16.1 原子核的基本性质

西交大 吴百诗原子核物理和粒子物理

第16章 原子核物理和粒子物理简介原子核的基本性质 核力和核结构 原子核的结合能 裂变和聚变 16.4 放射性衰变 16.5 粒子物理简介 16.1 16.2 16.3BEPCⅡ储存环 Ⅱ

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16.1 原子核的基本性质一、原子核的组成1911年卢瑟福建立了原子核的概念。 年卢瑟福建立了原子核的概念。 建立了原子核的概念 1932年查德威克发现了中子。 年查德威克发现了中子。 发现了中子 提出了原子核是由质子 中子组成的假设 质子和 组成的假设。 海 森 伯提出了原子核是由质子和中子组成的假设。表示 符号 核 子 质子 中子 p n 电量 +e 0 静止质量(kg) 静止质量 1.672 6231 1×10-27 × 1.674 928 6×10-27 × 寿命 稳定 928 s

二、原子核的电荷和质量原子核带电量为 +Ze,电荷数 Z 为核内质子数。 电荷数 为核内质子数。

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原子质量单位 u 为一个处于基态的 C中性原子质量 1/12

12 6

1u =1.660 540 2×10-27 kgmp =1.007 276 470u质量数 电荷数

mn =1.008 644 904u 同位素 同中子异位素

A Z

X

具有相同原子序数的核素。 具有相同原子序数的核素。 例：

1 。 H, 2H, 3H 1 1 1 31 。 具有相同中子数的核素。 例： 15 P, 32S 具有相同中子数的核素。 16

三、原子核的形状和大小原子核的半径可近似地表示为R = r0 A1 3 核物质平均密度 白矮星密度 中子星密度

r0 ~1.20 fm

~ 2×1017 kg / m3 10 9 ~ 2×1011 kg / m3 1018 kg / m3

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四、原子核的自旋和磁矩 r 1. 核自旋 P IP = I (I +1) h I讨论 (1) I 只能取整数或半整数。 只能取整数或半整数。 (2) 原子核基态的自旋量子数有如下规律： 原子核基态的自旋量子数有如下规律： 偶-偶核的自旋量子数都等于零； 偶核的自旋量子数都等于零； 奇-奇核的自旋量子数都等于非零整数； 奇核的自旋量子数都等于非零整数；

I 称为核自旋量子数

r (3) 核自旋 PI 在给定方向的投影为 mI h

奇A 核的自旋量子数都等于半整数。 核的自旋量子数都等于半整数。

mI 为原子核的磁量子数，取值 I, (I–1), … , – (I–1), –I。 为原子核的磁量子数，

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2. 原子核的磁矩

e eh µI = gI P = gI I ( I +1) = gI I ( I +1) µN I 2mp 2mpµ N 称为核磁子 gI 称为原子核 g 的因子 称为核磁子,

讨论 (1) µN = eh 2mp = 5.050 787×10 27 J T (2) gI 是一个纯数，可能为正，也可能为负，分别表示磁矩 是一个纯数，可能为正，也可能为负， 与核自旋平行和反平行两种情况。 与核自旋平行和反平行两种情况。 (3) 核磁矩在给定方向的投影可能取值为 gImIµ N 。其投影的 最大可能值为

µ 'I = gI I µN 。

(4) 质子的磁矩几乎是核磁子的 3 倍，而中子具有负磁矩， 质子的磁矩几乎是核磁子的 而中子具有负磁矩， 数值约为核磁子的 2 倍。这表明

不能把质子和中子看成 是无内部结构的粒子。 是无内部结构的粒子。

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(5) 氘核的磁矩虽然非常接近于质子磁矩和中子磁矩之和， 氘核的磁矩虽然非常接近于质子磁矩和中子磁矩之和， 但并不完全相等，其它原子核的磁矩也是如此， 但并不完全相等，其它原子核的磁矩也是如此，都不等于 组成它的所有核子磁矩之和。 组成它的所有核子磁矩之和。这一事实说明核内各核子间 存在着复杂的相互作用。 存在着复杂的相互作用。