物理讲座11核物理学课件.ppt
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- 物理 讲座 11 核物理 课件
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1、 1896年,法国物理化学年,法国物理化学家贝克勒尔在铀矿石中发现家贝克勒尔在铀矿石中发现了放射现象,此后,居里夫了放射现象,此后,居里夫妇又发现了其他放射性元素:妇又发现了其他放射性元素:钍、钋、镭。钍、钋、镭。射线射线:高能光子流:高能光子流 射线射线:高速运动的电子流:高速运动的电子流 射线射线:带两个正电荷的氦核:带两个正电荷的氦核 放射性元素发出的射线包含放射性元素发出的射线包含三种射线:三种射线:放射性不是少数几种元素才有的,研究发现,放射性不是少数几种元素才有的,研究发现,原子序数大于原子序数大于8282的所有元素,都能自发的放出射线,的所有元素,都能自发的放出射线,原子序数小于
2、原子序数小于8383的元素,有的也具有放射性的元素,有的也具有放射性铀矿石铀矿石钡钡铀铀云云母母斜水钼铀矿斜水钼铀矿天然放射现象天然放射现象放射性元素自发地放出射线的放射性元素自发地放出射线的现象现象射线射线射线射线射线射线电离能力电离能力贯穿能力贯穿能力速度速度成分成分氦原子核氦原子核高速高速电子流电子流高能量高能量电磁波电磁波1/101/10光速光速接近光速接近光速光速光速弱弱较强较强很强很强很容易很容易较弱较弱更小更小质质子子的的发发现现原子量始终是氢原子量的整数倍。原子量始终是氢原子量的整数倍。1919年,卢瑟福用年,卢瑟福用 粒子作为高速粒子作为高速“炮弹炮弹”来来轰击氮原子核,首先
3、实现了原子核的人工破裂。轰击氮原子核,首先实现了原子核的人工破裂。DSHONHe1117814742 用用 粒子轰击氮原子核,能释放氢核,用硼、氟、钠、铝、粒子轰击氮原子核,能释放氢核,用硼、氟、钠、铝、磷等做实验,也能打出氢核。磷等做实验,也能打出氢核。氢核是原子核的组成部分。氢核是原子核的组成部分。氢核定义为氢核定义为“”。原子核是否只是由质子组成呢?原子核是否只是由质子组成呢?核的质量核的质量质子质量质子质量核的电量核的电量质子电量质子电量 19201920年卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电年卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的中子,这一猜想被他的学生查德威克用实验证的中子,这一猜想被他的
4、学生查德威克用实验证实,并得到公认。实,并得到公认。中子猜想中子猜想 1930年,德国物理学家玻特和贝克发现利用年,德国物理学家玻特和贝克发现利用 粒子轰击铍元素时,产生了一种穿透力极强而且不粒子轰击铍元素时,产生了一种穿透力极强而且不受电场或磁场影响的射线。受电场或磁场影响的射线。1932年,伊莲娜和弗年,伊莲娜和弗里德里克里德里克 约里奥发现,这些新射线能将运动速度约里奥发现,这些新射线能将运动速度极快的氢核从煤油中释放出来,断言这种射线是极快的氢核从煤油中释放出来,断言这种射线是 射线。射线。1932年,查德威克从实验上发现了质量与年,查德威克从实验上发现了质量与质子相近的中性粒子,并命
5、名为质子相近的中性粒子,并命名为“中子中子”。Kgmp27106726231.1Kgmn27106749286.1 1932年,前苏联年,前苏联伊凡年科伊凡年科与与海森伯海森伯提出原子核由质子和中子组成的理论。提出原子核由质子和中子组成的理论。质子质子(p)和中子和中子(n)统称为核子统称为核子(N)。Kgmp27106726231.1质子质量质子质量中子质量中子质量质子质量微小于中子质量质子质量微小于中子质量XAzX表示表示元素符号元素符号Z表示质子数表示质子数A表示表示质量数质量数)2(,4,242个中子即有质量数为个质子有表示氦原子核He)143(,235,9223592个中子即有质量数
6、为个质子有表示铀原子核U元素符号表示元素符号表示例例同位素同位素:质子数质子数相同,中子数不相同,中子数不同的元素。如氢同的元素。如氢的同位素:的同位素:)(11氢H)(21氘或重氢H)(31氚H氘和氚是氢的同位素,关于氢、氘、氚的原子,氘和氚是氢的同位素,关于氢、氘、氚的原子,下列说法哪个正确(下列说法哪个正确()A、具有相同的质子数、相同的中子数、相同的、具有相同的质子数、相同的中子数、相同的电子数;电子数;B、具有不同的质子数、相同的中子数、相同的、具有不同的质子数、相同的中子数、相同的电子数;电子数;C、具有相同的质子数、不同的中子数、相同的、具有相同的质子数、不同的中子数、相同的电子
7、数;电子数;D、具有相同的质子数、相同的中子数、不同的、具有相同的质子数、相同的中子数、不同的电子数电子数例例C原子核的衰变(原子核的衰变(decay)重的原子核由于重的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化。放出某种粒子而转变为新核的变化。原子核的衰变原子核的衰变 衰变衰变:原子核放出原子核放出 粒子的衰变叫做粒子的衰变叫做 衰变衰变 XAZHe42 YAZ42 衰变衰变:原子核放出原子核放出粒子的衰变叫做粒子的衰变叫做衰变衰变 XAZe01 YAZ 1 射线伴随射线伴随 或或 衰变产生衰变产生.HeThU422349023892 HeRaTh422268823090 ePaTh01234
8、9123490 例例 衰变衰变衰变衰变衰变衰变 衰变衰变判断衰变类型判断衰变类型11H10n01e 经过一系列经过一系列 衰变和衰变和 衰变后,可以变衰变后,可以变成稳定的元素铅成稳定的元素铅206 206 ,问这一过程,问这一过程 衰衰变和变和 衰变次数?衰变次数?U23892解:设经过解:设经过x x次次 衰变,衰变,y y次次 衰变衰变eyHexPbU01422068223892 2382064x92=82+2x-yx8y6)(20682Pb例例BC图中图中P为放在匀强电场中的天然放射源,其放出为放在匀强电场中的天然放射源,其放出的射线的射线 在电在电 场的作用下分成场的作用下分成a、b
9、、c三束,以三束,以下判断正确的是(下判断正确的是()Aa为为射线、射线、b为为射线射线Ba为为射线、射线、b为为射线射线Cb为为射线、射线、C为为射线射线Db为为射线、射线、C为为射线射线例例半衰期半衰期 tmm)21(0 放射性元素的剩余质量与原有质量的关系:放射性元素的剩余质量与原有质量的关系:tNN)21(0 半衰期半衰期放射性元素的原子核有半数发生放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。衰变所需的时间。数量关系:数量关系:单个的微观事件不可预测,即我单个的微观事件不可预测,即我们只知道它发生的概率,不们只知道它发生的概率,不知道它具体何时发生。知道它具体何时发生。衰变知识应用衰变
10、知识应用如:人们利用地壳岩石中存在的微量的放射性元素的衰变如:人们利用地壳岩石中存在的微量的放射性元素的衰变规律,测定地球的年龄为规律,测定地球的年龄为46亿年。地壳有一部漫长的演亿年。地壳有一部漫长的演变历史,一部不断变化、不断发展的历史。变历史,一部不断变化、不断发展的历史。半衰期的长短由核内部自身的因素决定,跟所处的半衰期的长短由核内部自身的因素决定,跟所处的化学状态和外部条件都没有关系。利用这一知识化学状态和外部条件都没有关系。利用这一知识可以用来测量各种年龄。可以用来测量各种年龄。碳碳14测年技术测年技术大气中大气中14C是一些原子在太阳射来的高能粒子流作用下产是一些原子在太阳射来的
11、高能粒子流作用下产生的,能够自发的进行生的,能够自发的进行 衰变(半衰期衰变(半衰期5730年),变成年),变成氮。它在大气中产生和衰变存在动态平衡,含量相当稳氮。它在大气中产生和衰变存在动态平衡,含量相当稳定。活的植物因新陈代谢含量与空气中一样,死后没有定。活的植物因新陈代谢含量与空气中一样,死后没有与空气交换只有衰变因此可以根据相对含量,算出死亡与空气交换只有衰变因此可以根据相对含量,算出死亡时间。时间。1、原理:射线中的粒子与其他物质作用时、原理:射线中的粒子与其他物质作用时产生的现象,显示射线的存在。产生的现象,显示射线的存在。2、现象举例:、现象举例:粒子使气体或液体电离,以这些离子
12、为核粒子使气体或液体电离,以这些离子为核心,过饱和的蒸汽会产生雾滴,过热液体会心,过饱和的蒸汽会产生雾滴,过热液体会产生气泡;产生气泡;使照相乳胶感光;使照相乳胶感光;使荧光物质产生荧光。使荧光物质产生荧光。射线使气体分子电离,过射线使气体分子电离,过饱和蒸汽以离子为中心饱和蒸汽以离子为中心凝结成雾滴,显示运动凝结成雾滴,显示运动轨迹。轨迹。粒子的电离本领粒子的电离本领很小,一般看不到很小,一般看不到它的径迹它的径迹 射线:直而粗。射线:直而粗。原因:原因:粒子质量大,不易粒子质量大,不易改变方向电离本领大,改变方向电离本领大,沿途产生的离子多沿途产生的离子多 射线:比较细,而且常常弯曲。射线
13、:比较细,而且常常弯曲。原因:原因:粒子质量小,跟气体粒子质量小,跟气体 碰撞碰撞易改变方向。易改变方向。电离本领小,沿途电离本领小,沿途产生的离子少。产生的离子少。工作原理:射线使液体分工作原理:射线使液体分子电离,过热液体以离子为子电离,过热液体以离子为核心形成胚胎气泡,显示运核心形成胚胎气泡,显示运动轨迹。动轨迹。优点:直观优点:直观作用顶点可作用顶点可见见有很好的多重效率有很好的多重效率有效空间大和测量精度高有效空间大和测量精度高等等。等等。缺点:收集和分析数据较缺点:收集和分析数据较慢,扫描慢,扫描测量照片太费测量照片太费时间时间体积不容易做得很体积不容易做得很大。大。窗口窗口阴极:
14、导电圆筒阴极:导电圆筒阳极:金属丝阳极:金属丝接放大接放大器器粒子粒子射线使气体分子电离,产生脉冲放电,放电次数就是进射线使气体分子电离,产生脉冲放电,放电次数就是进入计数管内粒子的个数。入计数管内粒子的个数。优点:非常灵敏。缺点:不能区分射线的种类,优点:非常灵敏。缺点:不能区分射线的种类,不适合不适合于极快速的计数于极快速的计数,不适合于不适合于检测检测粒子。粒子。核反应核反应原子核在其他粒子的轰击下产生新的原子核在其他粒子的轰击下产生新的原子核的过程。原子核的过程。天然放射性同位素不过四十多种,现在可以用人工的方法天然放射性同位素不过四十多种,现在可以用人工的方法得到得到核反应和放射性同
15、位素核反应和放射性同位素放放射射性性的的应应用用射线应用射线应用示踪原子示踪原子探伤仪探伤仪培育新种培育新种保存食物保存食物消除有害静电消除有害静电消灭害虫消灭害虫治疗恶性肿瘤治疗恶性肿瘤农作物检测农作物检测诊断器质性和功能性疾病诊断器质性和功能性疾病生物大分子结构及功能研究生物大分子结构及功能研究放射性放射性的应用的应用核力核力核子之间的相互作用力核子之间的相互作用力核力的奇怪特点:核力的奇怪特点:核力(强力)核力(强力)1.核力是四种相互作用中的核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现。强相互作用(强力)的一种表现。2.核力是短程力核力是短程力。约在。约在 10-15m量级时起作
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