1、1,第 9章 核物理,主要内容, 核的一般性质 核力 核的结合能 核的液滴模型 放射性和衰变定律 衰变 穆斯堡尔效应 衰变 核反应,2,9.1 核的一般性质,核的组成,原 子 核：质子中子 质子电量：电荷与电子等量异号 质子质量：为电子质量的1836.12倍 中子电量：中子不带电 中子质量：为电子的1838.65倍。 核 子：质子和中子的统称。,3,原子序数Z： 原子核中质子数目 质 量 数 A ： 原子核中质子和中子的总数,原子核的表示：,e.g.,4,同位素: 原子序数相同而质量数不同的原子。,自然界中氢有三种同位素，分别称为氢、氘（又称重氢）和氚。,e.g.,1u =1.660 540
2、210-27 kg=931.494 3 MeV/c2,原子质量单位: 12C原子质量的1/12， 以u表示：,5,2. 核的大小,实验发现,核半径与A1/3成正比,r0=1.21015m=1.2fm（飞米）,56Fe和238U的核半径分别为4.6fm和7.4 fm,核的密度都相等,E.g.,比地球平均密度大1014倍。,3. 核的自旋和磁矩,I为自旋量子数,（1）核自旋: 核子在核内运动的轨道角动量与自旋角动量之和。,核的自旋角动量,核自旋在Z方向的投影,I 的值可以是半整数或整数,7,核的自旋性质,8,（2）核磁矩,质子的轨道磁矩,其在z轴方向的投影：,核磁子,质子和中子的自旋磁矩,gsg因
3、子,9,其在z轴方向的投影：,由于 质子 gs,p=5.5857 中子 gs,n= -3.8261,中子有带正电的内核和带负电的外壳,10,整个核磁矩,在z轴方向的分量：,（3）核磁共振：利用核在磁场中的能量变化来获得关于核的信息的技术。,核磁矩在外磁场B中的能量,11,对氢核：,则有两个能级，能级差为：,氢核在外磁场中的能量,12,当氢核在外磁场中受到电磁波的照射时，只能吸收如下频率的电磁波：,核磁共振实验装置示意图,13,纯水电子磁矩相互抵消，氧原子核的磁矩为零，磁矩仅由氢核（质子）提供， 人体内大部分是水，这些水以及富含氢的分子的分布可因疾病发生变化。,核磁共振成像方框图,14,9.2
4、核力,核力：核子之间存在着一种很强的相互作用力核力，它将核子紧密地结合在一起形成原子核。,核力的性质,与核子的电荷无关： 质子之间，中子之间，质子与中子之间的核力都相同。 核力是短程力：其作用范围在10-15m以内。 核力是多体力：不可叠加 核力是交换力： 通过一个核子放出一个介子、另一个核子吸收这个 介子而形成。,15,核力势能曲线,16,9.3 核的结合能,由质能关系 E=mc2,质量亏损：原子核的质量小于组成它的质子和中子质量之和，两者之差称为 原子核的质量亏损m 。,原子核的结合能：质子、中子组成原子核时放出能量.,17,平均结合能（又称比结合能e） 原子核的结合能EB与质量数A之比,
5、核子的比结合能愈大，原子核就愈稳定。,平均结合能和质量数的关系图,18,“LittleBoy”型原子弹,核的结合能特点,轻核和重核比结合能较小； 大多数中等质量的核，比结合能近似相等，都在8MeV左右，中等质量的核最为稳定； 当重核裂变成中等质量的核，或轻核聚变为质量较大的核时，都将释放出巨大的核能。,19,9.4 核的液滴模型,液滴模型形变，裂变； 壳模型角动量，磁矩，形状 集体模型激发态能量系统性，角动量，磁矩，形状 统一模型从更微观的角度描述,Weizsacker韦塞克半经验公式:,20,体 积 项： a1A a1 = 15.753 MeV 表 面 项： -a2A2/3 a2 = 17.804 MeV 电 力 项： -a3Z2/A1/3 a3 = 0.7103 MeV 不对称项： -a4(A - 2Z)2/A a4 = 23.69 MeV 对 项： a5A-1/2 a5 = 11.18 MeV或0 偶偶核 a5A-1/2 0 奇偶核 a5A-1/2 = 0 奇奇核 a5A-1/2 0 放能反应Q0 吸能反应,下标 X x 表示反应物下标 Y y 表示生成物,
