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1、第七章 原子核物理概论 Chapter 7 Nucleus physics conspectus 本章要点： 1、原子核结构与组成，核的模型； 2、原子核的基本性质； 3、放射性衰变的基本规律； 4、原子核反应与原子能的利用。 第七章 原子核物理概论 第一节 原子核物理的对象 一、原子的中心：原子核 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； 190
2、0： 射线； 1942：链式反应； 1911：原子的核式结构；1945：原子弹； 原子核半径： ；原子半径： 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 原子质量单位u： 规定的质量为12u. 1u=1.6605410-27 kg =931.5016 MeV/c2 mn=1.007825 u, mp=1.007727 u 原子核的符号 X：元素符号；Z：原子序数（质子数）；N：中子数； A：核质量数（核子数） A=N+Z 同位素： 元素周期表中位置相同的元素 如： 均为氢的同位素 均为铀的同位素 四、核素图 按原子序数Z把核素排在一张图上核
3、素图 N横坐标；Z纵坐标。 核素图中，300多个天然核素（280多个稳定），1600多 个人工制备的放射性元素，共2000多个 核素的稳定区：轻核：大致满足 Z=N； 重核：N Z 位于稳定线上方缺中子区； 位于稳定线下方丰中子区； 第二节 核的基态特性之一：核质量 一、核子的结合质量亏损 中子质量： ；质子质量： 氘核质量： 差值： 二、结合能 定义：原子的结合能： 或 平均结合能： 比结合能的意义：原子核的稳定性 (1)A 0，放能反应；Q 0 放能反应 Q 0 吸能反应 例2 计算 的Q值。 应用举例 例1 计算 反应的反应能。 3阈能 能使核反应得以实现的入射粒子的所必须具有的最小动能
4、，即只有 当 时反应才能发生。 4核反应的类型 按入射粒子的类型分：(粒子、质子、中子、氘核、光子 )引起的核反应。 按入射粒子的能量分：低能( )、中能( ) 、高能( )核反应。 按靶核质量分：轻核(A25)、中等核(25A80)核 反应。 裂变与聚变：原子能的利用 原子核裂变是一个重原子核分裂成两个质量相差不远的碎 块的现象。 一、裂变的发现 A=236，EB=7.6MeV；A=118，EB=8.5MeV 一个铀核： 一克铀： 这相当于2.5t煤完全燃烧时放出的能量。 二、裂变机制液滴模型 在裂变前，原子核处于能量最低的基态，呈球形。核 内的质子、中子在不停地运动。核子之间有核力，质子
5、之间有库仑斥力。 当中子轰击重核时，重核吸收中子形成复合核，能量 增加，核子振荡加剧，由球形变成椭球形。这时核内各 核子间距离增加核力减小，而库仑斥力则使原子核进一 步增大，形成哑铃状。 当哑铃形的两端之间的库仑斥力大于中间收缩部分 核子间总的核力时，形变不能恢复，原子核分裂成两 块，放出中子，同时释放能量。 三、链式反应 实现核裂变的链式反应条件 1.中子产额和慢化 减速剂-重水和石墨 2.临界体积 倍增系数： 方法1是浓缩天然铀中 的比例。 方法2是加大铀堆的体积至临界体积，增加中子数。 四.原子反应堆 堆芯核燃料、中子减 速剂和冷却剂 由堆芯、中子反射层、控制系统和屏蔽层等 五.原子弹
6、临界体积约1公斤. 达到超临界状态的方法： 六、轻核聚变 核聚变：几个轻核聚合成较重核的过程 重核 中等质量核放出能量 轻核 中等质量核放出能量 1.聚变能约为裂变能的四倍 2.聚变反应的原料是氘.而核裂变的原料是铀 怎样实现核聚变？ 考虑到以下两个因素： (1) 热运动的能量是麦克斯韦分布。(2) 隧道效应 热核反应温度要求： 劳逊判据 任何物质在温度高达几百万度时，原子离解为正离子和电 子。当温度升高到上亿(108)度时，形成正离子与等量电子同 时存在的等离子体。 等离子态的物质是很难被稳定地约束起来的，但是为了热 核聚变的反应能够有效地进行，对等离子体的密度和被约束的 时间有一定的要求。 等离子体约束引力约束、惯性约束和磁约束 惯性约束聚变材料自身惯性 引力约束用引力 磁约束 七、太阳能的来源 来源于太阳中的热核反应。 太阳内部主要有两种核反应： 1氢链反应： 2碳氢循环 太阳的核聚变是引力约束 三、氢弹 氢弹用氘和氚等轻核聚变反应 用原子弹激发热核反应 氢弹中的聚变反应是不可控制 氢弹用氘和氚等轻核聚变反应 氢弹核聚变是惯性约束 四、激光核聚变受控核聚变 1.可为人类找到一种取之不尽的清洁能源2.可以研制 真正干净的核武器.3.可以用它代替部分核试验。 五、激光冷却与原子搏陷 铷原子系统中的 玻色爱因斯坦凝聚
