南京大學大學物理下課件-第16章原子核物理

匯報人：鄭老師2023-12-31南京大學《大學物理（下》課件-第16章原子核物理目錄原子核的概述原子核的放射性衰變原子核的裂變和聚變原子核的應用01原子核的概述19世紀末，科學家通過研究放射性現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)了原子核。原子核的發(fā)現(xiàn)原子核由質子和中子組成，具有強相互作用力和電荷。原子核的性質原子核的發(fā)現(xiàn)和性質質子和中子是構成原子核的基本粒子。核子同位素核力具有相同質子數(shù)和不同中子數(shù)的原子核稱為同位素。質子和中子之間的強相互作用力，是維持原子核穩(wěn)定的主要因素。030201原子核的結構原子核內的核子結合在一起形成原子核所釋放出的能量。結合能平均每個核子的結合能，是衡量原子核穩(wěn)定性的重要指標。比結合能重原子核分裂成兩個較輕的原子核或輕原子核聚合成一個較重的原子核時釋放出巨大能量。裂變和聚變原子核的結合能02原子核的放射性衰變放射性衰變的類型放射性原子核放出一個α粒子（氦原子核），同時釋放出兩個中子，使原子序數(shù)減少2，質量數(shù)減少4。β衰變放射性原子核放出一個電子，同時釋放出一個中子，使原子序數(shù)增加1，質量數(shù)不變。γ衰變放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變后，生成的新核處于激發(fā)態(tài)，會釋放出能量較高的光子，即γ射線。α衰變放射性衰變的強度隨時間的增加而按指數(shù)規(guī)律減少。指數(shù)衰減規(guī)律放射性衰變過程中，有一半原子核發(fā)生衰變所需要的時間。不同放射性同位素的半衰期不同，是放射性同位素的一個重要特征。半衰期隨著放射性衰變的進行，剩余未發(fā)生衰變的原子核質量與初始質量之比逐漸減小。剩余質量放射性衰變的規(guī)律

放射性衰變的機制弱相互作用β衰變是由中子通過弱相互作用將一個中子轉變?yōu)橘|子，同時釋放出一個電子和一個反中微子。電磁相互作用α粒子與電子之間存在電磁相互作用，使得α粒子被排斥，同時釋放出兩個中子。強相互作用在α衰變過程中，原子核中的兩個中子通過強相互作用轉變?yōu)橐粋€質子和一個中子，同時釋放出一個α粒子。03原子核的裂變和聚變定義觸發(fā)條件裂變產(chǎn)物能量釋放原子核的裂變01020304原子核的裂變是指一個重核分裂成兩個或多個中等質量原子核的現(xiàn)象。通常需要中子的轟擊或其它高能刺激，使原子核達到不穩(wěn)定狀態(tài)。裂變會產(chǎn)生多個新的中子和放射性元素。裂變過程中釋放出巨大的能量，是核能利用的重要途徑之一。原子核的聚變原子核的聚變是指輕元素核在超高溫和超高壓條件下融合成重元素核的過程。需要在極高的溫度和壓力條件下才能實現(xiàn)。聚變會產(chǎn)生中等質量的原子核和釋放出大量能量。聚變過程中釋放出的能量遠大于裂變，是太陽等恒星發(fā)光發(fā)熱的能量來源。定義觸發(fā)條件聚變產(chǎn)物能量釋放聚變能量釋放聚變過程中，輕元素核融合成重元素核，同時釋放出大量能量和中子。比較雖然裂變和聚變都能釋放出巨大的能量，但聚變的能量釋放遠大于裂變，且聚變不會產(chǎn)生放射性廢料。裂變能量釋放裂變過程中，原子核分裂成中等質量的原子核，同時釋放出大量能量和中子。裂變和聚變的能量釋放04原子核的應用利用核反應堆產(chǎn)生的熱能驅動蒸汽輪機發(fā)電，具有高效、低污染的特點。核能發(fā)電核電站運行過程中，通過多重安全措施保障核反應堆的安全可控性，降低事故風險。核電站安全性核電站產(chǎn)生的核廢料需要進行妥善處理，以降低對環(huán)境和人類健康的影響。核廢料處理原子能發(fā)電放射性診斷利用放射性物質標記的示蹤劑進行醫(yī)學影像檢查，有助于疾病的早期發(fā)現(xiàn)和診斷。放射性治療利用放射性物質釋放的射線對腫瘤進行照射，達到抑制或殺死腫瘤細胞的目的。放射性藥物利用放射性物質標記的藥物進行藥物治療，提高藥物的靶向性和療效。放射性醫(yī)學應用03020103古遺址研究通過對古遺址中放射性元素的分析，有助于研究古代文明的發(fā)展和演變。01放射性碳定年法利用放射性碳14測定