原子核物理知识点归纳文档格式.doc
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(P14)
1.核力是短程强相互作用力;
2.核力与核子电荷数无关;
3.核力具有饱和性;
4.核力在极短程内具有排斥芯;
5.核力还与自旋有关。
5、关于原子核结合能、比结合能物理意义的理解。
(P8)
结合能:
表明核子结合成原子核时会释放的能量。
比结合能(平均结合能):
原子核拆散成自由核子时外界对每个核子所做的最小平均功,或者核子结合成原子核时平均每一个核子所释放的能量。
势能MeV
V(r)
-V0
RN
-
+
R
r
6、关于库仑势垒的理解和计算。
(P17)
1.r>
R,核力为0,仅库仑斥力,入射粒子对于靶核势能V(r),r→∞,V(r)→0,粒子靠近靶核,r→R,V(r)上升,靠近靶核边缘V(r)max,势能曲线呈双曲线形,在靶核外围隆起,称为库仑势垒。
2.若靶核电荷数为Z,入射粒子相对于靶核的势能为:
,在r=R处,势垒最高,称为库仑势垒高度。
Z1、Z2,、A1、A2分别为入射粒子和靶核的电荷数及质量数。
7、原子核的自旋是如何形成的。
(P24)
原子核的自旋又称为角动量,核自旋是核内所有核子(质子和中子)的轨道角动量与自旋角动量的矢量和。
8、原子光谱精细结构及超精细结构的成因。
光谱精细结构由电子自旋引起;
超精细光谱结构由原子核自旋、磁矩和电四极矩引起
9、费米子波色子的概念区分。
(P25)
自旋为半整数的粒子为费米子(电子、中子、中微子、μ子、所有奇A核等),服从费米-狄拉克统计;
自旋为整数的粒子为波色子(光子、π介子、所有偶A核等,特别地,偶—偶核自旋为0),服从玻色-爱因斯坦统计。
10、什么是宇称。
(P26)
宇称是微观物理领域特有的概念,描述微观体系状态波函数的一种空间反演性质。
11、本章习题。
(P37)
1-1当电子的速度为时,它的动能和总能量各为多少?
答:
总能量
动能
1-2.将粒子的速度加速至光速的0.95时,粒子的质量为多少?
粒子的静止质量
粒子的质量
1-3T=25℃,p=1.013×
105Pa时,S+O2→SO2的反应热Q=296.9kJ/mol,试计算生成1mol的SO2时体系的质量亏损。
kg
1-4的水从升高到,质量增加了多少?
的水从升高到需做功为。
1-5已知:
试计算239U,236U最后一个中子的结合能.
最后一个中子的结合能
1-6当质子在球形核内均匀分布时,原子核的库仑能为。
试计算和核库仑能之差.
和核库仑能之差为
1-8利用结合能半经验公式,计算最后一个中子的结合能,并与1-5式的结果进行比较.
最后一个中子的结合能
对,
对,,
1-11质子、中子和电子的自旋都为,以为例证明原子核不可能由电子-质子组成,但可以由质子-中子组成.
由核素表可查得:
的核自旋,服从玻色统计;
若由电子-质子组成,则原子核由个质子和个电子组成。
由于质子和电子都是费米子,则质量数为电荷数为的原子核有个费米子.如果为偶数,则为偶数,于是该核为玻色子;
如果为奇数,则为奇数,于是该核为费米子;
对核,该核由14质子和7个电子组成,应为费米子,服从玻色统计.
而由质子-中子组成,则由7个中子和7个质子组成,总核子数为偶数,其合成可以是整数。
服从玻色统计。
第二章原子核的放射性
1、关于放射性衰变指数衰减规律的理解和计算。
(P39、P43)
(1)对单一放射性衰变,lnN(t)=-λt+lnN(0),将其化为指数形式有N(t)=N(0)e-λt。
(2)递次衰变规律:
母核A经N次衰变,生成稳定核素B,递次衰变产物分别为A1、A2等,其衰变常数分别为λ1、λ2、λN,衰变过程中第n个核素随时间的变化规律为:
,其中
2、描述放射性快慢的几个物理量及其之间的关系。
(P40)
放射性快慢用衰变常数λ,半衰期T1/2和平均寿命τ描述,其中:
衰变常数λ:
单位时间内一个原子核发生衰变的概率:
半衰期T1/2:
放射性核素数目衰变掉一半所需要的时间:
平均寿命τ:
原子核衰变常数的倒数:
3、关于放射性活度、衰变率等概念的理解和相关计算。
1.放射性活度:
一个放射源在单位时间内发生衰变的原子核数称为它的放射性活度。
其中,为初始时刻含有的放射性原子核,为衰变常数。
2.衰变率:
放射源在单位时间内发生衰变的核的数目称为衰变率
二者的单位为居里(Ci),SI制下为贝可(勒尔)(Bq),其中1Ci=3.7×
1010Bq
4、暂时平衡、长期平衡的表现。
(P46~P47)
暂时平衡:
子、母体的放射性活度之比保持不变且。
长期平衡:
母子体的放射性活度相等:
。
5、存在哪几个天然放射系。
(P48~P50)
钍系—即4n系,最终稳定衰变产物为208Pb
铀系—即4n+2系,最终稳定衰变产物206Pb
锕—铀系—即4n+3系,最终稳定衰变产物207Pb
6、三个天然放射系中,核素主要的衰变方式有哪些。
(P48)
α衰变、β衰变、γ衰变
7、人工制备放射源时,关于饱和因子的理解和制备时间的控制。
(P53)
人工制备放射源,中子注量率恒定时,当照射t0时间时靶物质中生成的放射性活度为
,其中称为饱和因子,表明生成放射性核数呈指数增长,要达到饱和值需经相当长时间。
经过6.65个半衰期可获得99%活度的放射源,因而控制制备的时间可提高成本。
8、衰变常数的物理意义(详见2题)。
9、本章习题。
(P56)
2.1经多少半衰期以后,放射性核素的活度可以减少至原来的3%,1%,0.5%,0.01%?
分别为5.06;
6.6;
10.0;
13.3.
2.2已知半衰期分别为,,,求其衰变常数。
(以s为单位)
;
2.3放射性核素平均寿命的含义是什么?
已知求。
平均寿命为样品所有核的平均寿命
经过时间,剩下的核数目约为原来的37%.
2.6人体内含18%的和0.2%的K。
已知天然条件下与的原子数之比为,的年;
的天然丰度为,其半衰期。
求体重为75kg的人体内的总放射性活度。
据活度定义为
由于放射性核素处于平衡状态,不随时间而变化
2-7已知按下式衰变:
(稳定)
试计算纯放置多常时间,其放射性活度刚好与的相等。
由给定数据;
2-10海水含有K和U。
假定后者与其子体达平衡,试计算海水的放射性活度。
其中是独立存在的放射性,其中的丰度,半衰期为。
而则包括系(即锕铀系)和系(即铀系)且处于平衡。
可知的丰度为,的丰度为。
放射性:
系的放射性:
对和的分支比过程不影响活度的计算,按经过11次衰变,由于处于长期平衡,,为的放射性,所以
对和的分支比过程不影响活度的计算,按经过14次衰变,由于处于长期平衡,,为的放射性,所以
第三章原子核的衰变
1、α衰变、β衰变的衰变式的正确书写;
α衰变能、β衰变(三种衰变方式)衰变能的计算;
α衰变半衰期与衰变能的关系;
关于β跃迁级次的判别(对具体的一个衰变,如何判别);
α能谱及β能谱的特点;
什么是穆斯堡尔效应;
什么是γ跃迁,有哪些方式?
α衰变
β衰变
γ衰变
β-
β+
轨道电子俘获(EC)
定义
不稳定核自发放出α粒子而发生蜕变的过程
核电荷Z改变而核子数A不变的自发核衰变过程
(弱相互作用,宇称不守恒)
原子核从激发态通过发射γ光子到较低能态的过程
衰变方程
——
射线性质
高速α粒子流
电子:
e-
反中微子:
质量、电荷=0,自旋=1/2,磁矩小
正电子e+
中微子:
质量、电荷=0,自旋1/2,磁矩小
γ光子:
短波长的电磁波,静止质量0、动质量hν/c2、自旋为1的波色子
能量范围
4~9MeV
几十keV到几MeV
几keV到十几MeV
衰变能
衰变条件
原子核处于较高能态向低能态跃迁放出γ
能谱
分立、不连续的能谱
连续能谱
子核反冲动能
Tr
子核动量
pr
跃迁
定则ΔI=0,±
1,且Δπ=+1允许跃迁
ΔI=0,±
1,±
2且Δπ=-1一级禁戒跃迁
ΔI=±
2,±
3且Δπ=+1二级禁戒跃迁
ΔI=n-1,n且Δπ=(-1)nn级禁戒跃迁
同质异能跃迁
内转换
相关衰变
质子发射
中微子吸收双β-衰变β延迟中子发射
特殊效应
俄歇效应:
轨道电子俘获中,较外层的电子(L)向K层跃迁,多余的能量不是以特征X射线形式放出,而是直接给了同层电子且电子脱离原子控制成为自由电子,这种效应称为俄歇效应。
穆斯堡尔效应:
无反冲γ共振吸收
2、衰变纲图的正确画法。
具体到某一放射性核素的衰变,如3H、64Cu等的衰变。
(P66、70)
1/2+
12.35a
3H
β-18.619keV100%
3He(稳定)
Qβ-=18.619±
0.011keV
左图为3H衰变纲图,其中(1/2+)表示3H和3He均是自旋为1/2、宇称为+1的费米子,12.35a是3H的半衰期,其发生β-的能量为18.619keV,分支比是100%,最终生成3He的稳定核,由于产生β-衰变,原子序数递增,故而3He位于3H右侧。
衰变纲图注意需要标注的元素:
1.始、终核素及其宇称、自旋
2.初始核素半衰期
3.衰变类型,衰变能,所占分支比
12.7h
64Ni(稳定)
0+
QEC=1674.9±
0.8keV
β+652.9keV17.9%
β-578.2keV37.1%
64Cu
64Zn(稳定)
EC244.5%
EC10.48%
Qβ-=578.2±
1.5keV
2+
1345.77
γ0.48%
1+
右图为64Cu衰变纲图,由于64Cu可进行β-、β+和EC,其中,有37.1%的概率发生β-衰变到64Zn的基态;
0.48%的概率发生K层电子俘获,衰变到64Ni的激发态,44.5%的概率发生K层电子俘获,衰变到64Ni的基态,17.9%概率以β+衰变方式到64Ni基态。
3、本章习题。
(P92)
3-1实验测得226Ra的a能谱精细结构由Ta1=4.785MeV(95%)和Ta2=4.602MeV(5%)两种a粒子组成,试计算:
答:
1).子体222Rn核的反冲能
2).的衰
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