原子核与基本粒子共88页
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第十二章 原子核及基本粒子简介
e t ， 3.5
而
N1
N2
12.3 中子星的密度与核物质相仿，假定太阳塌陷到中子星，其半径将是多少？ 解：
12.4 已知天然放射性核素
220 86
Rn ，衰变后成新的放射性核素 216 （ 1）写 84 Po ，半衰期为 54.5s。
出衰变方程； （ 2）求衰变常量及平均寿命各为多少？ 解：(1)衰变方程为
第十二章 原子核及基本粒子简介
12.1 已知
226 88
Ra 的半衰期为 1600 年，求其衰变常数。
- t
解：由 N N 0e
226 88
1600 4.3 104
14
Ra 的衰变常数为 0.693
12.2 新近砍下的木片每分钟有 12.4 次 C 衰变，数千年前的同样大小的样品每分钟有 3.5 次 C 衰变，样品的年龄为多少？
14
解：由放射性活度公式 I N 0e 新近砍下的木片
t
可知，
I1 N1e t
t
千年前砍下的木片 I 2 N 2e 所以，
I1 N1 12.4 3.54 I 2 N 2 3.5
多少质量的这种同位素？ 解：由于=5.3 年，所以 e 由 I N 0 e
t
1/ 2
ln 2 ln 2 4.15 10 9 5.3 365 24 3600
9
3.7 107 4.15 109 N 0e4.1510 得出，
220 86 4 Rn 216 84 Po 2 He
(2) 衰变常量
ln 2 0.693 0.0127 54.5 1 平均寿命 78.74 s
而
N1
N2
12.3 中子星的密度与核物质相仿，假定太阳塌陷到中子星，其半径将是多少？ 解：
12.4 已知天然放射性核素
220 86
Rn ，衰变后成新的放射性核素 216 （ 1）写 84 Po ，半衰期为 54.5s。
出衰变方程； （ 2）求衰变常量及平均寿命各为多少？ 解：(1)衰变方程为
第十二章 原子核及基本粒子简介
12.1 已知
226 88
Ra 的半衰期为 1600 年，求其衰变常数。
- t
解：由 N N 0e
226 88
1600 4.3 104
14
Ra 的衰变常数为 0.693
12.2 新近砍下的木片每分钟有 12.4 次 C 衰变，数千年前的同样大小的样品每分钟有 3.5 次 C 衰变，样品的年龄为多少？
14
解：由放射性活度公式 I N 0e 新近砍下的木片
t
可知，
I1 N1e t
t
千年前砍下的木片 I 2 N 2e 所以，
I1 N1 12.4 3.54 I 2 N 2 3.5
多少质量的这种同位素？ 解：由于=5.3 年，所以 e 由 I N 0 e
t
1/ 2
ln 2 ln 2 4.15 10 9 5.3 365 24 3600
9
3.7 107 4.15 109 N 0e4.1510 得出，
220 86 4 Rn 216 84 Po 2 He
(2) 衰变常量
ln 2 0.693 0.0127 54.5 1 平均寿命 78.74 s
17原子核和基本粒子PPT课件
15
历史回顾重要事件
• 1958：我国建成第一座重水型原子反应堆; • 1964：我国第一颗原子弹试爆成功； • 1967：我国第一颗氢弹试爆成功； • 1969：我国首次成功地下核实验； • 1984：我国受控热核聚变实验装置顺利启动； • 1988：北京正负电子对撞机首次对撞成功； • 1991：秦山核电站发电成功;
3
学习与思考
学而不思则罔， 思而不学则殆。
孔子 《论语·为政》
4
历史回顾重要人物
• H.Becquerel, 法国物理学家 （1852-1908），1903年获 得诺贝尔奖。发现了铀(U) 放射现象，这是人类历史上 第一次在实验室里观察到原 子核现象。
5
历史回顾重要人物
• M.Curie，法国物理学家（ 1867-1934），波兰人，1903 年获得诺贝尔奖。发现钋 (Po)和镭(Ra); 她的女儿 (I.Joliot-Curie, 1897-1956)和 女婿(F. Joliot-Curie, 19001958)因发现人工放射性获 1934年诺贝尔奖。
用a 粒子轰击金箔的实
验中，发现有大约八千 分之一的几率被反射。 Rutherford说：“就像一枚15英寸的炮弹打在一张纸 上又被反射回来一样”。 Rutherford认为：正电荷和原子质量集中在原子中心 R10-12cm的范围内。
8
历史回顾重要人物
• J.Chadwick，英国物 理学家(1891-1974)， 1935年因发现了中子 获得诺贝尔奖。中子 的发现被认为是原子 核物理的诞生。
18
历史回顾原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图 19
17-1 原子核的基本性质 一、原子核电荷、质量和密度
1、原子核的质量数和电荷数 原子核由质子和中子组成。
历史回顾重要事件
• 1958：我国建成第一座重水型原子反应堆; • 1964：我国第一颗原子弹试爆成功； • 1967：我国第一颗氢弹试爆成功； • 1969：我国首次成功地下核实验； • 1984：我国受控热核聚变实验装置顺利启动； • 1988：北京正负电子对撞机首次对撞成功； • 1991：秦山核电站发电成功;
3
学习与思考
学而不思则罔， 思而不学则殆。
孔子 《论语·为政》
4
历史回顾重要人物
• H.Becquerel, 法国物理学家 （1852-1908），1903年获 得诺贝尔奖。发现了铀(U) 放射现象，这是人类历史上 第一次在实验室里观察到原 子核现象。
5
历史回顾重要人物
• M.Curie，法国物理学家（ 1867-1934），波兰人，1903 年获得诺贝尔奖。发现钋 (Po)和镭(Ra); 她的女儿 (I.Joliot-Curie, 1897-1956)和 女婿(F. Joliot-Curie, 19001958)因发现人工放射性获 1934年诺贝尔奖。
用a 粒子轰击金箔的实
验中，发现有大约八千 分之一的几率被反射。 Rutherford说：“就像一枚15英寸的炮弹打在一张纸 上又被反射回来一样”。 Rutherford认为：正电荷和原子质量集中在原子中心 R10-12cm的范围内。
8
历史回顾重要人物
• J.Chadwick，英国物 理学家(1891-1974)， 1935年因发现了中子 获得诺贝尔奖。中子 的发现被认为是原子 核物理的诞生。
18
历史回顾原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图 19
17-1 原子核的基本性质 一、原子核电荷、质量和密度
1、原子核的质量数和电荷数 原子核由质子和中子组成。
第十九章 原子核和粒子
为同量异位素。
Heisenberg认为：中子和质子是核子的两个不同 状态。
原子核的组成
核素图
质子结合能为零的线成为质子滴线；中子结合能 为零的线成为中子滴线。 b稳定线的经验规律：
Z A 1.98 0.0155A2 / 3
轻核区：N=Z的核素比较稳定；
Heisenberg认为：中子和质子是核子的两个不同 状态。 理论预言：Z=114附近有超重元素稳定岛。
力等方面还有很多尚未认识的东西。
首页
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18.1 原子核的一般性质
原子核是原子的中心部分，其线度只有原子的万分之一， 但却占有原子质量的99%以上。原子核对原子性质的主 要贡献是原子核的质量和电荷，原子核的其他性质对原 子的影响相当微小；另外，核外电子的行为对原子核的 性质也几乎没有关系；物质的有些性质主要归因于核外 电子，如元素的化学性质、某些物理性质以及光谱特性 等，有些性质则主要归因于原子核，如放射性等，但是， 除了物质的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。这些情况，使我们可以把原子和 原子核看为是物质结构中泾渭分明的两个层次，从而为 我们研究原子核提供了便利。
vH mn m(14 N) vN mn m p
mn = 1.008665u mp = 1.007277u
原子核的组成 原子核=质子+中子
原子核的表示符号：AZXN X为元素符号， A=N+Z 为核子数，N为中子数，Z为质子数。 简 写为： AZX
Z相同N不同的核素称为同位素；N相同Z不同的 核素称为同中子异核素； A相同Z不同的核素称
107 (ton / mm3 )
Heisenberg认为：中子和质子是核子的两个不同 状态。
原子核的组成
核素图
质子结合能为零的线成为质子滴线；中子结合能 为零的线成为中子滴线。 b稳定线的经验规律：
Z A 1.98 0.0155A2 / 3
轻核区：N=Z的核素比较稳定；
Heisenberg认为：中子和质子是核子的两个不同 状态。 理论预言：Z=114附近有超重元素稳定岛。
力等方面还有很多尚未认识的东西。
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18.1 原子核的一般性质
原子核是原子的中心部分，其线度只有原子的万分之一， 但却占有原子质量的99%以上。原子核对原子性质的主 要贡献是原子核的质量和电荷，原子核的其他性质对原 子的影响相当微小；另外，核外电子的行为对原子核的 性质也几乎没有关系；物质的有些性质主要归因于核外 电子，如元素的化学性质、某些物理性质以及光谱特性 等，有些性质则主要归因于原子核，如放射性等，但是， 除了物质的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。这些情况，使我们可以把原子和 原子核看为是物质结构中泾渭分明的两个层次，从而为 我们研究原子核提供了便利。
vH mn m(14 N) vN mn m p
mn = 1.008665u mp = 1.007277u
原子核的组成 原子核=质子+中子
原子核的表示符号：AZXN X为元素符号， A=N+Z 为核子数，N为中子数，Z为质子数。 简 写为： AZX
Z相同N不同的核素称为同位素；N相同Z不同的 核素称为同中子异核素； A相同Z不同的核素称
107 (ton / mm3 )
原子核与基本粒子
在宇宙射线中发现了介子。但这一理论还与实验有不 符之处，待进一步完善。
四、原子核的结合能 原子核的质量M总是小于组成该原子核的核子的 质量之和，它们之间的差额称为原子核的质量亏损。
核子在结合成原子核时，它们之间的核力作用使 体系能量降低，从而释放出能量，相应质量减少了。 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。核的结合能Eb由爱因斯坦质能关系得出：
原子核带有电荷且有自旋运动，故有核磁矩。常 以核磁子为单位表示。 e mp为质子质量 核磁子 N 2m p e 质子的磁矩 p 2.79 2.79 N 2m p 中子的磁矩 n 1.91N 与自旋角动量相反
理论表明，原子核的磁矩（仿电子自旋磁矩与自
旋角动量关系）
球形。
4 4 3 3 V R ( R 原子核的体积 0 )A A 3 3 体积正比于核子数，意味着所有原子核的密度相同， 其值为
M Au 1.66 1027 2.29 1017 kgm3 4 4 V R03 A (1.20 1015 )3 3 3
本章将介绍原子核物理和粒子物理的基本知识。 物质的基本单元
原子
质子、中子、电子 夸克
4-1
原子核基本性质
核的电荷、质量、密度
一、原子核的质子-中子模型
1920年，卢瑟福用 粒子轰击氮、硼、锂等原子核， 发现从原子核中能打出质子；
1930年，居里夫妇用 粒子轰击铍原子，发现有一 种中性射线从原子核中出来。 1932年，查德威克用该中性射线轰击氢和氮核，通 过分析确认该射线是由质量略大于质子的中性粒子组成 并命名为中子。
Iz LIz mI
电 E / h B / h B / 2
四、原子核的结合能 原子核的质量M总是小于组成该原子核的核子的 质量之和，它们之间的差额称为原子核的质量亏损。
核子在结合成原子核时，它们之间的核力作用使 体系能量降低，从而释放出能量，相应质量减少了。 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。核的结合能Eb由爱因斯坦质能关系得出：
原子核带有电荷且有自旋运动，故有核磁矩。常 以核磁子为单位表示。 e mp为质子质量 核磁子 N 2m p e 质子的磁矩 p 2.79 2.79 N 2m p 中子的磁矩 n 1.91N 与自旋角动量相反
理论表明，原子核的磁矩（仿电子自旋磁矩与自
旋角动量关系）
球形。
4 4 3 3 V R ( R 原子核的体积 0 )A A 3 3 体积正比于核子数，意味着所有原子核的密度相同， 其值为
M Au 1.66 1027 2.29 1017 kgm3 4 4 V R03 A (1.20 1015 )3 3 3
本章将介绍原子核物理和粒子物理的基本知识。 物质的基本单元
原子
质子、中子、电子 夸克
4-1
原子核基本性质
核的电荷、质量、密度
一、原子核的质子-中子模型
1920年，卢瑟福用 粒子轰击氮、硼、锂等原子核， 发现从原子核中能打出质子；
1930年，居里夫妇用 粒子轰击铍原子，发现有一 种中性射线从原子核中出来。 1932年，查德威克用该中性射线轰击氢和氮核，通 过分析确认该射线是由质量略大于质子的中性粒子组成 并命名为中子。
Iz LIz mI
电 E / h B / h B / 2
原子核的组成课件
1、恒星的诞生 宇宙尘埃→星云团→恒星诞生→氢核聚合 成氦核→氢核聚合成碳核→其他聚变过程→无 聚变反应、形成白矮星或中子星或黑洞
2、恒星最后的归宿：
恒星质量小于太阳1.4倍→白矮星 恒星质量是太阳1.4~2倍→中子性 恒星质量更大时(无法抵抗)→黑洞
2、按粒子与各种相互作用的关系粒 子的分类是：
强子
轻子
媒介子
介子 重子
π K 质子、 介 介 中子、 子 子 超子
电子、电子 光子，中 中微子、μ 间玻色子、 子、μ子中 胶子 微子、τ子、 τ子中微子
发现各种微粒的科学家
— —
道尔顿—原子 盖 尔 曼 夸 克
汤姆逊—电子 查 德 威 克 中 子
原子核的组成的组成
分子由原子构成，不同原子构成化合 物分子，相同原子构成单质分子。
原子是由位于中心的原子核和核外高 速旋转的电子构成的。
（电子带负电，原子核带正电） 原子核是由质子和中子构成的。
（质子带正电，中子不带电）
二、发现新粒子
1、人们在对宇宙研究的同时发现了一些新 的粒子。
大爆炸后10-5秒 10万亿度，质子和中子 形成。
大爆炸后0.01秒 1000亿度，光子、电子、 中微子为主，质子中子仅占10亿分之一，热 平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下 降。
大爆炸后0.1秒后 300亿度，中子质子比 从1.0下降到0.61。
大爆炸后1秒后 100亿度，中微子向外逃 逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足束 缚中子和质子。
电 荷
e
自 旋
重 子 数
同 同位 位 旋分 旋量
奇 异 数
顶
超荷
粲 数
底 数
数
d
下夸 克
最新第7章-原子核与粒子物理PPT课件
衰变条件
ii． 衰变：
MX MY
Z AXZ A 1Ye
E ( m X m Y m e ) c 2 ( M X M Y 2 m e ) c 2
iii．电子俘获（K俘获，L俘获）
Z AXeZ A 1Y
原子核俘获一个核外轨道上的电子转变为另一个核的过程
衰变的本质：衰变时一个中子转变为质子或反之，而 轨道俘获其本质就是俘获轨道电子而转变为中子。
0
238 238t
0
N0235 e0.836t N238
0
t 59(亿年）
2. 衰变
Z AXA Z42Y4 2He
m(m Xm Ym )
m X M X Z m em Y M Y ( Z 2 ) m em M H e 2 m e
衰变能
E ( m X m Y m ) c 2 ( M X M y M H e ) c 2
4. 衰变
原子核通过发射光子 从激发态跃迁到较低能态 的过程
X* X
E EiEj h
§7.５ 原子核反应
原子核反应：用具有一定能量的粒子轰击一个原子核，使其 放出某种粒子而转变为新原子核的过程。
(1) 历史上第一个人工核反应
174 N24H e18O 711H (２) 第一个在加速器上实现的核反应
p 12 C 13 N 13 N 13 C e v p 13 C 14 N p 14 N 15 O 15 O 15 N e v p 15 N 12 C
4p 2e2v2.6 7MeV
关于太阳：引力约束等离子体。每天燃烧的氢，相当于每秒爆炸900亿颗百万吨级的 氢弹。碳循环周期 6x106年，质子循环周期 3x109年。太阳外层温度6000K, 中 心温度15,000,000K。
第九和第十章原子核和基本粒子简介及总复习PPT课件
原子的质量 = 原子核的质量 + 所有电子质量
– 相当于所有电子结合能的数值（可忽略）。
原子核的质量 = 所有核子的质量 – 相当于所有核子结合能的数值。
采用原子质量单位，原子（核）的质量接近一整数，这整数 称为原子（核）的质量数 ，A。
原子核的符号表示：
A Z
X
Z：质子数 中子数=A-Z
11H 12H 13H
1u 112C原子质量 12 1
12
N0 12
1.660551027Kg
1
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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2
3.原子核的质量
原子核的质量，可以由原子质量推算，也可以由核子的数目 推算。
☆ 核子的结合能越大，原子核越稳定。 ☆ 中等质量核（A=40-120）的结合能约为8.6Mev，原子核稳定。 ☆ 质量数小于30的核结合能有周期性变化，最大值在A等于4 的倍数。 ☆ 质量数30以上的核，平均结合能变化不大，显示了核力的饱和性。
8Leabharlann 9.2 原子核的放射性衰变
1896年：贝克勒耳，铀的放射性现象； 1898年：居里夫妇，Po，Ra; 1934 年：约里奥.居里夫妇，人工放射性。
☆宇称：描述微观粒子体系状态的波函数在空间反演变换
下的奇偶性的物理量。
（x，y，z）= （-x，-y，-z） （偶宇称） （x，y，z）= - （-x，-y，-z ） （奇宇称）
6
在电磁和强相互作用情形，孤立体系的宇称不会从偶性变 为奇性或从奇性变为偶性。---宇称守恒。 在弱相互作用中，宇称不守恒。1956年，李政道和杨振宁 提出,1957年吴键雄用衰变的实验加以证实，是近代物理 学史中的一个重大突破。1957年，李、杨获诺奖。 6.原子核的结合能
– 相当于所有电子结合能的数值（可忽略）。
原子核的质量 = 所有核子的质量 – 相当于所有核子结合能的数值。
采用原子质量单位，原子（核）的质量接近一整数，这整数 称为原子（核）的质量数 ，A。
原子核的符号表示：
A Z
X
Z：质子数 中子数=A-Z
11H 12H 13H
1u 112C原子质量 12 1
12
N0 12
1.660551027Kg
1
整体概述
概况一
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概况三
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2
3.原子核的质量
原子核的质量，可以由原子质量推算，也可以由核子的数目 推算。
☆ 核子的结合能越大，原子核越稳定。 ☆ 中等质量核（A=40-120）的结合能约为8.6Mev，原子核稳定。 ☆ 质量数小于30的核结合能有周期性变化，最大值在A等于4 的倍数。 ☆ 质量数30以上的核，平均结合能变化不大，显示了核力的饱和性。
8Leabharlann 9.2 原子核的放射性衰变
1896年：贝克勒耳，铀的放射性现象； 1898年：居里夫妇，Po，Ra; 1934 年：约里奥.居里夫妇，人工放射性。
☆宇称：描述微观粒子体系状态的波函数在空间反演变换
下的奇偶性的物理量。
（x，y，z）= （-x，-y，-z） （偶宇称） （x，y，z）= - （-x，-y，-z ） （奇宇称）
6
在电磁和强相互作用情形，孤立体系的宇称不会从偶性变 为奇性或从奇性变为偶性。---宇称守恒。 在弱相互作用中，宇称不守恒。1956年，李政道和杨振宁 提出,1957年吴键雄用衰变的实验加以证实，是近代物理 学史中的一个重大突破。1957年，李、杨获诺奖。 6.原子核的结合能
原子核和基本粒子简介
1 2 3
第5页 共28页
• 比结合能
原子核中每个核子的平均结合能:
比结合能越大， 原子核结合越紧密; 也越稳定。
Eb A
中等质量最大
获得原子能量的 两条途径: (1) 重核裂变 (2) 轻核聚变
质量增大时下降 低质量时有起伏
比结合能图
第6页 共28页
18.2 原子核的衰变和衰变规律
18.2.1 天然放射性现象 天然放射现象 : 某些物质自发地放射出看不见的射线的 现象. 照相底片 1896 年 , 法国科学家 贝克勒尔发现了铀的放 射性现象. 射线
第16页 共28页
18.4 原子核能的利用
重核的裂变:
第17页 共28页
原子弹(atomic bomb)
第18页 共28页
轻核聚变:
太阳能
氢 弹 示 意 图
1967年中国爆炸了第一颗氢弹
第19页 共28页
18.5 基本粒子简介
基本粒子线度小,作用距离短,相应动量的不确定性大,研 究工作只有借助于涉及很高的能量 (GeV)才有可能 . 因而 粒子物理也叫高能物理.
第20页 共28页
第21页 共28页
原子内部结构
第22页 共28页
费米子
第23页 共28页
重子和反重子
介子
第24页 共28页
第25页 共28页
• 基本粒子的相互作用
第26页 共28页
通过磁场或电 场可以将天然放 射线分离开来 , 并 加以鉴别.
+ + + + + + +
放射源 铅盒
第8页 共28页
放射源
第5页 共28页
• 比结合能
原子核中每个核子的平均结合能:
比结合能越大， 原子核结合越紧密; 也越稳定。
Eb A
中等质量最大
获得原子能量的 两条途径: (1) 重核裂变 (2) 轻核聚变
质量增大时下降 低质量时有起伏
比结合能图
第6页 共28页
18.2 原子核的衰变和衰变规律
18.2.1 天然放射性现象 天然放射现象 : 某些物质自发地放射出看不见的射线的 现象. 照相底片 1896 年 , 法国科学家 贝克勒尔发现了铀的放 射性现象. 射线
第16页 共28页
18.4 原子核能的利用
重核的裂变:
第17页 共28页
原子弹(atomic bomb)
第18页 共28页
轻核聚变:
太阳能
氢 弹 示 意 图
1967年中国爆炸了第一颗氢弹
第19页 共28页
18.5 基本粒子简介
基本粒子线度小,作用距离短,相应动量的不确定性大,研 究工作只有借助于涉及很高的能量 (GeV)才有可能 . 因而 粒子物理也叫高能物理.
第20页 共28页
第21页 共28页
原子内部结构
第22页 共28页
费米子
第23页 共28页
重子和反重子
介子
第24页 共28页
第25页 共28页
• 基本粒子的相互作用
第26页 共28页
通过磁场或电 场可以将天然放 射线分离开来 , 并 加以鉴别.
+ + + + + + +
放射源 铅盒
第8页 共28页
放射源