原子核物理导论
原子物理原子核物理概论总结
原子物理原子核物理概论总结英文回答：Introduction:In the field of atomic and nuclear physics, we study the fundamental properties and behaviors of atoms and atomic nuclei. This branch of physics explores the structure, composition, and interactions of these microscopic particles. By understanding the principles of atomic and nuclear physics, we gain insights into the nature of matter and the forces that govern the universe.Atomic Physics:Atomic physics focuses on the study of atoms, which are the building blocks of matter. It investigates the behavior of electrons within atoms and the interactions between atoms and electromagnetic radiation. One of the key concepts in atomic physics is the energy levels ofelectrons in atoms. These energy levels are quantized, meaning that electrons can only occupy specific energy states. The study of atomic physics has led to the development of various technologies, such as lasers, atomic clocks, and atomic spectroscopy.Nuclear Physics:Nuclear physics, on the other hand, deals with the structure and behavior of atomic nuclei. It explores the properties of protons and neutrons, which are the constituents of atomic nuclei. Nuclear physics investigates nuclear reactions, such as nuclear fission and fusion, which release vast amounts of energy. It also examines the stability and decay of atomic nuclei, including radioactive decay. Nuclear physics has applications in fields such as energy production, medicine (e.g., nuclear medicine), and nuclear weapons.Connection between Atomic and Nuclear Physics:Atomic and nuclear physics are closely related fields,as they both study the fundamental particles that make up matter. Atomic physics provides a foundation for understanding the behavior of electrons, which play a crucial role in determining the properties of atoms. Nuclear physics, on the other hand, delves into the structure and properties of atomic nuclei, which are composed of protons and neutrons. The study of atomic and nuclear physics together allows us to comprehend the complex interactions between electrons and atomic nuclei, leading to a deeper understanding of matter and the universe.Conclusion:In conclusion, atomic and nuclear physics are essential branches of physics that explore the properties and interactions of atoms and atomic nuclei. Atomic physics focuses on the study of electrons and their behavior within atoms, while nuclear physics investigates the structure and behavior of atomic nuclei. These fields are interconnected, providing a comprehensive understanding of the fundamental particles that make up matter. The knowledge gained fromatomic and nuclear physics has led to numerous technological advancements and applications in various fields. By continuing to study and explore these areas, we can further unravel the mysteries of the universe.中文回答：介绍：原子物理和核物理是研究原子和原子核的基本性质和行为的领域。
物理学理解原子和核物理
物理学理解原子和核物理物理学是一门研究物质和能量之间相互作用的学科，它探索宇宙的基本原理和自然现象。
其中的两个重要分支是原子物理和核物理。
这两个领域的研究使我们能够更深入地了解物质的微观结构和基本构建单元。
一、原子物理的基础原子是物质的最小单位，由电子、质子和中子组成。
原子物理的研究涉及探索原子的结构、性质和它们在自然界中的行为。
为了更好地理解原子结构，诺贝尔奖得主玻尔提出了一种模型，即玻尔模型。
根据玻尔模型，原子的结构由一个核心和围绕核心旋转的电子构成。
原子物理的一个重要概念是能级。
电子在不同的能级上运动，当电子吸收或释放能量时，会发生能级跃迁。
这些能级跃迁导致物质的各种性质，如光谱的发射和吸收。
二、核物理的探索核物理研究的是原子核的结构和性质。
原子核由质子和中子组成，质子带有正电荷，中子没有电荷。
核物理旨在研究核反应、放射性衰变和核能源等现象。
核反应是核物理的一个重要研究领域。
核反应包括核聚变和核裂变。
在核聚变中，两个原子核融合在一起形成一个更大的原子核，并释放出巨大的能量。
核聚变是太阳和恒星的能量来源。
而在核裂变中，原子核被撞击或吸收中子，因而分裂成两个或更多的碎片，并释放出巨能量。
放射性衰变是核物理的另一个重要概念。
某些核素具有不稳定性，它们会随时间发生自发性衰变，释放出放射性粒子和能量。
这种放射性衰变在医学、能源和环境等领域具有广泛的应用。
三、量子物理的突破原子物理和核物理的理解得益于量子力学的发展。
量子力学是描述微观世界的理论框架，它介绍了微观粒子的行为和相互作用。
量子力学的发展使我们能够解释原子和核的行为，并预测物理现象。
量子理论引入了波粒二象性的概念，即微观粒子既具有粒子特性，又具有波动特性。
例如，电子可以表现为粒子形式进行相互碰撞，也可以表现为波动形式通过电导体传输。
这种二象性对于解释原子和核物理的一些现象至关重要。
此外，量子理论还提供了对测量不确定性的解释。
海森堡的测不准原理指出，在量子尺度上，同时测量粒子的位置和动量是不可能的。
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7. Nuclear Collisions and Reactions 14. Nuclear and Particle Astrophysics
Nuclear Physics ≠ Nuclear Bomb !!
Aims
•To study the general properties of nuclei •To examine the characteristics of the nuclear force •To introduce the principal models of the nucleus •To discuss the spontaneous decay of nuclei including
those far from the region of stability •To study nuclear reactions, in particular fission and fusion •To introduce detectors •To discuss the practical applications of nuclear physics •To develop problem solving skills in the above areas
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原子核物理概论
从核素图上看到，稳定的核素都分布在一个狭长 的带状区域内，通过这狭长带状区域中心可画一条
光滑曲线，这条曲线称为 稳定线(-stability line) 。
稳定线及其附近的这个狭长的带状区域称为核素 的稳定区。 稳定线起始段与N=Z的直线相重合； 随着核子数增多偏向N>Z方向。 上侧区域是缺中子的核素区，具有 放射性(包括 电子俘获 ) 或放射质子；下侧的区域是丰中子核素 区，具有 - 放射性或放射中子。这两个区域的核素 经衰变后转变为更靠近稳定线的核素。
为偶数的原子核是玻色子，服从玻色-爱因斯坦统计。
费米子体系
(xi x j ) - (x j xi )
玻色子体系
(xi x j ) (x j xi )
第七章
原子核物理概论
1,原子核的基本性质 2,原子核的结构模型 3,核衰变 4,核反应 5,裂变与聚变
原子核的一般性质
原子核是原子的中心 , 线度占万分之一，质量占
99%以上.
原子核对原子的主要贡献是原子核的质量和电荷。
把原子和原子核看作物质结构中两个层次。 核外电子行为对原子核的性质几乎没影响；物质 有些性质主要归因于核外电子，如元素化学性质、某 些物性及光谱特性等；有些性质归因于原子核，如放 射性等；除电性以外几乎不存在哪种性质是由原子核 和核外电子共同提供的。
1932年查德威克发现中子后，伊凡宁柯和海森 伯提出核的质子-中子假说。 质子p带1个单位正电荷，质量1.007277u，是电 子质量的1836.1倍；中子n不带电荷，质量1.008665u， 是电子质量的1838.1倍。
质子、中子统称核子，海森伯认为质子和中 子是核子的两个不同状态，质量上的微小差异是 由电性质的不同所引起的。
原子物理学第7章原子核物理概论
2)半衰期:放射性核素衰变掉原有核素一半所需的时间.
T
0.093
N/No 1.00 0.75 0.50 0.25 0 1T
13
t T N N0 / 2 1 ln 2 λT N 0 N 0e T 2
第七章 原子核物理概论
N衰变
（T 10 min）
2T 3T 4T t 6
Manufacture: Zhu Qiao Zhong
3)平均寿命:
1
1.44T
表示每个核衰变前 存在时间的平均值.
导出要点: 在 t t dt 内,发生衰变的核数为 核的寿命为t ,则所有核素的总寿命为 于是任一核素 的平均寿命为:
dN Ndt
,这些
放射性活度A(也称“放射性强度”,“放射率”,“衰变 率”): 放射性物质在单位时间内发生衰变的原子核数 . t A描述放射源每秒发生核衰变的次数 ,
A A0 e
并不表示放射出的粒子数.
dN N N 0 e t A0 e t dt A的单位(1975年规定):贝克勒(或贝可)(Bq). 1Bq＝1次核衰变/秒. A的辅助单位:居里(Gi);毫居(mGi)、微居(μGi)
第七章 原子核物理概论 Manufacture: Zhu Qiao Zhong
8
4.长半衰期的测定
半衰期是放射性核素的手印.
测定半衰期是确定放射性核素的重要方法.
测出放射性活度A,算出产生A的核素数目N,据A=λN求出λ, 则可求出:T=ln2/λ. 为保证足够的计数以降低统计误差,必须增大N.
第七章 原子核物理概论
Manufacture: Zhu Qiao Zhong
原子物理第七章大学物理
（三）、放射性活度
N N0et
A0 N0
A dN / dt N N0et A0et
表明放射性活度随时间的衰变仍服从指数衰变规律。 单位：国际单位制中，放射性活度的单位为“贝克勒 尔”，记作“Bq”，1Bq=1次衰变/秒
10 1居里(Ci)= 3.7 10 次衰变/秒= 3.7 1010 Bq
1911：原子的核式结构；1945：原子弹；
三、原子核的组成
原子核由质子和中子组成。质子带电＋e；中子不带电。质 子和中子统称核子
几个概念
① 原子质量单位u：
12 6
C 规定的质量为12u.
1u=1.66054×10-27 kg =931.5016 MeV/c2 mn=1.007825 u, mp=1.007727 u ②原子核的符号
放射源所含放射性物质的原子核数： N
NA
A
AT1
2
放射源所含放射性物质的质量： m ( M ) N
ln 2 MAT1
2
N A ln 2
三、 放射系
1．钍(
232 90Th
)系
2．铀(
238 92U )系
235 3．锕( 92U)系
4．镎( 94 Pu )系，
241
四、放射性衰变规律在地质考古上的应用 在考古工作中，
mA M A Zme 原子核质量占原子质量的99％以上；
核外电子的行为对原子核的性质几乎无影响； 原子与原子核为微观系统的两个不同层次。
二、历史回顾
1896： 铀的放射现象；
1932：中子；
1897： 放射性元素钋和镭； 1934：人工放射性； 1899： , 射线； 1939：中子轰击铀，有中间物质产生； 1900： 射线； 1942：链式反应；
第一章_原子核物理讲义
利用相对论关系，核内电子能量 E≈PC≧124MeV
可是，没有任何实验迹象能表明原子核内存 在如此高能的电子。 直到1932年，查德维克（J.Chadwick）发 现了中子，人们才搞清楚了核的基本组成。中子 发现后不久，海森伯（W.Heisenberg）很快就提 出了原子核是由质子和中子所组成的假设，得到 一系列实验事实的支持，有人把发现中子的年代 当作原子核物理诞生的年代。
注意到，一般数据表中又常用质量过剩 （mass excess）△(Z,A)来表示相应的原子 质量M（Z，A），且用相应能量来表示，即 定义：
2 ( Z , A ) [ M ( Z , A ) A u ] c
(1.3.3)
可见，知道了△(Z,A)，即可得 M(Z,A)。引入可对计算带来不少方便。 于是，结合能可改写为：
§1.1原子核的组成
1、原子的中心——原子核
1909年卢瑟福的学生盖革（H.Geiger）和马 斯顿(E.Marsden)用α粒子轰击原子时，发现α粒 子被反射回来的几率有约八千分之一。卢瑟福根 据实验事实，于1911年提出原子的“核式结构模 型”。
他认为正电荷和原子质量集中在原子中心 R≤10-12cm的小范围内，这就是原子核。核外电子 在核的库仑场中运动，这种核式结构决定了原子 的性质。 盖革和马斯顿继续进行系统实验研究，并充 分肯定了这一理论的正确性。随后，尼·玻尔 （N.Bohr）又将量子说应用于原子的有核结构， 成功地解释了氢原子的光谱。
图1.2.1 一些核 的电荷分布
定义电荷从0.9ρ0下降到0.1ρ0的距离为边 界厚度t，则由（1.2.4）式 : t=(4ln3)a=4.4a (1.2.5) 对不同核，a近似于常数，即t近似于常数， 如图1.2.1。由ρ（r），得均方根半径 <r2>1/2。
物理学中的原子核物理理论
物理学中的原子核物理理论原子核物理理论是物理学中的一个重要分支。
它研究的是原子核的结构和性质以及核反应的规律。
在这个领域里，科学家们运用了许多物理学原理和数学方法，以便更加深入地了解原子核这个微观世界的奥秘。
一、原子核的结构原子核是由质子和中子组成的，它们结合在一起形成了原子核的稳定结构。
质子和中子都是由夸克这个基本粒子组成的。
质子的电荷为正，质量为1.007825 u；中子的电荷为0，质量为1.008665 u。
由于原子核中的电子数量非常少，原子核的电荷主要由质子提供。
原子核的质量主要由质子和中子的总和决定。
原子核中质子和中子的数量不同，使得它们结构上有所变化。
原子核中质子和中子的比例称为同位素的丰度，它决定了同位素的化学性质。
二、原子核的稳定性原子核的稳定性决定了它们的存在时间和化学性质。
稳定的原子核含有相应的质子和中子数量。
当原子核中的质子或中子过多或过少，就会导致不稳定的核，称为放射性核。
放射性核通过放射性衰变来变得更稳定。
放射性衰变有α衰变和β衰变。
在α衰变中，放射性核会放射出两个质子和两个中子，转变成较为稳定的核；在β衰变中，放射性核会放射出一个电子或正电子，转变成更稳定的核。
三、原子核反应原子核反应是原子核物理学的一个重要研究领域。
它研究的是原子核之间的相互作用。
1.核裂变核裂变是将一个原子核分裂成两个或多个较小的原子核的过程。
裂变过程中会释放出能量和中子。
中子可以促进其他原子核的裂变，形成逐步扩大的连锁反应。
核裂变在核武器制造和核能利用中都有广泛的应用。
2.核聚变核聚变是将两个较轻的原子核合并成一个更重的原子核的过程。
在聚变过程中释放大量能量和中子。
核聚变是太阳内部能量的主要来源，也被应用于核能利用。
3.放射性同位素的应用放射性同位素在医学和科研中有广泛的应用。
放射性同位素可以被用于诊断和治疗癌症、研究生物化学反应和物质的自然衰变等等。
四、原子核物理的研究方法原子核物理的研究方法包括粒子加速器、探测器和计算机模拟等。
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3. The Size and Shape of Nuclei
4. The Masses of Nuclei
5. Nuclear Instability
6. Alpha Decay 7. Nuclear Collisions and Reactions
13. Particles: Summary and Outlook
Why Do Nuclear Physics?
Building matter and matter falling apart
building with quarks and leptons
-neutrons, protons, deuterons... -Nuclei
→ how many elements, why? → stars, neutrino mass and the cosmos
Medical applications
Cancer therapy using radiation
Historic use to kill th ion beams (e.g. GSI)
Medical imaging
MRI (Nuclear magnetic imaging) Positron Emission Tomography X-ray imaging etc
stars, supernova, the Big Bang the creation of chemical elements production of energy in stars and on Earth nuclear astrophysics
We are all made from the products of exploding stars → the study of nuclear cross sections
Course Name: Introduction to Nuclear Physics (I) 原子核物理導論（一）
Course code :
3297
Instructor:
李秉政老師
“1In the beginning God created the heavens and the earth. 2But the earth became waste and emptiness, and darkness was upon the surface of the deep, and the Spirit of God was brooding upon the surface of the waters. “ (Genesis 1:1 ~2)
14. Nuclear and Particle Astrophysics
Nuclear Physics ≠ Nuclear Bomb !!
Aims
•To study the general properties of nuclei •To examine the characteristics of the nuclear force •To introduce the principal models of the nucleus •To discuss the spontaneous decay of nuclei including those far from the region of stability •To study nuclear reactions, in particular fission and fusion •To introduce detectors •To discuss the practical applications of nuclear physics •To develop problem solving skills in the above areas
matter decays - splitting the atom...
-alpha, beta, gamma -fission particles
Why Do Nuclear Physics?
Nuclear processes are used all around us and there are key applications in many aspects of our lives
Security and industry
Oil well logging Detection of bomb material etc
Why Do Nuclear Physics?
Other applications
The environment
Carbon dating - 12C/14C ratio Argon gas dating Rb/Sr dating of rocks
Biology
Archaeology (dating by isotope ratios) Use of radioactivity to trace fluids in organs Forensic
Nuclear fission (fusion?) for generation of power a not topic now - no CO2 emissions - but it is safe?
Radioactivity in medicine, industry and research
Why Do Nuclear Physics? Nuclear physics is fundamental to understanding our lives and the physical world around us What is the origin of the Universe? What is the origin of nuclei - H, He, Li...Fe...U,Th?
Recommended Textbooks:
1. “Nuclear and Particle Physics” by W.S.C. Williams, Oxford University Press, New York 士華圖書公司(02)27033016 2. “Introductory Nuclear Physics” by Kenneth S. Krane, John Wiley & Sons, Inc. 3. “Introductory Nuclear Physics” by Samuel S.M. Wong, John Wiley & Sons, Inc., New York 民權書局有限公司(02)23651662, (02)23657999 4. “Modern Atomic and Nuclear Physics” by Fujia Yang, Joseph H. Hamilton The McGraw-Hill Companies, Inc.
Contents
1. Introduction 2. Some Quantitative Formalities 8. Nuclear Models 9. Forces and Interactions 10. Hadrons and the Quark-Parton Model 11. The Electromagnetic Interaction 12. The Weak Interaction
Nuclear Magnetic Resonance (cancer), Security (e.g. mine detection), Fundamental studies such as neutrino properties (double beta decay)...
Why Do Nuclear Physics?