核物理与粒子物理导论chap_1_4-7 (3)

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粒子物理学导论

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j A2v

(25)
概率流密度 j的最终形式即是上式,狄拉克方程由于受(12)式的束缚,而直接得到(25) 式的形式,而薛定谔方程及克莱因-戈登方程由于未用到(12)式,需再用一次(21)式才 能得到这一结果。 由以上的分析可以看出,克莱因-戈登方程实际上比薛定谔方程和狄拉克方程的适用范
目录
第一部分 预备知识 第二部分 原子体系 第一章 芹子 第二章 原子元 第三章 光子 第四章 质子和中子、原子核 1. 质子和中子 2. 原子核 第五章 原子元组合形成的其它粒子 1. 原子元组合形成的其它粒子总述 2. 具体存在形式 第六章 粒子反应 第七章 原子体系总结 第八章 粒子理论的应用 附录:近年来有关粒子理论的错误简谈
2 a k 2 a 2 b k 2 b
借助(11)式即可得
(13) (14)
- 2 2 p 2
实际上,对(8)式再求一次偏导也可得出
(15)
- 2
2 E 2 t 2
(16)
将(15) 、 (16)式代入相对论关系式
2 4 E 2 p 2 c 2 m0 c
E h
(1) (2)

h p
式中的 E 表示粒子的能量, 是粒子的圆偏振频率, 是粒子的波长,p 是粒子的动量,h 是普朗克常量。 将圆偏振任意分解为两个垂直的方向,分别为 a、b 方向,并在相应的方向取 a、b 轴,设圆 偏振的半径为 A,则可做如下分解
a A sin( wt k r ) b A cos( wt k r )
a 2 b 2 A2
将(21)式代入
(21)

i * * ( ) t t 2 m0 c 2

核物理学与粒子物理学

核物理学与粒子物理学

核物理学与粒子物理学核物理学和粒子物理学是当代物理学的两大重要分支,它们研究的对象分别是原子核和基本粒子。

这两个学科的发展为深化人们对物质结构及其相互作用的认识提供了重要的途径,对于推动科学技术的发展和实现社会进步起到了关键性的作用。

本文将对核物理学与粒子物理学进行简要介绍,并探讨它们在今天科学研究中的重要意义。

一、核物理学核物理学是研究原子核结构、性质和相互作用的科学,它以原子核为研究对象。

原子核由质子和中子组成,质子带正电,中子不带电,它们通过强相互作用相互结合在一起。

核物理学研究的重点包括核结构、核衰变、核裂变和核聚变等。

其中,核裂变和核聚变是核能的重要来源,对于解决能源问题具有重要的意义。

核物理学的发展历程可以追溯到20世纪初,当时的科学家发现存在放射性现象,并通过实验证明了放射性元素的衰变规律。

随着对原子核结构的研究深入,人们逐渐认识到原子核是一个复杂的系统,其中包含着丰富的物理现象。

核物理学的快速发展为原子能的利用提供了关键的科学基础,也为后来的粒子物理学的兴起奠定了基础。

二、粒子物理学粒子物理学是研究物质的基本构成和相互作用规律的学科,它以基本粒子为研究对象。

基本粒子可以分为两类:强子和轻子。

强子包括质子和中子,它们是构成原子核的基本组分;轻子包括电子、中微子等,它们是构成原子的基本组分。

粒子物理学的研究内容包括基本粒子的分类、相互作用及其背后的基本力。

粒子物理学的起源可以追溯到20世纪初,当时科学家发现了电子以外的一些粒子,例如质子和中子。

随着科技的进步,越来越多的基本粒子被发现,人们逐渐认识到物质的基本构成比我们最初想象的要复杂得多。

粒子物理学的发展推动了人类对宇宙的认知不断深化,也在许多领域产生了广泛的应用,如医学影像、核能利用等。

三、核物理学与粒子物理学的重要意义核物理学和粒子物理学在今天的科学研究中具有重要的意义。

首先,它们丰富了我们对物质结构和相互作用的认识,揭示了宇宙的奥秘。

核物理与粒子物理导论chap_1_4-7 (6)

核物理与粒子物理导论chap_1_4-7 (6)

166习 题7-1.原子核69Zn 处于能量为436 keV 的同核异能态时,试求放射γ 光子后的反冲动能E R γ和放射内转换电子后的反冲动能E Re 。

若69Zn 处于高激发态,可能发射中子,试求发射能量为436keV 中子后的反冲能E Rn 。

(已知K 层电子的结合能为9.7keV 。

)7-2.试计算1μg 重的137Cs 每秒放出多少个γ 光子。

(已知137Cs 的半衰期为30.17a , β衰变至子核激发态的分支比为93%,子核γ 跃迁的内转换系数分别为αK =0.0976, K L =566.,260.0=LM 。

) 7-3.放射源衰变至的激发态,然后接连通过两次γ 跃迁至基态。

由β磁谱仪在曲率半径为20cm 处测得此放射源的内转换K 电子的峰与场强0.02575,0.02166 T 对应。

已知Ti 的K 电子结合能为5.0keV ,试求γ 跃迁的能量。

Sc 4621β−Ti 4622 7-4.实验测得有两组βSb12051()a +电子:0.52 MeV ,=5.5;1.70 MeV ,=4.5。

后者为相应至基态之跃迁。

一条γ 射线,其能量为1.181MeV ,属E 2型。

已知基态的自旋和宇称为0log /fT 12log /fT 12Sn12050()b Sn12050+,试画出衰变纲图,并标出各能级的自旋和宇称。

7-5.设一核有大致等距分布的四条能级,其能级特性从下至上依次为21+,29+,23-,29-。

试画出能级图,标明最可能发生的跃迁类型。

7-6.通过K 俘获衰变至的激发态,后者跃迁至基态时,放出一系列γ 光子或内转换电子。

由β 磁谱仪测得22条内转换电子谱线(见下表)。

试确定所放出的γ 光子的能量,并画出的能级图。

(已知K ,L ,M 层电子的结合能分别为11.9、1.5和0.2keV 。

) Se 7534As7533As 7533内转换电子能量(keV)(带*者发生在K 层)23.2 95.3 186.9 293.4 24.4 96.5 197.2 303.454.3 109.4* 253.3 390.0 64.6 124.3 263.6 400.5 68.9* 134.7 268.2 85.0 136.0 278.5 7-7.对于下列γ 跃迁,已知跃迁类型和始态的能级特性,试求末态的能级特性:(i );(ii);(iii) ;(iv) ;(v) 。

核物理与粒子物理导论chap_1_4-7 (7)

核物理与粒子物理导论chap_1_4-7 (7)

129习 题6-1.利用核素质量,计算的β 谱的最大能量。

He H 3231→m E 6-2.既可产生衰变,也可产生K 俘获,已知的最大能量为1.89 MeV ,试求K 俘获过程放出的中微子的能量。

V 4723β+β+E v 6-3.样品中含RaE 4.00 mg ,实验测得半衰期为5.01d ,放出β 粒子的平均能量为0.337 MeV ,试求样品的能量辐射率W 。

6-4.设在标准状态下的2.57 cm 3的氚气样品中,发现每小时放出0.80 J 的热,已知氚的半衰期为12.33 a ,试求:衰变率D ;()β 粒子的平均能量()a b E β;()c E β与β 谱的最大能量之比m E E β/。

m E 6-5.的衰变能=0.87 MeV ,试求的反冲能。

Li Be 73K74→d E Li73R E 6-6.32P 的β 粒子最大能量=1.71 MeV ,计算放出β 粒子时原子核的最大反冲能和发射中微子时核的最大反冲能。

m E E Re v E R 6-7.放射源有:(两组电子,其最大能量和分支比为0.69 MeV ,16%和1.36 MeV ,16%,后者为相应至基态之衰变;(两组电子,其最大能量和分支比为0.92 MeV ,25%和1.53 MeV ,2.8%,后者为相应至基态之衰变;(两组单能中微子:1.93 MeV ,38%和2.54 MeV ,2.2%。

试作出的衰变纲图,并求该放射源所放出的γ 射线的能量。

(已知Ge 的K 电子结合能为≈0.01 MeV 。

)As 7433)a β−Se 7434)b β+Ge 7432)c As 7433 6-8.计算24Na 的衰变的β 粒子最大能量,为什么在实验中没有观察到达这组能量的β 粒子?β−m E6-10.对于,查表得,并已知子核的能级特性为0CaSc 4220s68.04221+→β3.3m 10),(=E Z f +。

试求log 值,并以此判断母核的能级特性。

粒子物理学导论

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阅读感受
《粒子物理学导论》是一本非常优秀的书籍,它以简洁、生动的语言介绍了 粒子物理学的基本概念和最新进展。无论大家是对科学感兴趣的读者,还是希望 深入了解粒子物理学的专业人士,这本书都是一本值得一读的好书。它不仅让我 对粒子物理学有了更深入的理解,也激发了我对这个迷人领域的研究兴趣。
目录分析
目录分析
目录分析
第一章是“粒子物理学的世界”,这一章对粒子物理学进行了总体的介绍, 包括其研究领域、研究方法和研究意义等,为后续深入学习奠定了基础。
目录分析
第二章到第九章,分别从不同的角度详细介绍了粒子物理学的各个方面。其 中,第二章“原子核和放射性”,第三章“粒子的种类和性质”,第四章“量子 力学的基本原理”,第五章“相对论和量子场论”,第六章“基本粒子的标准模 型”,第七章“相对论重离子碰撞和夸克胶子等离子体”,第八章“宇宙粒子和 暗物质”,第九章“粒子探测器和实验技术”,第十章“粒子物理学中的计算机 模拟”。
粒子物理学导论
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
本书关键字分析思维导图
包括
强子
介绍
宇宙
放射性
理论
结构
粒子物 理学
粒子物理 学
粒子
基本概念
物理
导论
原子核
相互作用
基本原理
教材
性质
导论
内容摘要
内容摘要
《粒子物理学导论》是一本介绍粒子物理学基本概念和理论的教材。本书的主要内容涉及粒子的 分类、基本粒子的性质和相互作用、原子核和放射性、强子物理和宇宙中的粒子等。 本书介绍了粒子物理学的概念和基本原理,包括波粒二象性、量子力学的基本原理、狭义相对论 和粒子相互作用的基本理论。接着,本书详细介绍了不同类型的粒子,包括轻子、夸克、胶子、 光子等,并讨论了它们的基本性质和相互作用。本书还介绍了原子核和放射性的基本概念和理论, 包括原子核的结构、原子核衰变和放射性衰变等。 除此之外,本书还介绍了强子物理和宇宙中的粒子的基本概念和理论,包括强子的结构和性质、 宇宙辐射和宇宙中的暗物质等。本书总结了粒子物理学的发展历程和未来发展趋势,并介绍了粒 子物理学在能源、环境和医学等领域的应用。 《粒子物理学导论》是一本全面介绍粒子物理学基本概念和理论的教材,是一本很好的参考书。

核物理与粒子物理导论chap_1_4-7 (8)

核物理与粒子物理导论chap_1_4-7 (8)

112习 题5-1.实验测得210Po 的α 粒子能量为5301 keV ,试求其衰变能。

5-2.利用核素质量,计算226Ra 的α 衰变能和α 粒子的动能。

5-3.Bi 衰变至T1,有两组α 粒子,其能量分别为E (α83211812070)=6621 keV ,E (α1) =6274 keV 。

前者相应为母核基态衰变至子核基态;后者相应为母核基态衰变至子核的激 发态。

试求子核T1激发态的能量,并画出此衰变纲图。

81207 5-4. Po α 衰变至Pb ,已知α 粒子的动能E 8421882214k 为5.988 MeV ,试计算反冲核Pb82214的动能,并求出α 衰变能E d 。

5-5.一块重为半公斤的核燃料纯239Pu ,试计算这块核燃料存放时由于α 衰变放出的 功率为多少瓦(W )?5-6.试计算α 粒子对于Ne ,Sn ,U 的库仑势垒,设r 102050112922380=1.45fm 。

5-7.已知ThC ′(Po )对于基本α 粒子组(E 212840=8.785 MeV )的半衰期为3×10-7s ,试计算激发核ThC ′对于发射长射程α 粒子(E 3=10.55 MeV )的平均寿命,在计算时假定α 粒子碰撞势垒的次数,在激发核内和在非激发核内都是相同的。

5-8.试计算:(i )223Ra 发射14C 的动能E k 和库仑势垒V C ;(ii )53m Co 发射质子的动能E k 和库仑势垒V C 。

5-9.利用结合能的半经验公式,推导出原子核发射质子的衰变能随Z ,A 变化的关系式。

5-10.为什么能量低于2MeV 和高于9MeV 的α 放射性很少见?5-11.为什么基态偶偶核α 衰变时能量最大的α 粒子强度最大?而奇A 核的就不一定? 5-12.有没有α 稳定线?为什么?112。

核物理与粒子物理导论chap_1_4-7 (4)

核物理与粒子物理导论chap_1_4-7 (4)

226习 题9-1.试求的反应能Q 和阈能E Ben)Li(p,7473th 。

9-2.试求中子与16O ,17O 核作用时发生(n ,2n )反应的阈能E 1和E 2,并解释两个阈能值的巨大差别。

9-3.用能量为1.51MeV 的氘引起反应11B (d ,α )9Be 中,在θ=°90方向测得α 粒子能量为6.37MeV ,试求反应能Q 。

9-4.210Po 的α 粒子()在MeV 3.5=αE 9Be 靶上可以产生(α,n )反应,试求出射___________________________① C.H. Dasso and A. Vitturi .Phys. Rev. C50(1994)R12② M.S. Hussein et al .Phys. Rev. C46(1992)377角θ=°90时的中子能量E n 。

9-5.反应10B (n ,α)7Li 用来记录慢中子,试求α 粒子的动能E α 和反冲核的动能E R 。

9-6.引起反应7Li (p ,α )4He 的质子能量为1MeV 时,如果两个α 粒子相对于入射质子方向对称飞开,试求每一α 粒子的动能E α 和出射角θ 。

9-7.试求镭一铍中子源的最大中子能量E m 。

已知镭源的α 粒子的最大能量为7.69MeV 。

9-8.快中子照射铝靶时,能发生反应27Al(n ,p)27Mg ,Al min 46.9Mg 272127→=−T β。

已知铝靶面积为2×5cm 2,厚为1cm ,靶面垂直于中子束,铝靶经通量密度为107cm -2⋅s -1的快中子长期照射后,经过20.4min ,还有4.18×102Bq 的放射性,试求该反应的截面σ 。

9-9.用20μA 的3.5MeV 的质子束轰击厚为50mg ⋅cm -2的7Li 靶,通过7Li (p ,n )7Be 反应产生放射性核素7Be 。

设反应截面为300mb ,试求轰击2h 后的放射性活度A 。

核物理学和粒子物理学基础

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汇报人:XX
CONTENTS
PART ONE
核物理学是研究原子核和核子系统的性质、结构、反应机制和变化规律的学科。 核物理学在能源、医学、工业、农业等领域有广泛应用。 核物理学的发展对于深入理解物质的基本结构和性质、推动科技发展具有重要意义。 核物理学的研究涉及到多种实验方法和理论模型,需要多学科交叉合作。
核力的特点:短程力,随着距离增加 迅速减小;具有饱和性,即一个核子 只能与一定数量的核子相互作用
核力的作用范围:大约在1.5fm(飞 米)左右,相当于原子核的尺度
核能发电:利用核 裂变反应产生的能 量转化为电能
核武器:利用核裂 变或核聚变原理制 造的武器
核医学:利用放射 性核素进行诊断和 治疗
核反应堆:用于产 生热能或电能,如 核潜艇和核动力航 空母舰的动力源
质量与寿命关系: 粒子的质量和寿 命之间存在一定 的关系,一般来 说,质量越大的 粒子寿命越短
实验测量:通过 实验测量粒子的 质量和寿命,可 以进一步了解粒 子的属性和相互 作用机制
PART SIX
粒子加速器:通过 加速带电粒子来研 究粒子的基本性质 和相互作用
原子核衰变:利用 原子核的衰变过程 来研究粒子的性质 和行为
汇报人:XX
的核力。
原子核的稳定性取决于质子和中子的数量 稳定的原子核具有偶数个质子和中子 不稳定的原子核具有奇数个质子和中子 原子核的稳定性与核力有关
原子核衰变的类型:α衰变、β衰变、γ衰变等 衰变规律:半衰期、衰变常数等 衰变的意义:揭示原子核内部结构和性质,为核能利用提供理论基础 衰变的应用:放射性医学、放射性考古等
宇宙射线:通过观 测宇宙射线来研究 高能粒子的产生和 传播
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习 题
12-1.计算1GeV 的质子和1GeV 的197Au 的德布罗意波长。

12-2.讨论在反应中容许的角动量和宇称。

已知π介子的自旋宇称是00π
n n d π++→+−-,而且入射π--的能量很低。

12-3.(a) 说明π+π-系统只能处在轨道角动量量子数l=偶数而总同位旋T=0或2的态上,
或者l=奇数而T=1的态上。

(b)说明π0π0系统只能在T=0或2的态上,因而l只能为偶数。

(c) 讨论π+π+系统可能的状态。


12-4. (a) 产生Ω-的常用办法是采用p-p对撞,给出遵守所有强作用守恒定律的反应并
算出反应所需的阈能。

(b) 给出用K -产生Ω-的反应并算出阈能。

12-5. 说明在采用过程产生超核时,如果将约500MeV/c的K介子入射到几乎静止的中子上并且在接近0度方向测到π介子,则产生的Λ−−+→+π
Λn K 00能量很低。

在这种情
况下Λ0容易占据中子原来在核内的轨道。

分析中子在初始状态的低能运动对超核的产生会有什么效应。

12-6.在衰变母体为静止的参照系中,计算每个衰变产物的动能: (a ) ;
μνμπ+→+
+ (b)
;πp 0−+→Λ(c)
-0-K +Λ→Ω(d) 0π
πK +→++12- 在衰变母体为静止的参照系中,计算每个衰变产物的最大动能: ;)(;
)(;
)(;
)(0000K K d n c K b a L ++→++→Σ++→++→−−+−−+ωψυμνμππππωμμ
12-7.在下列反应中,计算出各射粒子的动能。

假定式中第一个粒子以给出的动量入射到静止的第二个粒子上。

(a ) +−+→+πΣp K -GeV/c 2.1=i p
(b)
GeV/c 4.2n ρp π0=+→+−i p 12-8. 假定下列反应中前一粒子入射到静止的第二个粒子上,求反应的阈能: →
++→++−−p p (b);K Ξp K (a)Υ n ωp π)(+→+−
c 12-9. 用K -+n
12-10.分析下列衰变或反应违反了那些守恒定律。

如果可能,指出这些过程通过什么相互作用仍能发生。

.
μe πK (f);ππππK (e);ΣΛp π(d);e e πK (c);
νe n Σ(b);
πp p p π(a)000e 0−+++−+++−−++++++++→+++→+→+++→++→++→+
12-11.用夸克结构分析下列衰变过程:
.K p Λ(d);
πΛΞ(c);
ππK (b);K ΛΩ(a)0c 000+→+→+→+→+−−++−− 12-12.用夸克结构分析下列反应过程: .πΔn π(d);
K Ξp K (c);K Λπp p p (b);K K Ωp K (a)0000+→++→++++→+++→+−−+−−++−−12-13.按夸克结构分析下列反应与衰变过程: .)(;)(;)(;
)(0−+−+−−++−−++→++→++→+→K K n p d K c e b a e πυμνππυμπμμ。

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