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1、13.1 原 子 核 的 基 本 性 質 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質 原 子 核 的 組 成 原 子 核 的 大 小 原 子 核 的 結 合 能 原 子 核 的 磁 矩 自 旋 原 子 核 的 作 用 力掌握熟悉 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質 H.Becquerel, 法 國 物 理 學 家（ 1852-1908） ， 1903年 獲 得 諾貝 爾 獎 。 發(fā) 現(xiàn) 了 鈾 (U)放 射 現(xiàn) 象 （ 射線） ， 這 是 人 類 歷 史 上 第 一 次 在 實驗 室 里 觀 察 到 原 子 核 現(xiàn) 象 。 E.Rutherford， 英 國 物 理 學 家(1871-19

2、37)， 新 西 蘭 人 ，1908年 獲 得 諾 貝 爾 獎 。 證 實 了 a 射線 為 He2+， b 射 線 為 電 子 ； 從 氮 核中 打 出 質 子 ； 提 出 了 原 子 的 核 式 模型 ； 首 次 實 現(xiàn) 人 工 核 反 應 ； 培 養(yǎng) 了10諾 貝 爾 獎 獲 得 者 。 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質 J.Chadwick， 英 國 物理 學 家 (1891-1974)，因 發(fā) 現(xiàn) 了 中 子 獲 得1935年 度 諾 貝 爾 獎 。中 子 的 發(fā) 現(xiàn) 被 認 為 是 原子 核 物 理 的 誕 生 。 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質E.Fermi，

3、意 大 利 物 理學 家 (1901-1954)，1938年 獲 得 諾 貝 爾 獎 。發(fā) 明 了 熱 中 子 鏈 式 反 應 堆 。 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質 1896：H.Becquerel發(fā) 現(xiàn) 了 鈾 (U)放 射 現(xiàn) 象 ; 1897： P. 1899： 盧 瑟 福 發(fā) 現(xiàn) a , b 射 線 ； 1900： 維 拉 德 發(fā) 現(xiàn) g 射 線 ; 1903： 盧 瑟 福 證 實 a 射 線 為 He2+， b 射 線 為 電 子 ； 1911： 盧 瑟 福 提 出 原 子 的 核 式 模 型 ； 1919： 盧 瑟 福 首 次 實 現(xiàn) 人 工 核 反 應 ， 發(fā) 現(xiàn) 了

4、 質 子 。 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質 1932：J.Chadwick發(fā) 現(xiàn) 了 中 子 ; 1934： F. 1942： E.Fermi發(fā) 明 熱 中 子 鏈 式 反 應 堆 ； 1945： 原 子 彈 試 爆 成 功 ， 并 在 廣 島 上 空 爆 炸 ； 1952： 氫 彈 試 爆 成 功 。 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質 1958：我 國 建 成 第 一 座 重 水 型 原 子 反 應 堆 ; 1964： 我 國 第 一 顆 原 子 彈 試 爆 成 功 ； 1967： 我 國 第 一 顆 氫 彈 試 爆 成 功 ； 1969： 我 國 首 次 成 功 地 下

5、 核 實 驗 ； 1984： 我 國 受 控 熱 核 聚 變 實 驗 裝 置 順 利 啟 動 ； 1988： 北 京 正 負 電 子 對 撞 機 首 次 對 撞 成 功 ； 1991： 秦 山 核 電 站 發(fā) 電 成 功 ; 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質中 國 第 一 顆 原 子 彈 爆 炸 蘑 菇 云 發(fā) 展 圖 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質 原 子 核 的 發(fā) 現(xiàn)D1909年 Rutherford的 學 生 H.Geiger和E.Marsden在 用 a 粒 子 轟 擊 金 箔 的 實 驗 中 ， 發(fā)現(xiàn) 有 大 約 八 千 分 之 一 的 幾 率 被 反 射 。DR

6、utherford說 ： “ 就 像 一 枚 15英 寸 的 炮 彈 打在 一 張 紙 上 又 被 反 射 回 來 一 樣 ” 。DRutherford認 為 ： 正 電 荷 和 原 子 質 量 集 中 在原 子 中 心 R10 -12cm的 范 圍 內 。 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質 質 子 的 發(fā) 現(xiàn)D1919年 Rutherford用 a 粒 子 轟 擊 14N， 發(fā) 現(xiàn) 了質 子 。D 核 反 應 方 程 ： 14N+a 18O+ pD 布 拉 凱 特 通 過 對 a 粒 子 徑 跡 的 照 片 分 析 進 一 步證 明 ， 質 子 是 由 “ 復 合 核 ” 分 裂 出

7、 來 的 ， 質 子是 原 子 核 的 組 成 部 分 。D a 粒 子 轟 擊 氮 原 子 核 實 驗 實 現(xiàn) 了 原 子 核 的 人 工轉 變 。 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質 中 子 的 發(fā) 現(xiàn)D1920年 Rutherford提 出 ： “ 由 一 個 電 子 更 緊 密 地與 H核 結 合 在 一 起 ， 組 成 一 個 中 性 的 雙 子 ” 。D1930年 Bothe完 成 了 9Be+a 12C+ n實 驗 ，但 他 認 為 產 生 的 中 性 射 線 是 g 射 線 。D1932年 Chadwick利 用 9Be+a 12

8、C+ n 實 驗 中 所 產 生 的 中 子 轟 擊 14N， 測 量 到 14N的 最 大反 沖 動 能 為 1.2MeV。 并 根 據(jù) F.&I.Joliot-Curie夫 婦 轟 擊 石 蠟 所 測 量 的 反 沖 質 子 的 最 大 動 能 為5.7MeV及 動 量 和 能 量 守 恒 關 系 ， 估 算 出 中 性 射線 的 質 量 為 1.15u， 并 大 膽 預 言 該 射 線 是 中 子 。 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質D 原 子 核 =質 子 +中 子D 原 子 核 的 表 示 符 號 ： AZXN X為 元 素 符 號 ，A=N+Z 為 核 子 數(shù) ， N為 中

9、 子 數(shù) ， Z為 質 子 數(shù) 。 簡 寫 為 ： AX DZ相 同 N不 同 的 核 素 稱 為 同 位 素 ； N相 同 Z不 同 的核 素 稱 為 同 中 子 異 核 素 ； A相 同 Z不 同 的 核 素 稱為 同 量 異 位 素 ； Z、 N均 相 同 ， 但 所 處 能 級 不 同的 核 素 稱 為 同 核 異 能 素DHeisenberg認 為 ： 中 子 和 質 子 是 核 子 的 兩 個 不同 狀 態(tài) 。 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質 原 子 核 電 荷 分 布D a 近 似 為 常 數(shù)D R = r0A1/3 r01.2fm 1 fm = 10-15m 0.0

10、2.0 4.0 6.0 8.0 10.00.000.250.500.751.00 1.251.50 a = t /(4ln3)tc電荷密度(相對值) r ( fm )exp(1)( 0 acrr 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質 經 驗 擬 合 半 徑 核 力 作 用 半 徑 )34.1( 3/13/10 AArR fm16.1 0 r 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質D 氫 原 子 的 結 合 能 EH=13.6eV ；D 質 子 與 中 子 結 合 成 氘 核 時 ， 發(fā) 生 質 量 虧 損 ：D ： m=mp+mn-md = 1.007276u1.008665u2.013

11、552u = 0.00239 u D規(guī)定自然界中碳同位素碳12原子質量的1/12作為原子質量單位，該質量完全轉化為能量為931.5MeV。 12 276 21 931.51 ( ) 1.660539 1012 MeVu m C kg c 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質自由核子結合成原子核時釋放的能量稱為原子核的結合能D根據(jù)愛因斯坦質能方程：結合成氘時，放出能量Emc2 0.00239 uc2 22931.50.00239 c =2.225 MeVcMeV 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質原子核的結合能除以該核的核子數(shù)，即為該核的比結合能： E /AZ 1 1 Z 2A 1 0

12、 AE ( X) = Z M( H)+(A-Z) M( n)-M ( X) c 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質 3S D1=589.0 nm D2=589.6 nm32P3/232P1/232S1/23P 32P1/232P3/2 F=2F=1 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質1924年 ， Pauli提 出 原 子 核 應 具 有 自 旋1932年 發(fā) 現(xiàn) 中 子 以 后 ， 實 驗 發(fā) 現(xiàn) ： 中 子 具 有 自 旋 原 子 核 角 動 量 矢 量 的 大 小 ： 在 某 一 方 向 的 投 影 原 子 核 基 態(tài) 自 旋 的 規(guī) 律 ： 偶 偶 核 的 自 旋 為 0

13、奇 偶 核 的 自 旋 為 半 整 數(shù) 奇 奇 核 的 自 旋 為 整 數(shù) )1( IIP I mLZ 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質其 中 ： N = 5.050810-27 J/T質 子 與 中 子 的 磁 矩 為 ：2.793 N與 1.913N， 表 明 質 子 、 中 子 的 內 部 結 構IpI Pmeg 2 NIIpIzpIz gmmmegPmeg 22核 磁 矩 在 Z軸 上 的 投 影 ： 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質 具 有 磁 矩 的 原 子 核 在 磁 場 中 具 有 能 量 E = gmI NBD E= gI NBD gI =h /NB 高 頻發(fā)

14、 生 器 延 遲 電 路 放大器 示 波 器 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質具有磁矩的原子核在磁場中具有能量E = gm I NB具有相反磁矩的氫原子核在磁場中具有能量差E = g NB 將電磁波施于原子核系統(tǒng)，在滿足光子能量條件的時候，可以發(fā)生原子核能態(tài)的躍遷，此種現(xiàn)象稱作核磁共振現(xiàn)象 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質T1 Contrast TE = 14 msTR = 400 ms T2 ContrastTE = 100 msTR = 1500 ms Proton DensityTE = 14 msTR = 1500 ms 13.

15、1 原 子 核 的 基 本 性 質D 原 子 核 的 密 度 1014g/cm3。D 核 力 是 強 相 互 作 用 :核 力 約 比 庫 侖 力 大 100倍D 核 力 的 短 程 性 ： 核 力 的 力 程 為 fm量 級D 核 力 的 飽 和 性 ： 只 能 與 有 限 個 相 鄰 核 子 相 作 用D 核 力 的 電 荷 無 關 性 ： F pp=Fnn=FnpD 核 力 的 斥 力 性 ： 距 離 0.6 fm時 。 13.1 原 子 核 的 基 本 性 質核 力 * 核 子 相 距 0.8-2.0fm時 ， 表 現(xiàn) 為 吸 引 力D 核 子 相 距 小 于 0.8fm時 ， 表 現(xiàn) 為 排 斥 力D 核 子 相 距 大 于 10fm時 ， 核 力 幾 乎 完 全 消 失V pp Vnpr r