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1、原子物理学第七章第1页，共50页，编辑于2022年，星期五原子核组成原子核组成原子核由质子和中子组成原子核由质子和中子组成原子核对原子性质起主要贡献的是核的质量和电荷原子核对原子性质起主要贡献的是核的质量和电荷。元元素素的的物物理理、化化学学性性质质或或光光谱谱特特性性主主要要与与核核外外电电子子有有关，而放射性现象则归因于原子核。关，而放射性现象则归因于原子核。核素核素:具有相同质子数和相同中子数的一类原子核具有相同质子数和相同中子数的一类原子核第2页，共50页，编辑于2022年，星期五原子核物理概论原子核物理概论原子核的组成原子核质量原子核质量原子核的自旋和磁矩放射性衰变的基本规律衰变衰变
2、衰变核反应裂变与聚变第3页，共50页，编辑于2022年，星期五原子核质量原子核质量第4页，共50页，编辑于2022年，星期五原子核质量原子核质量第5页，共50页，编辑于2022年，星期五原子核平均结合能曲线原子核平均结合能曲线原子核质量原子核质量第6页，共50页，编辑于2022年，星期五原子核物理概论原子核物理概论原子核的组成原子核质量原子核的自旋和磁矩原子核的自旋和磁矩放射性衰变的基本规律衰变衰变衰变核反应裂变与聚变第7页，共50页，编辑于2022年，星期五原子核的自旋是组成原子核的质子和中子的轨道角动量和原子核的自旋是组成原子核的质子和中子的轨道角动量和原子核的自旋是组成原子核的质子和中子
3、的轨道角动量和原子核的自旋是组成原子核的质子和中子的轨道角动量和自旋角动量（自旋角动量（自旋角动量（自旋角动量（）之和。）之和。）之和。）之和。原子核的自旋和磁矩原子核的自旋和磁矩核磁矩核磁矩(磁偶极矩磁偶极矩)第8页，共50页，编辑于2022年，星期五原子核物理概论原子核物理概论原子核的组成原子核质量原子核的自旋和磁矩放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律衰变衰变衰变核反应裂变与聚变第9页，共50页，编辑于2022年，星期五放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律放射性(radioactivity)衰变：不稳定原子核自发地放射出各种射线后,转变为另一种原子核的现象.（1 1）指数衰变律）指
4、数衰变律发生衰变的原子核数目 t 时刻未发生衰变的原子核数目时间间隔第10页，共50页，编辑于2022年，星期五（2 2）半衰期）半衰期 半衰期半衰期 (half life period)：放射性核素的原子核数目放射性核素的原子核数目衰变到原来的一半所需要的时间。衰变到原来的一半所需要的时间。（3 3）平均寿命）平均寿命平均寿命：平均寿命：放射性原子核在衰变前的平均生存时间。放射性原子核在衰变前的平均生存时间。放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律第11页，共50页，编辑于2022年，星期五估算地球的年龄估算地球的年龄目前目前238238U(TU(T1/21/2=4.5x10=4.5x109
5、 9a a)占占99.3%99.3%，而而235235U(TU(T1/21/2=0.70 x10=0.70 x109 9a)a)占占0.72%.0.72%.于是于是放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律第12页，共50页，编辑于2022年，星期五原子核物理概论原子核物理概论原子核的组成原子核质量原子核的自旋和磁矩放射性衰变的基本规律衰衰变变衰变衰变核反应裂变与聚变第13页，共50页，编辑于2022年，星期五能量守恒：衰变衰变第14页，共50页，编辑于2022年，星期五原子核物理概论原子核物理概论原子核的组成原子核质量原子核的自旋和磁矩放射性衰变的基本规律衰变衰衰变变衰变核反应裂变与聚变第15
6、页，共50页，编辑于2022年，星期五原子核物理概论原子核物理概论原子核的组成原子核质量原子核的自旋和磁矩放射性衰变的基本规律衰变衰变衰变核反应裂变与聚变第16页，共50页，编辑于2022年，星期五衰变衰变第17页，共50页，编辑于2022年，星期五中子质子同一核子的两个不同的量子态衰变衰变第18页，共50页，编辑于2022年，星期五原子核物理概论原子核物理概论原子核的组成原子核质量原子核的自旋和磁矩放射性衰变的基本规律衰变衰变衰衰变变核反应裂变与聚变第19页，共50页，编辑于2022年，星期五 衰变衰变（1 1）一般性质）一般性质第20页，共50页，编辑于2022年，星期五60Co 的衰变纲
7、图的衰变纲图第21页，共50页，编辑于2022年，星期五第22页，共50页，编辑于2022年，星期五原子核物理概论原子核物理概论原子核的组成原子核质量原子核的自旋和磁矩放射性衰变的基本规律衰变衰变衰变核反核反应应裂变与聚变第23页，共50页，编辑于2022年，星期五核反应核反应原子核与原子核或原子核与其原子核与原子核或原子核与其它粒子（例如中子、光子等）它粒子（例如中子、光子等）之间的相互作用引起的各种变化。之间的相互作用引起的各种变化。第24页，共50页，编辑于2022年，星期五产生核反应的途径：产生核反应的途径：用放射源产生的高速粒子轰击原子用放射源产生的高速粒子轰击原子核；核；利用宇宙射
8、线利用宇宙射线(cosmic ray)来进行核来进行核反应；反应；利用粒子加速器利用粒子加速器(accelerator)或反应或反应堆堆(reactor)来进行核反应来进行核反应第25页，共50页，编辑于2022年，星期五核反应的表示方法：核反应的表示方法：入射粒子出射轻粒子靶原子核 生成核（剩余核）（Target）(incoming particle)（outgoing light-weight particle）(Residue nucleus)第26页，共50页，编辑于2022年，星期五（1 1）著名的核反应）著名的核反应1 1、历史上、历史上第一个人工核反应第一个人工核反应2、第一个在
9、加速器上实现的核反应第一个在加速器上实现的核反应第27页，共50页，编辑于2022年，星期五第一个人工核反应实验简图第一个人工核反应实验简图氮气氮气荧光屏银箔显微镜第28页，共50页，编辑于2022年，星期五3、产生第一个人工放射性核素的产生第一个人工放射性核素的反应反应4、导致发现中子的核反应导致发现中子的核反应第29页，共50页，编辑于2022年，星期五（2 2）Q方程方程能量守恒：第30页，共50页，编辑于2022年，星期五反应能反应能Q：第31页，共50页，编辑于2022年，星期五原子核物理概论原子核物理概论原子核的组成原子核质量原子核的自旋和磁矩放射性衰变的基本规律衰变衰变衰变核反应
10、裂裂变变与聚与聚变变第32页，共50页，编辑于2022年，星期五（1 1）裂变）裂变(fission)的发现的发现 重核的裂变：一个重原子核分裂为两个或两个以上中等质量碎片的现象。第33页，共50页，编辑于2022年，星期五原子核裂变的特点：原子核裂变的特点：裂变产物中含中子数很多裂变产物中含中子数很多裂变产物的质量分布很广裂变产物的质量分布很广裂变释放的能量很大裂变释放的能量很大发生裂变的原子核种类很多发生裂变的原子核种类很多第34页，共50页，编辑于2022年，星期五第35页，共50页，编辑于2022年，星期五（2 2）裂变机制）裂变机制液滴模型库仑力核力第36页，共50页，编辑于2022
11、年，星期五(4)裂变能量及其利用裂变能量及其利用(3)自发裂变自发裂变(SF)第37页，共50页，编辑于2022年，星期五链式反应链式反应(chain reaction)U235U235U235中子第38页，共50页，编辑于2022年，星期五维持链式反应的条件：维持链式反应的条件：第39页，共50页，编辑于2022年，星期五反应堆反应堆(reactor)减速剂控制棒屏蔽体燃料元件第40页，共50页，编辑于2022年，星期五反应堆用途：反应堆用途：原子能动力原子能动力 制造放射性同位素制造放射性同位素 产生大量中子产生大量中子 产生核燃料产生核燃料第41页，共50页，编辑于2022年，星期五原子
12、弹原子弹(A-bomb)稳定器引爆装置铀块或钚块中子反射层弹壳第42页，共50页，编辑于2022年，星期五（5 5）轻核聚变）轻核聚变(fusion)轻核的聚变（核聚变）：轻核的聚变（核聚变）：轻原子轻原子核聚合成较重原子核的核反应。核聚合成较重原子核的核反应。第43页，共50页，编辑于2022年，星期五核聚变的特点：核聚变的特点：-与核裂变相比，释放的能量更大与核裂变相比，释放的能量更大-聚变材料十分丰富聚变材料十分丰富-聚变产物基本上是稳定氦核，无放射聚变产物基本上是稳定氦核，无放射性，不污染环境。性，不污染环境。第44页，共50页，编辑于2022年，星期五(6)太阳能太阳能引力约束聚变引力约束聚变碳氮循环第45页，共50页，编辑于2022年，星期五2 2、质子、质子质子循环质子循环第46页，共50页，编辑于2022年，星期五（7）氢弹氢弹(h-bomb)惯性约束聚变惯性约束聚变第47页，共50页，编辑于2022年，星期五稳定器稳定器引爆装置引爆装置弹壳弹壳氘和锂氘和锂铀或钚块铀或钚块第48页，共50页，编辑于2022年，星期五第49页，共50页，编辑于2022年，星期五国际原子能机构第50页，共50页，编辑于2022年，星期五