《放射物理学》课程教学课件（打印版）第一章 原子物理基础 1.2 原子核简介

第二节 原子核简介 §2.1原子核的基本性质 1.原子核的电荷 原子核带正电，原子核的电荷数就是这化学元素的原子序 数，也等于中性原子的核外电荷数。 2.原子核的组成 由质子和中子组成。质子带正电荷，中子不带电。质子和中子 统称为核子。核子的自旋为1/2。质子(p)、中子(n)的质量： mp=1.007277u m=1.008665u 1u=2C原子质量=12 =1.66055×10-2Kg原子质量单位

3.原子核的质量 原子核的质量，可以由原子质量推箕，也可以由核子的数目 推箕。 原子的质量·原子核的质量+所有电子质量 一相当于所有电子结合能的数值（可忽略）。 原子核的质量=所有核子的质量一相当于所有核子结合能的数值。 采用原子质量单位，原子（核）的质量接近一整数，这整数 称为原子（核）的质量数，A。 原子核的符号表示：X Z:质子数中子数=A-Z HHH 它们的化学和一般物理性质几乎 相同，但核性质完全不同！ SLi Li;He He

4.原子核的大小和形状 原子核的形状一般为近似椭球，其长短半轴之比一般不大于 5/4,可近似看作球形。核电四极矩是核偏离球形的量度。 由实验得到核半径的经验公式： R=,A30=1.2~1.5fm 音-c4-4物积23x0gm 3A 4md 原子核的密度近似为一常数，而且核的密度非常大。 5.核自旋和核磁矩 女核自旋质子和中子都是费米子，具有自旋角动量量子数 1/2。核的角动量是中子的自旋、质子的轨道和自旋之和。习 惯上也称它为原子核的自旋。原子核自旋角动量：

P,=√I(I+I)h I:核自旋角动量量子数。为整数或半整数。实验发现： 偶-偶核（中子和质子数都为偶数)自旋为零； 奇-一一偶核自旋为半整数； 奇-一一奇核自旋为整数； ☆核磁矩 4-82月=87*克-8v0ia m。 B=5.05×1027Am核磁子 g由实验确定，有正有负

6.核的统计性质和宇称 ☆统计性质：描述全同粒子交换时波函数的对称性。两个 全同原子核对换，即将两核中的核子一一交换。核子每交 换一次，体系波函数改变一次符号（核子是费米子），总 的符号改变次数(1)A。 对质量数A为奇数的核，交换两核，体系波函数符号改 变，即该种核属费米子， 对质量数A为偶数的核，交换两核，体系波函数符号没 改变，即该种核属玻色子。 ☆宇称：描述微观粒子体系状态的波函数在空间反演变换 下的奇侣性的物理量。 Ψ(x,y,z)=Ψ(-x,-y,-z)、(倡宇称) Ψ(x,y,z)=-平（-x,-y,-z)(奇宇称)

在电磁和强相互作用情形，孤立体系的宇称不会从侣性变 为奇性或从奇性变为偶性。一一宇称守恒。 在弱相互作用中，宇称不守恒。1956年，李政道和杨振宁 提出，1957年吴键雄用β衰变的实验加以证实，是近代物理 学史中的一个重大突破。1957年，李、杨获诺奖。 6.原子核的结合能 氘核由一个质子和一个中子组成。 mn+m。=1.008665u+1.007277u=2.015942m 氘核质量：m,=2.013552u 1+1≠2！ 质量亏损：核子质量与组成的原子核质量的差值。 △m=Zmn+(A-Z)mn-m 核子结合成原子核过程中亏损的质量，以能量的形式 放出。 -原子核的结合能。 AE =[Zm +(A-Z)m-m]C2

以原子质量来计算结合能（忽略电子结合能）： AE =[Zm+(A-Z)m -m]C2 =[ZmH原于+(A-Z)m,-m厦于]C2 例：已知！Be的原子质量是9.0121858u,计算该核素的结合能 △E=[Zm原子+(A-Z)m,-m原子]C2 =[1.0078252×4+5×1.0086654-9.0121858]uC =58.163Mev 1uC2=931.5MeV 每个核子的平均（比)结合能：58.163/9=6.463Mev ☆核子的结合能越大，原子核越稳定。 ☆中等质量核（A=40-120)的结合能约为8.6MeV,原子核稳定 ☆质量数小于30的核结合能有周期性变化，最大值在A等于4的倍数。 女质量数30以上的核，平均结合能变化不大，显示了核力的饱和性

§2.2原子核的放射性衰变 1896年：贝克勒耳，铀的放射性现象； 1898年：居里夫妇，Po,Ra; 1934年：约里奥.居里夫妇，人工放射性」 放射性衰变、电子、X射线是十九世纪末的三大重要发现，揭开了近 代物理的序幕。 一，原子核的放射性衰变 不稳定的原子核自发地蜕变，变为另一种状态或另一原子核， 同时放出一些射线，这种现象称为原子核的放射性衰变。 主要模式： o哀变 瓷南调量 猿变 y衰变 煎射源 工剂射线在备直干提明方商的带场中茶生不网的胸的

二.C衰变 放射性原子核自发地放射出o粒子(H)，而转变成 另一种原子核的过程。方程表示为： X→22Y+He 28Ra→2GRn+e 衰变过程中，母核要从内能中给出一部分能量转化为子核和α粒子动能， 这一能量称衰变能（卫）.（注意：从爱因斯坦质能方程考虑，衰变能形式上 是衰变产物动能之和，本质上来源于衰变前后质量变化) Ea=(m每-m子-me)C2 D(M母-M子-M)C2原子质量表示 母核原子的质量要大于子核原子和氦原子质量之和，才可能发 生0衰变.一般发生于重原子核

实验上，衰变能也可由测出的粒子的动能算出。 mv=m v2 A4 ☆0粒子能谱 大部分原子核放射的粒子的能量不是单一的，而是有几组不同的分立 值，构成分立的0粒子能谱。 6201 放射性现象的研 0.66 究是获悉原子核 内部状况的重要 途径之一 0040 21 63