原子核物理学介绍

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原子核物理学介绍

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研究范围：原子核物理学是研究物质结构的一个层次的学科，介于原子 物理与粒子物理之间。 原子和原子核是物质的两个层次。原子由原子核与核外电子 组成。 物质的性质主要归功于原子，或主要归功于原子核，但几乎 不归功于两者。 元素的化学，物理学性质，光谱特性，基本上只与核外电子 有关，而放射现象则与原子核有关。

研究对象：原子核 ---〉组成，结构，反应等

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历史序幕： 1896年， 贝克勒尔，铀的放射现象, 第一次在实验室 观测到原子核的现象。

1897年， 居里夫妇发现放射性元素，Pu, Ra 1899年， 发现α ,β 射线， 1900年， 发现γ 射线。 1903年， 卢瑟福发现α 射线是 带正电的氦原子核， β 射线是电子。后，提出原子的有核模式。

1919年

实现人工核反应，用α 粒子从氮核打出质子。

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原子的中心 原子由 质子 + 电子 组成? 均匀分布?

1909 年, 盖革，马斯顿，用α 粒子轰击原子，发现有 8000分之一的几率被反射回来，难以理解? 1911 年, 卢瑟福提出有核模式。正电荷和原子质量集 中在原子中心的小范围内，这就是原子核。重大发现， 但不受重视。

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中子的发现 原子核的组成？??

最初，基本粒子只有电子，质子，原子核由电子 和质子组成？?? 电子在原子核内？??hc 1240 fm MeV 124 MeV p c 10 fm c c h E pc 124 MeV自旋， 统计

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1920 年,

卢瑟福提出:

“在某些情况下, 也许由一个电子更加紧密地 与氢核结合在一起,组成一个中性的双子,这样的 原子(指中性双子)也许有很新颖的特性” 他还断言: 要解释重元素的组成,这种原子 的存在看来几乎是必需的

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1930 年：博恩实验

α---〉铍 中性射线，穿透力很强， 能穿过铅板，认为γ射线 反冲质子 (5.7 MeV)

居里夫妇实验 α---〉铍 --〉中性射线 石蜡(H) γ射线

查德威克实验: α---〉铍 ---〉中性射线 氮 (14N)

反冲氮核 (1.2 MeV)

计算：如果是 γ射线 5.7 MeV 反冲质子： 1.2 MeV 反冲氮核： Er = 89 MeV Er = 55 MeV

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宣布中子发现， 诺贝尔奖！!! 原子核物理学的开始 海森堡，原子核 ： 质子 + 中子，---〉核子，两 个不 同状态

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原子核符号符号：A z

XZ 相同， N 不同

同位素 (isotope),

同量异位素 (Isobar),A 相同, Z 不同 同中子异荷素(Isotone). N 相同, Z 不同

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Z

核素图

N

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核素图 天然存在的核素: 280多种, 稳定, 60 多种, 长寿命放射性 人工制作的有1600 多种放射性

理论预言: 允许存在的核素至少5000多个

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质子滴线, 中子滴线

β稳定线 超重元素稳定岛 李政道预言: 稳定洲

中国发现的新核素

A Z 2/ 3 1.98 0.0155 A

202Pt(铂)上海原子核所

204Hg

(n, 2pn) 202Pt

185Hf

(铪)兰州近代物理所

186W

(n, 2p) 185Hf

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原子能的利用 原子核物理学的研究的最大成就 ？??

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原子弹，原子核反应堆 卢瑟福的断言 核反应放能， 用火柴煮饭？ 痴人说梦！!! 裂变的发现，打开原子能利用大门， 原子(核)家喻户晓，原子笔？??

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原子弹 哈恩，史特拉斯曼 ：中子轰击铀，发现有中间质量的元 素产生。

梅特纳，弗里希：提出铀原子核分裂成两半的产物，解 释哈恩，史特拉斯曼的实验，重核裂变。

42年，费米，利用铀核裂变释放中子及能量的性质，发 明热中子链式反应堆，这就是大规模利用原子能的开始。

45年，奥本海默领导洛斯-阿拉莫斯实验室制成快中子链 式反应爆炸装置---原子弹；1公斤铀在日本广岛上空分裂， 10万人死亡，10万人受伤 52年，泰勒领导，实现轻元素的热核爆炸，氢弹成功

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原子弹原理 铀，235 92

U

钚

239 94

Pu

自持裂变平均中子数？

反应式？

每次裂变放能？

1公斤铀或钚完全裂变，放能 ？??TNT

天然铀

235 92

U

0.72%,

238 92

U 99.27%

热中子裂变

快中子(>1MeV) 裂变