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从原子尺度来研究材料的微观结构。通过核物理分析,可以获得材料中原子运动、电子状态、点阵缺陷、磁性结构和固态相变等信息。
第一节原子核的性质
一、核的构成
原子核=质子+中子核子
当原子序数为Z时,质子数为Z。中子数为原子量A-Z。质子是氢核, 10-19C。
中子显电中性。
标记法:例如: Fe为Z=26,A=56,中子为30。
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二、质量和结合能
按质量守恒定律,应该的质量

实际是
mN:核质量;
mp:质子质量;
mn:中子质量;
B:质量亏损。
核子在结合成原子核时,要放出一定能量,称为核结合能。亏损质量转化成这种质量。
根据相对论,能量和质量可以相互转换。质量为m的物质具有的能量为:E=mC2。
原子的质量一般用原子质量单位u来表示。,1u=-27Kg,质子质量mp=,中子质量mn=。 。
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三、同位素
同一元素中质子数相同而中子数不同的原子,互称同位素。如:

一种元素的同位素有的是稳定的,有的是不稳定的。不稳定的可以通过蜕变辐射出射线,即为放射性同位素。如是稳定的, 是放射性同位素。
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四、动量矩
原子核具有自旋运动,自旋角动量(动量矩)为:


约化普朗克常数;
I :自旋量子数;
在任一方向的含量为。
mI :为磁量子数,即在空间有2I+1个可能取向。
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五、原子核磁矩
核磁矩:

为旋磁比,
g为朗德因子, ,e为电荷,mP为质子质量。
与玻尔磁子类似,定义:
用核磁子表示自旋量子数为I的核磁矩:


在磁场H中, 与H的相互作用能
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六、电磁极矩
原子核实际占有一定空间,其电荷一般呈旋转椭球状分布,出现电偶极子。
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第二节放射性蜕变和同位素的应用
一、放射性蜕变
定义:同位素自发地放射出高能射线而变成另外一种元素(的核)。
1、蜕变规律
原子核数:
蜕变系数: 越大,蜕变越快。
2、蜕变类型
(1)、蜕变:原子核发射粒子(氦核),蜕变为原子序数减少2,质量数减少4的另一种核。
(2)、蜕变:三种情况
[1]、蜕变:核中一个中子转变为质子,放出一个电子,蜕变为原
子序数增加1的新核:
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[2]、蜕变:核中一个质子转变为中子,放出一个正电子,蜕变为原子序数减少1的新核:

[3]、电子俘获:原子核俘获一个核外电子,蜕变为原子序数减少1的新核:
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(3)、蜕变:在激光态的核辐射出射线而由不稳定成为稳定的基态,此为蜕变。射线是光量子。蜕变时,质子数A和荷电荷数Z不变,只有能量状态发生变化。
蜕变和蜕变后形成的新核一般都处于激发态。所以都伴有蜕变,也可以用高能射线辐照使其受激。
3、射线的能量分布
能量和寿命不能同时具有确定值。能量是在一个中心值周围宽度的统计分布。
满足测不准关系:
为寿命。
所以,同位核素源辐射的射线的能量不是单值的,
呈现一定的分布,其半高度处的线宽为。
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二、应用
主要用于合金中的扩散,原子间的相互作用,元素的局部分布等。
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