原子核物理学介绍省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

原子核物理学介绍原子核物理学介绍第1页研究范围：研究范围：原原子子核核物物理理学学是是研研究究物物质质结结构构一一个个层层次次学学科科，介介于于原原子子物物理理与粒子物理之间。与粒子物理之间。原原子子和和原原子子核核是是物物质质两两个个层层次次。原原子子由由原原子子核核与与核核外外电电子子组组成。成。物物质质性性质质主主要要归归功功于于原原子子，或或主主要要归归功功于于原原子子核核，但但几几乎乎不不归功于二者。归功于二者。元元素素化化学学，物物理理学学性性质质，光光谱谱特特征征，基基本本上上只只与与核核外外电电子子相相关，而放射现象则与原子核相关。关，而放射现象则与原子核相关。研究对象研究对象：原子核原子核-组成，结构，反应等组成，结构，反应等第2页历史历史1896年，贝克勒尔，铀放射现象,第一次在试验室 观察到原子核现象。1897年，居里夫妇发觉放射性元素，Pu,Ra1899年，发觉，射线，19，发觉射线。19，卢瑟福发觉射线是 带正电氦原子核，射线是电子。后，提出原子有核模式。19 实现人工核反应，用粒子从氮核打出质子。序幕序幕：第3页原子由原子由 质子质子 +电子电子 组成组成?均匀分布均匀分布?1909 年年,盖盖革革，马马斯斯顿顿，用用粒粒子子轰轰击击原原子子，发发觉觉有有80008000分之一几率被反射回来，难以了解分之一几率被反射回来，难以了解?1911 年年,卢卢瑟瑟福福提提出出有有核核模模式式。正正电电荷荷和和原原子子质质量量集集中中在在原原子子中中心心小小范范围围内内，这这就就是是原原子子核核。重重大大发发觉觉，但不受重视。但不受重视。原子中心原子中心第4页中子发觉中子发觉原子核组成？原子核组成？最初，基本粒子只有电子，质子，原子核由电子最初，基本粒子只有电子，质子，原子核由电子和质子组成？和质子组成？电子在原子核内？电子在原子核内？自旋，自旋，统计统计第5页1920 1920 年年,卢瑟福提出卢瑟福提出:“在在一一些些情情况况下下,可可能能由由一一个个电电子子愈愈加加紧紧密密地地与与氢氢核核结结合合在在一一起起,组组成成一一个个中中性性双双子子,这这么么原原子子(指中性双子指中性双子)可能有很新奇特征可能有很新奇特征”他他还还断断言言:要要解解释释重重元元素素组组成成,这这种种原原子子存存在看来几乎是必需在看来几乎是必需第6页1930 年：博恩试验年：博恩试验 -铍铍 中性射线，穿透力很强，中性射线，穿透力很强，能穿过铅板，认为能穿过铅板，认为射线射线居里夫妇试验居里夫妇试验 -铍铍-中性射线中性射线 石蜡石蜡(H)反冲质子反冲质子 射线射线 （5.7 MeV)查德威克试验查德威克试验:-铍铍-中性射线中性射线 氮氮(14N)反冲氮核反冲氮核 （1.2 MeV)计算：计算：假如是假如是 射线射线 5.7 MeV反冲质子：反冲质子：Er=89 MeV1.2 MeV 反冲氮核：反冲氮核：Er=55 MeV 第7页宣告中子发觉，宣告中子发觉，诺贝尔奖！诺贝尔奖！原子核物理学开始原子核物理学开始海森堡，原子核海森堡，原子核：质子质子+中子，中子，-核子，两核子，两个不个不 同状态同状态第8页原子核符号符号：符号：同位素同位素（isotope)，Z 相同，相同，N 不一样不一样 同量异位素同量异位素(Isobar)，A 相同相同,Z 不一样不一样 同中子异荷素同中子异荷素(Isotone).N 相同相同,Z 不一样不一样第9页核素图核素图NZ第10页核素图核素图天然存在核素:280各种,稳定,60 各种,长寿命放射性人工制作有1600 各种放射性理论预言:允许存在核素最少5000多个第11页质子滴子滴线,中子滴中子滴线稳稳定定线线 超重元素超重元素稳稳定定岛岛李政道李政道预预言言:稳稳定洲定洲中国中国发觉发觉新核素新核素 202Pt（铂）上海原子核所（铂）上海原子核所204Hg(n,2pn)202Pt185Hf(铪）兰州近代物理所铪）兰州近代物理所 186W(n,2p)185Hf第12页原子能利用原子能利用原子核物理学研究最大成就原子核物理学研究最大成就？第13页原子弹，原子核反应堆原子弹，原子核反应堆卢瑟福断言卢瑟福断言 核反应放能，核反应放能，用火柴煮饭？用火柴煮饭？痴人说梦！痴人说梦！裂变发觉，打开原子能利用大门，裂变发觉，打开原子能利用大门，原子（核）家喻户晓，原子笔？原子（核）家喻户晓，原子笔？第14页原子弹原子弹哈哈恩恩，史史特特拉拉斯斯曼曼：中中子子轰轰击击铀铀，发发觉觉有有中中间间质质量量元元素素产生。产生。梅梅特特纳纳，弗弗里里希希：提提出出铀铀原原子子核核分分裂裂成成两两半半产产物物，解解释释哈哈恩，史特拉斯曼试验，重核裂变。恩，史特拉斯曼试验，重核裂变。42年年，费费米米，利利用用铀铀核核裂裂变变释释放放中中子子及及能能量量性性质质，创创造造热热中子链式反应堆，这就是大中子链式反应堆，这就是大规模利用原子能开始。规模利用原子能开始。45年年，奥奥本本海海默默领领导导洛洛斯斯-阿阿拉拉莫莫斯斯试试验验室室制制成成快快中中子子链链式式反反应应爆爆炸炸装装置置-原原子子弹弹；1千千克克铀铀在在日日本本广广岛岛上上空空分分裂裂，10万人死亡，万人死亡，10万人受伤万人受伤52年，泰勒领导，实现轻元素热核爆炸，氢弹成功年，泰勒领导，实现轻元素热核爆炸，氢弹成功第15页原子弹原理原子弹原理铀铀，钚钚 自持裂变自持裂变天然铀天然铀 0.72%,99.27%热中子裂变热中子裂变快中子（快中子（1MeV)裂变裂变反应式？每次裂变放能？平均中子数？反应式？每次裂变放能？平均中子数？1千克铀或钚完全裂变，放能千克铀或钚完全裂变，放能？TNT第16页原子核反应堆原子核反应堆1954年，年，苏联建成第一座原子能建成第一座原子能发电站。站。1958年，中国建成第一座原子核反年，中国建成第一座原子核反应堆。堆。1964年，第一年，第一颗原子原子弹爆炸成功。爆炸成功。1967年，第一年，第一颗氢弹爆炸成功。爆炸成功。1991年，中国第一座自行年，中国第一座自行设计制造核制造核电站，站，秦山核秦山核电站站发电成功。成功。第17页fissionfusionNuclear energy development第18页International Thermalnuclear Experimental Reactor(ITER)ITER DeviceConstruction Site 第19页Fusion ReactionTritium production第20页ADS(Accelerator-driven System)TransmutationAccelerator Engineering Application 第21页原子核物理学试验性：性：试验理理论试验应用性：用性：原子核物理原子核物理+化学；生物；材料；化学；生物；材料；冶金；地冶金；地质 等，等，产生生边缘学科学科 工，工，农，医，能源，医，能源第22页MedicalBoron Neutron Capture Therapy(BNCT)第23页第24页第25页1.Proton-nucleus reactions2.Generation of e-h pairs3.Charge transport in device4.Fear of soft-errorSpace Engineering第26页Mechanism of Tumor Cell Destructionby Boron Neutron Capture TherapyThermalneutronnucleus10BCancer cells第27页SelectiveIrradiationofTumorcellsSelectiveIrradiationofTumorcellsandnotforNormalCellsandnotforNormalCellsThermal neutronCancer cellsNormal cells第28页章节安排章节安排第一章第一章 放射性放射性第二章第二章 原子核普通性质原子核普通性质第三章第三章 核结合能与液滴模型核结合能与液滴模型第四章第四章 衰变衰变第五章第五章 衰变衰变第六章第六章 衰变衰变第七章第七章 原子核反应原子核反应第八章第八章 核力核力第九章第九章 原子核结构原子核结构第十章第十章 中子，裂变，聚变中子，裂变，聚变第29页