原子核物理知識點歸納

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上原子核物理重點知識點第一章 原子核的基本性質(zhì)1、對核素、同位素、同位素豐度、同量異位素、同質(zhì)異能素、鏡像核等概念的理解。（P2）核素：核內(nèi)具有一定質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)以及特定能態(tài)的一種原子核或原子。（P2）同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)、不同質(zhì)量數(shù)的核素所對應(yīng)的原子。（P2）同位素豐度：某元素中各同位素天然含量的原子數(shù)百分比。（P83）同質(zhì)異能素：原子核的激發(fā)態(tài)壽命相當短暫，但一些激發(fā)態(tài)壽命較長，一般把壽命長于0.1s激發(fā)態(tài)的核素稱為同質(zhì)異能素。（P75）鏡像核：質(zhì)量數(shù)、核自旋、宇稱均相等，而質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)互為相反的兩個核。2、影響原子核穩(wěn)定性的因素有哪些。（P35）核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中

2、子數(shù)之間的比例；質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的奇偶性。3、關(guān)于原子核半徑的計算及單核子體積。（P6）R=r0A1/3 fm r0=1.20 fm電荷半徑：R=（1.20±0.30）A1/3 fm核力半徑：R=（1.40±0.10）A1/3 fm通常 核力半徑電荷半徑單核子體積：4、核力的特點。（P14）1.核力是短程強相互作用力；2.核力與核子電荷數(shù)無關(guān)；3.核力具有飽和性；4.核力在極短程內(nèi)具有排斥芯；5.核力還與自旋有關(guān)。5、關(guān)于原子核結(jié)合能、比結(jié)合能物理意義的理解。（P8）結(jié)合能：表明核子結(jié)合成原子核時會釋放的能量。比結(jié)合能（平均結(jié)合能）：原子核拆散成自由核子時外界對每個核子所做的

3、最小平均功，或者核子結(jié)合成原子核時平均每一個核子所釋放的能量。勢能 MeVV(r)-V0RN-+Rr6、關(guān)于庫侖勢壘的理解和計算。（P17）1.r>R,核力為0，僅庫侖斥力，入射粒子對于靶核勢能V(r)，r，V(r) 0，粒子靠近靶核，rR，V(r)上升，靠近靶核邊緣V(r)max，勢能曲線呈雙曲線形，在靶核外圍隆起，稱為庫侖勢壘。2.若靶核電荷數(shù)為Z，入射粒子相對于靶核的勢能為：，在r=R處，勢壘最高，稱為庫侖勢壘高度。Z1、Z2,、A1、A2分別為入射粒子和靶核的電荷數(shù)及質(zhì)量數(shù)。7、原子核的自旋是如何形成的。（P24）原子核的自旋又稱為角動量，核自旋是核內(nèi)所有核子（質(zhì)子和中子）的軌道

4、角動量與自旋角動量的矢量和。8、原子光譜精細結(jié)構(gòu)及超精細結(jié)構(gòu)的成因。(P24)光譜精細結(jié)構(gòu)由電子自旋引起；超精細光譜結(jié)構(gòu)由原子核自旋、磁矩和電四極矩引起9、費米子波色子的概念區(qū)分。（P25）自旋為半整數(shù)的粒子為費米子（電子、中子、中微子、子、所有奇A核等），服從費米-狄拉克統(tǒng)計；自旋為整數(shù)的粒子為波色子（光子、介子、所有偶A核等，特別地，偶偶核自旋為0），服從玻色-愛因斯坦統(tǒng)計。10、什么是宇稱。（P26）宇稱是微觀物理領(lǐng)域特有的概念，描述微觀體系狀態(tài)波函數(shù)的一種空間反演性質(zhì)。11、本章習(xí)題。（P37）1-1 當電子的速度為時，它的動能和總能量各為多少？答：總能量動能1-2.將粒子的速度加速至

5、光速的0.95時，粒子的質(zhì)量為多少？答：粒子的靜止質(zhì)量粒子的質(zhì)量 1-3 T=25，p=1.013×105 Pa時，S+O2SO2的反應(yīng)熱Q=296.9 kJ/mol，試計算生成1 mol的SO2時體系的質(zhì)量虧損。答： kg1-4 的水從升高到，質(zhì)量增加了多少？答：的水從升高到需做功為。 1-5 已知： 試計算239U, 236U最后一個中子的結(jié)合能.答：最后一個中子的結(jié)合能1-6 當質(zhì)子在球形核內(nèi)均勻分布時，原子核的庫侖能為。試計算和核庫侖能之差.答：和核庫侖能之差為1-8 利用結(jié)合能半經(jīng)驗公式，計算最后一個中子的結(jié)合能，并與1-5式的結(jié)果進行比較.最后一個中子的結(jié)合能對，對，1-

6、11 質(zhì)子、中子和電子的自旋都為，以為例證明原子核不可能由電子質(zhì)子組成，但可以由質(zhì)子中子組成.由核素表可查得：的核自旋,服從玻色統(tǒng)計；若由電子質(zhì)子組成，則原子核由個質(zhì)子和個電子組成。由于質(zhì)子和電子都是費米子，則質(zhì)量數(shù)為電荷數(shù)為的原子核有個費米子.如果為偶數(shù)，則為偶數(shù)，于是該核為玻色子；如果為奇數(shù)，則為奇數(shù)，于是該核為費米子；對核，該核由14質(zhì)子和7個電子組成，應(yīng)為費米子，服從玻色統(tǒng)計.而由質(zhì)子中子組成，則由7個中子和7個質(zhì)子組成，總核子數(shù)為偶數(shù)，其合成可以是整數(shù)。服從玻色統(tǒng)計。第二章 原子核的放射性1、關(guān)于放射性衰變指數(shù)衰減規(guī)律的理解和計算。（P39、P43）（1）對單一放射性衰變，lnN(t

7、)=-t+lnN(0)，將其化為指數(shù)形式有N(t)= N(0)e-t。（2）遞次衰變規(guī)律：母核A經(jīng)N次衰變，生成穩(wěn)定核素B，遞次衰變產(chǎn)物分別為A1、A2等，其衰變常數(shù)分別為1、2、N，衰變過程中第n個核素隨時間的變化規(guī)律為：，其中2、描述放射性快慢的幾個物理量及其之間的關(guān)系。（P40）放射性快慢用衰變常數(shù)，半衰期T1/2和平均壽命描述，其中：衰變常數(shù)：單位時間內(nèi)一個原子核發(fā)生衰變的概率：半衰期T1/2：放射性核素數(shù)目衰變掉一半所需要的時間：平均壽命：原子核衰變常數(shù)的倒數(shù)：3、關(guān)于放射性活度、衰變率等概念的理解和相關(guān)計算。（P40）1.放射性活度：一個放射源在單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)稱為它的

8、放射性活度。其中，為初始時刻含有的放射性原子核，為衰變常數(shù)。2.衰變率：放射源在單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的核的數(shù)目稱為衰變率二者的單位為居里（Ci），SI制下為貝可（勒爾）（Bq），其中1 Ci=3.7×1010 Bq4、暫時平衡、長期平衡的表現(xiàn)。（P46P47）暫時平衡：子、母體的放射性活度之比保持不變且。長期平衡：母子體的放射性活度相等：。5、存在哪幾個天然放射系。（P48P50）釷系即4n系，最終穩(wěn)定衰變產(chǎn)物為208Pb鈾系即4n+2系，最終穩(wěn)定衰變產(chǎn)物206Pb錒鈾系即4n+3系，最終穩(wěn)定衰變產(chǎn)物207Pb6、三個天然放射系中，核素主要的衰變方式有哪些。（P48）衰變、衰變、衰變7

9、、人工制備放射源時，關(guān)于飽和因子的理解和制備時間的控制。（P53）人工制備放射源，中子注量率恒定時，當照射t0時間時靶物質(zhì)中生成的放射性活度為，其中稱為飽和因子，表明生成放射性核數(shù)呈指數(shù)增長，要達到飽和值需經(jīng)相當長時間。經(jīng)過6.65個半衰期可獲得99%活度的放射源，因而控制制備的時間可提高成本。8、衰變常數(shù)的物理意義（詳見2題）。9、本章習(xí)題。（P56）2.1經(jīng)多少半衰期以后，放射性核素的活度可以減少至原來的3%,1%,0.5%,0.01%?答：分別為5.06； 6.6；10.0；13.3.2.2 已知半衰期分別為，,求其衰變常數(shù)。（以s為單位）答：；2.3 放射性核素平均壽命的含義是什么？已

10、知求。答：平均壽命為樣品所有核的平均壽命經(jīng)過時間，剩下的核數(shù)目約為原來的37%.2.6 人體內(nèi)含18%的和0.2%的K。已知天然條件下與的原子數(shù)之比為，的年；的天然豐度為，其半衰期。求體重為75 kg的人體內(nèi)的總放射性活度。據(jù)活度定義為由于放射性核素處于平衡狀態(tài)，不隨時間而變化2-7 已知按下式衰變：(穩(wěn)定)試計算純放置多常時間，其放射性活度剛好與的相等。答：由給定數(shù)據(jù)；2-10 海水含有K和U。假定后者與其子體達平衡，試計算海水的放射性活度。答：其中是獨立存在的放射性，其中的豐度，半衰期為。而則包括系(即錒鈾系)和系（即鈾系）且處于平衡。可知的豐度為，的豐度為。放射性： 系的放射性：對和的分

11、支比過程不影響活度的計算，按經(jīng)過11次衰變，由于處于長期平衡，為的放射性，所以 系的放射性：對和的分支比過程不影響活度的計算，按經(jīng)過14次衰變，由于處于長期平衡，為的放射性，所以 第三章 原子核的衰變1、衰變、衰變的衰變式的正確書寫；衰變能、衰變（三種衰變方式）衰變能的計算；衰變半衰期與衰變能的關(guān)系；關(guān)于躍遷級次的判別（對具體的一個衰變，如何判別）；能譜及能譜的特點；什么是穆斯堡爾效應(yīng)；什么是躍遷，有哪些方式？衰變衰變衰變-+軌道電子俘獲（EC）定義不穩(wěn)定核自發(fā)放出粒子而發(fā)生蛻變的過程核電荷Z改變而核子數(shù)A不變的自發(fā)核衰變過程（弱相互作用，宇稱不守恒）原子核從激發(fā)態(tài)通過發(fā)射光子到較低能態(tài)的過程

12、衰變方程射線性質(zhì)高速粒子流電子：e-反中微子：質(zhì)量、電荷=0，自旋=1/2,磁矩小正電子e+中微子：質(zhì)量、電荷=0，自旋1/2,磁矩小光子：短波長的電磁波,靜止質(zhì)量0、動質(zhì)量h/c2、自旋為1的波色子能量范圍49 MeV幾十keV到幾MeV幾keV到十幾MeV衰變能衰變條件原子核處于較高能態(tài)向低能態(tài)躍遷放出能譜分立、不連續(xù)的能譜連續(xù)能譜子核反沖動能Tr子核動量pr躍遷定則 I=0，±1, 且=+1 允許躍遷I=0，±1, ±2且=-1 一級禁戒躍遷I=±2, ±3且=+1 二級禁戒躍遷I=n-1, n 且=(-1)n n級禁戒躍遷同質(zhì)異能躍遷內(nèi)

13、轉(zhuǎn)換相關(guān)衰變質(zhì)子發(fā)射中微子吸收 雙-衰變 延遲中子發(fā)射特殊效應(yīng)俄歇效應(yīng)：軌道電子俘獲中，較外層的電子（L）向K層躍遷，多余的能量不是以特征X射線形式放出，而是直接給了同層電子且電子脫離原子控制成為自由電子，這種效應(yīng)稱為俄歇效應(yīng)。穆斯堡爾效應(yīng)：無反沖共振吸收2、衰變綱圖的正確畫法。具體到某一放射性核素的衰變， 如3H、64Cu等的衰變。（P66、70）1/2+12.35 a3H- 18.619 keV 100%1/2+3He(穩(wěn)定)Q- =18.619±0.011 keV左圖為3H衰變綱圖，其中（1/2+）表示3H和3He均是自旋為1/2、宇稱為+1的費米子，12.35 a是3H的半衰

14、期，其發(fā)生-的能量為18.619 keV，分支比是100%，最終生成3He的穩(wěn)定核，由于產(chǎn)生-衰變，原子序數(shù)遞增，故而3He位于3H右側(cè)。衰變綱圖注意需要標注的元素：1.始、終核素及其宇稱、自旋2.初始核素半衰期3.衰變類型，衰變能，所占分支比12.7 h64Ni（穩(wěn)定）0+QEC=1674.9±0.8 keV+ 652.9 keV 17.9%- 578.2 keV 37.1%64Cu64Zn（穩(wěn)定）0+EC2 44.5%EC1 0.48%Q-=578.2±1.5 keV2+1345.77 0.48%1+右圖為64Cu衰變綱圖，由于64Cu可進行-、+和EC，其中，有37.

15、1%的概率發(fā)生-衰變到64Zn的基態(tài)；0.48%的概率發(fā)生K層電子俘獲，衰變到64Ni的激發(fā)態(tài)，44.5%的概率發(fā)生K層電子俘獲，衰變到64Ni的基態(tài)，17.9%概率以+衰變方式到64Ni基態(tài)。3、本章習(xí)題。（P92）3-1 實驗測得226Ra的a能譜精細結(jié)構(gòu)由Ta14.785 MeV（95%）和Ta24.602 MeV（5%）兩種a粒子組成，試計算： 答：1).子體222Rn核的反沖能 2).的衰變能 3).激發(fā)態(tài)發(fā)射的光子的能量3.2 比較下列核衰變過程的衰變能和庫侖位壘高度：；。答：由公式，衰變能：庫侖位壘高度： 對： 對：，； 對：，.3-4 238Pu的重要用途之一是做核電池，假定2

16、38Pu（T1/2=87.75 a，E=5.4992 MeV）衰變能的5%轉(zhuǎn)換為電能，當電池的輸出功率為20 W時，該電池應(yīng)裝多少克的238Pu？答：得：238Pu放射性活度 Bq g 3-6 已知 求答：1)粒子的最大能量 2)在電子俘獲衰變中中微子的最大能量 3-7 求反應(yīng)中剩余核和中微子的動能和動量.答：由于剩余核質(zhì)量遠大于中微子質(zhì)量，有，所以 中微子動能： 中微子動量： 反沖核動能：3-9 指出能同時發(fā)生衰變、衰變和電子俘獲的條件。答： 衰變： 衰變： 3-12 經(jīng)衰變至激發(fā)態(tài)的強度,該核躍遷的內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)為，試計算的衰變時每秒發(fā)出的光子數(shù)。 答： Bq 3.13自激發(fā)態(tài)躍遷至基態(tài)時發(fā)射

17、的光子，為了補償發(fā)射體和吸收體之間的能級位移要求這兩者之間的相對運動速度為多少？答：由公式所以第四章 原子核反應(yīng)1、核反應(yīng)過程中遵守的守恒律的理解（電荷、能量、動量、角動量、宇稱等守恒律）。（P9697）對于核反應(yīng) a+Ab+B 可表示為A（a,b）B，a=a1+a2+an；b=b1+b2+bn其中A、a、B、b為靶核、入射粒子、剩余核、出射粒子。核反應(yīng)對應(yīng)多種粒子和原子核反應(yīng)（a1、a2an）或者反應(yīng)生成多種粒子（b1、b2bn），每種可能的反應(yīng)過程稱為“反應(yīng)道”，反應(yīng)前過程稱為一個“入射道”，反應(yīng)后過程稱為一個“出射道”。守恒律：（1）電荷數(shù)、核子數(shù)守恒：ZA+Za =Zb +ZB；AA+

18、Aa=Ab+AB（2）動量、能量守恒：EA+Ea=Eb+EB；pA+pa=pb+pB（3）角動量守恒：Ji =Jf ； Ji=Sa+SA+Li； Jf=Sb+SB+Lf（4）宇稱守恒：反應(yīng)前后宇稱守恒 i=f2、關(guān)于核反應(yīng)能、核反應(yīng)閾能的計算。（P99、101）核反應(yīng)能：其中：放能反應(yīng)；吸能反應(yīng)核反應(yīng)閾能：其中：吸能反應(yīng)閾能存在，只有當入射粒子能量大于閾能，核反應(yīng)才能發(fā)生；放能反應(yīng)閾能為0。3、核反應(yīng)截面的物理意義。（P103）意義：一個入射粒子入射到單位面積內(nèi)只含有一個靶核的靶子上所發(fā)生的概率，單位“b”數(shù)學(xué)表達式：。4、復(fù)合核模型中，復(fù)合核激發(fā)能的構(gòu)成。（P109）復(fù)合核的激發(fā)能為入射粒子

19、的相對運動動能（質(zhì)心系的動能）和入射粒子運動動能與靶核的結(jié)合能BaA之和，即：5、核反應(yīng)分為哪幾個階段描述。(P106)（1）獨立粒子階段：粒子被靶核“勢彈性散射”或吸收，粒子保持相對獨立性；（2）復(fù)合系統(tǒng)階段：被靶核吸收相互作用形成復(fù)合系統(tǒng)，相互交換能量；（3）最后階段：復(fù)合系統(tǒng)分解為出射粒子和剩余核。6、核反應(yīng)截面的常用單位及換算。(P103)核反應(yīng)截面的單位為巴（b），面積量綱，1b=10-28 m2=10-24 cm2。7、什么叫宏觀截面。（P105）定義：核反應(yīng)中某一具體靶物質(zhì)單位體積的原子核數(shù)與該物質(zhì)的反應(yīng)截面的乘積稱為該物質(zhì)的宏觀截面。即8、本章習(xí)題。（P119）4-1.確定下列

20、核反應(yīng)中的未知粒子：答：(a), ; (b),; (c)，。4-2.利用下列數(shù)據(jù)，求核反應(yīng)的值。答： MeV4.3 能量為6 MeV的質(zhì)子投射到靜態(tài)的12C核上，試求質(zhì)心的運動速度。取質(zhì)子的質(zhì)量為1u。答： 得： m/s4-4.求下列核反應(yīng)的閾能：答： ,；. ，；. ，；。4-6.能量為的粒子投射到鈹靶上，引起反應(yīng)，其反應(yīng)能為。假設(shè)靶核處于靜止狀態(tài)，試求中子的最大和最小能量。答：由方程可得不同角度下出射粒子能量： 在方括號前一般取正號。當時，出射粒子向前，出射粒子能量最高，當時，出射粒子向后，出射粒子能量最低，第五章 核裂變和核聚變及核能的利用1、關(guān)于易裂變核、不易裂變核、核燃料等概念的理解

21、和舉例。（P123）熱中子能誘發(fā)裂變的核稱為“易裂變核”，如：235U、233U、239Pu；熱中子不能誘發(fā)裂變的核稱為“易裂變核”，如：238U、232Th。2、裂變能的分配。（P126）重核發(fā)生二裂變的裂變能可以表示為：等式右邊第一項為激發(fā)態(tài)復(fù)合核的原子質(zhì)量，中間兩項為發(fā)射中子后碎片經(jīng)衰變而形成的兩個穩(wěn)定核的原子質(zhì)量。為裂變中發(fā)射的中子數(shù)。3、什么叫瞬發(fā)中子？緩發(fā)中子？（P125）原子核裂變成兩個初級碎片，初級碎片是不穩(wěn)定的原子核，會直接發(fā)射中子，發(fā)射中子后仍處于激發(fā)態(tài)的碎片進一步發(fā)射光子退激，在上述過程中發(fā)射的中子和光子都是在裂變后小于10-16 s的短時間內(nèi)完成的，稱為瞬發(fā)中子。連續(xù)的

22、衰變過程中，有些核素可能具有較高的激發(fā)能，其激發(fā)能超過了中子的結(jié)合能，就有可能發(fā)射中子，這時發(fā)射的中子在時間上受衰變過程的制約，稱為緩發(fā)中子。4、中子倍增系數(shù)的構(gòu)成及各項物理意義。（書中公式5-1-185-1-23）（P128）要維持現(xiàn)鏈式反應(yīng)的基本條件，就是在考慮裂變損失的情況下，后一代總要大于等于前一代中子總數(shù)。相鄰兩代中子的總數(shù)之比為“中子倍增系數(shù)”：。維持鏈式反應(yīng)基本條件1.其中，取“=”為臨界狀態(tài)；取“>”為超臨界狀態(tài)。 在一個以天然鈾為核燃料的無限大的熱中子反應(yīng)堆中，中子倍增系數(shù)為：f熱中子利用系數(shù)，可表示為每個熱中子被235U俘獲后產(chǎn)生的中子數(shù)。若每次裂變產(chǎn)生個快中子，熱中

23、子的裂變截面為，其余過程還包括235U和238U的輻射俘獲（n, ）截面故而：快中子增殖因子，可表示為>1p逃脫共振俘獲的概率。設(shè)P為中子不泄露的概率，則有限大小的中子倍增系數(shù)應(yīng)為：顯然，。5、對反應(yīng)堆進行控制的手段。（P129）反應(yīng)堆控制主要是控制堆內(nèi)中子的密度，從而改變，用吸收中子截面很大的材料如鎘（Cd）和硼（B）做成的柱形棒作為控制棒，由它插入反應(yīng)堆活性區(qū)的深淺來控制中子密度。6、本章習(xí)題。（P136）5.1試計算一個核俘獲一個熱中子發(fā)生裂變所產(chǎn)生的裂變能。已知：；。5.2 全部發(fā)生裂變時所放出的能量相當于多少煤燃燒放出的能量。已知一個碳原子燃燒時放出能量。 答：放出能量相當于燃

24、煤的噸數(shù)： 5.3.什么是瞬發(fā)中子和緩發(fā)中子？為什么說緩發(fā)中子在反應(yīng)堆的控制中起決定的作用？原子核裂變成兩個初級碎片，初級碎片是不穩(wěn)定的原子核，會直接發(fā)射中子，發(fā)射中子后仍處于激發(fā)態(tài)的碎片進一步發(fā)射光子退激，在上述過程中發(fā)射的中子和光子都是在裂變后小于10-16 s的短時間內(nèi)完成的，稱為瞬發(fā)中子。連續(xù)的衰變過程中，有些核素可能具有較高的激發(fā)能，其激發(fā)能超過了中子的結(jié)合能，就有可能發(fā)射中子，這時發(fā)射的中子在時間上受衰變過程的制約，稱為緩發(fā)中子。 緩發(fā)中子使反應(yīng)堆周期T大大延長了，故而緩發(fā)中子在反應(yīng)堆的控制中起決定的作用。5.4.列出快中子與的增殖反應(yīng)式。 答：5.地球表面海水總量約為噸，海水中氫原子數(shù)與氘原子數(shù)之比為，試計算海水中蘊藏的氘聚變能的總量（用焦耳表示）。 答：第六章 輻射與物質(zhì)的相互作用1、關(guān)于重帶電粒子電離能量損失率Bethe公式的理解和應(yīng)用。重帶電粒子電離能量損失率稱為粒子的比能損失，定義式為：由電離損失和輻射損失構(gòu)成，即其中，描述電離損失與帶電粒子速度、電荷關(guān)系的經(jīng)典公式稱為Bethe 公式，表達式為：帶電粒子的速度、電荷；靶物質(zhì)的原子密度和原子序數(shù)；電子靜止質(zhì)量，電荷，靶物質(zhì)的平均激發(fā)和電離電位；重帶電粒子速度與真空中光速之比。Bethe 公式的討論：1）帶電粒子的電離能量損失率與入射粒子速度