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原子核物理基础概论原子核是原子的中心体。研究这个中心体的性质、特征、结构和变化等问题的一门学科称为原子核物理学。原子核物理的发展简史1886年Bequenel发现天然放射性。进一步研究表明,放射性衰变具有统计性质;放射性元素经过衰变(α,β,);一种元素会变成另一种元素,从而突破了人们头脑中元素不可改变的观点。1911年Rutherfordα粒子散射实验,由α粒子的大角度散射确定了原子的核式结构模型。1919年α粒子实验首次观察到人工核反应(人工核蜕变)。使人们意识到用原子核轰击另外的原子核可以实现核反应,就象化学反应一样。1932年查德威克中子的发现表明原子核由质子和中子构成,中子不带电荷,易进入原子核引起核反应。在这件大事中,实际上有我国物理学家的贡献。根据杨振宁先生的一篇文章介绍,我国物理学家赵忠尧在1931年发表了一篇文章,文中预言了中子的存在,但查德威克看了之后未引用,故失去了获得诺贝尔奖的机会。20世纪40年代核物理进入大发展阶段(引用科学史材料):(1)1939年Hahn发现核裂变现象;(2)1942年Fermi建立第一座链式反应堆,这是人类利用原子能的开端;(3)加速器的发展,为核物理理论和核技术提供了各种各样的粒子流,便于进行各种各样的研究;(4)射线探测器技术的提高和核电子学的发展,改变了人类获取实验数据的能力;(5)计算机技术的发展和应用,一方面进一步改进了人们获取数据,处理核数据的能力,另一方面提供了在理论上模拟各种核物理过程的工具。例如模拟反应堆中中子的减速、慢化过程等物理过程。二、核物理的主要研究内容核物理学可以分为理论和应用两个方面。理论方面是对原子核的结构、核力及核反应等问题的研究。同其它基础研究一样,是为了了解自然、掌握自然规律,为更好地改造自然而开辟道路的。另一方面是原子能和各种核技术的应用,包括民用与军用。这两方面的研究相互联系,相互促进,相互推动向前发展。三、学****中的要求掌握基本概念、基本规律、基本计算方法,学****思考问题的基本方法等。四、读物[美],物理学史,广西师范大学出版社,2002.[日]片山泰久,量子力学的世界,科学出版社,1983。[美],原子能的故事,科学出版社,1980。冯端, 冯步云, 熵, 科学出版社, 1992。阅读科普读物掌握一点常识。第一章原子核的基本性质概述原子核的基本性质指原子核作为整体所具有的静态性质。基本性质包括核电荷、质量、核半径、自旋、磁矩、宇称和统计性质等。这些基本性质与核的结构及其变化是有联系的,但在本章中不讨论核的变化及过程。=>(大角度粒子散射)二、核的组成及核物理研究的层次原子核物理学是研究核的特征、结构及其变化等问题的一门学科。核由质子和中子构成,统称核子。在核物理中,对核也划分出基本的研究对象,而不再追究其内部结构。这些基本对象按质量的大小可分为:轻子:质量很小或等于零的粒子,如电子,光子,中微子等;重子:如质子、中子等;介子:质量介于轻子和重子之间的粒子如π+、π-、μ+ μ-等。三、核与原子壳层(a)核与核外电子通过库仑力结合在一起;(b)核子与核子(质子、中子)通过核力结合在一起;(c)核的状态变化影响电子的状态及变化。§、质量、大小Rutherford的α粒子散射实验确立了原子的有核模型。原子核这个中心体的电荷、质量、大小又如何?这是本节要讨论的。核的电荷原子作为整体是电中性的,因而核带的电荷量等于核外电子的电荷量,但两者的符号相反。通常我们的规定,电子带负电荷,核带正电荷。单个电子带电荷量为-e(e=×10-19C)。核外电子数是该原子的原子序数Z。总核外电子的电荷量为-Ze,因此核带的电荷量为+Ze。用e作为单位时,核的电荷数为Z。由于中子不带电荷,质子带正电荷,原子序数Z表示了核外电子数、原子序数及原子核的电荷数。测量核电荷数的一种较精确的方法是1913年式中A,B对一定范围内的元素为常数。因此,只需要测出特征X射线的频率,就可以计算出Z。而可用光谱的方法测出。参见褚圣麟《原子物理学》P226。原子核的质量若忽略核外电子的结合能引起的原子质量的变化,原子核的质量是原子质量与核外电子质量之差。由于原子核的质量不便于直接测量,通常是测量原子质量(实际上是测量离子--部分电离的原子)来推知原子核的质量。(质谱仪)在一般的计算过程中,只需利用原子的质量因为若核变化过程的前后电子数目不变,电子的质量可以自动相消。(1)原子质量单位由于一个原子的质量很小,通常不用宏观的质量单位Kg或者g,而采用原子的质量单位μ,其定义如下:1μ=12C原子静止质量的1/12。μ与g的单位换算如下:1μ=1