势能为 而而核子间的比合能为核子间的比合能为四种相互作用强弱比较四种相互作用强弱比较二、核二、核 力力 质量数为质量数为A的原子核内有的原子核内有A个核子，是否所有的核子个核子，是否所有的核子之间都有相互作用呢？之间都有相互作用呢？总结合能总结合能A22).饱和性的交换力饱和性的交换力实验表明实验表明：总结合能总
8、结合能A，这意味着，每一个核子，这意味着，每一个核子只与它只与它临近的少数几个核子有相互作用，临近的少数几个核子有相互作用，称之为称之为核力的饱和性核力的饱和性。1、核力的基本性质、核力的基本性质解释：高解释：高Z核的不稳定。核的不稳定。二、核二、核 力力 如果是这样，那么原子如果是这样，那么原子核内共有核内共有 A(A-1)对相互作用对相互作用因为静电斥力不具有饱和性，所以高因为静电斥力不具有饱和性，所以高Z核的边缘粒核的边缘粒子受核力和斥力基本相等，所以就不稳定。子受核力和斥力基本相等，所以就不稳定。在分子的共价键中，原子间的作用力是一种交换力，电在分子的共价键中，原子间的作用力是一种交换
9、力，电子是它们的交换媒介，比如子是它们的交换媒介，比如分子的共价结构是分子的共价结构是 两个氢原子通过交换这个电子结合在一起，由此人们两个氢原子通过交换这个电子结合在一起，由此人们设想，核子间的力是交换力，下面我们将看到，核子间设想，核子间的力是交换力，下面我们将看到，核子间以以介子作为交换媒介。介子作为交换媒介。2).饱和性的交换力饱和性的交换力1、核力的基本性质、核力的基本性质什么是交换力？什么是交换力？二、核二、核 力力 核力的大小与产生此核力的核子是否带电是没有关系核力的大小与产生此核力的核子是否带电是没有关系3).电荷无关性电荷无关性原子核的总结合能原子核的总结合能说明核力与电荷无关
10、。说明核力与电荷无关。1、核力的基本性质、核力的基本性质不含有静电斥能不含有静电斥能中间有静电斥能中间有静电斥能0.72MeV核力核力二、核二、核 力力 研究表明，核力的大小与两粒子自旋的相对取向有关，研究表明，核力的大小与两粒子自旋的相对取向有关，自旋平行时，核力较强，反之核力较弱。自旋平行时，核力较强，反之核力较弱。4)自旋相关性自旋相关性1、核力的基本性质、核力的基本性质5)非有心力的存在非有心力的存在核力中主要的是有心力，但还会有一些非有心力：核力中主要的是有心力，但还会有一些非有心力：一种是自旋轨道耦合力，它和自旋相对取向有关；一种是自旋轨道耦合力，它和自旋相对取向有关；另一种叫张量
11、力，它和自旋相对于两核子连线的方另一种叫张量力，它和自旋相对于两核子连线的方向有关向有关。二、核二、核 力力麻省理工学院开放课件：麻省理工学院开放课件：http:/ 力力1).电磁相互作用和光子电磁相互作用和光子2、核力的介子理论、核力的介子理论量子电动力学和量量子电动力学和量量子电动力学和量量子电动力学和量子场论告诉我们，子场论告诉我们，子场论告诉我们，子场论告诉我们，电磁场是量子化的，电磁场是量子化的，电磁场是量子化的，电磁场是量子化的，这个这个这个这个“场场场场”是由是由是由是由“虚光子虚光子虚光子虚光子”组成的；组成的；组成的；组成的；电磁力是通过交换：电磁力是通过交换：“虚光子虚光子
12、”传递的传递的 二、核二、核 力力第三节第三节:核核 力力2).强相互作用和介子强相互作用和介子核力的介子理论：核力的介子理论：核力是一种交换力，核子之间通过交核力是一种交换力，核子之间通过交换某种媒介粒子而发生相互作用，换某种媒介粒子而发生相互作用，并估计这种媒介粒子并估计这种媒介粒子的质量约为电子静止质量的质量约为电子静止质量的的200多倍，介于质子和电子之多倍，介于质子和电子之间，故称为介子。间，故称为介子。第三节第三节:核核 力力2).强相互作用和介子强相互作用和介子 直到直到1947年，鲍威尔在宇宙射线中才真正找到了汤川年，鲍威尔在宇宙射线中才真正找到了汤川预言的介子预言的介子，称，
13、称 介子。有带正电，负电和不带电的三种，介子。有带正电，负电和不带电的三种，分别记为分别记为+、-、0，它们的质量分别为：它们的质量分别为：第三节第三节:核核 力力第三节第三节:核核 力力3).核力机制研究的新方向核力机制研究的新方向n 随着粒子物理的发展，揭示了核子是由更深层次的粒随着粒子物理的发展，揭示了核子是由更深层次的粒子，称为子，称为层子（或夸克）层子（或夸克）所组成。所组成。n 简言之，核力来源于组成核子的简言之，核力来源于组成核子的夸克之间的作用力。夸克之间的作用力。目前，遵循这种观点，人们进行了从夸克力计算核力的一目前，遵循这种观点，人们进行了从夸克力计算核力的一种尝试，并取得了一定的进展。种尝试，并取得了一定的进展。第三节第三节:核核 力力第三节第三节:核核 力力3).核力机制研究的新方向核力机制研究的新方向理论上认为，层子（反层子）之间的强相互作理论上认为，层子（反层子）之间的强相互作用力，是由叫用力，是由叫胶子胶子的媒介物传递的。的媒介物传递的。