原子物理知識(shí)點(diǎn)詳細(xì)匯總

1、百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我第一講 原子物理自1897年發(fā)現(xiàn)電子并確認(rèn)電子是原子的組成粒子以后，物理學(xué)的中心問題就是探 索原子內(nèi)部的奧秘，經(jīng)過眾多科學(xué)家的努力，逐步弄清了原子結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律并建立了描述分子、原子等微觀系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論體系一一量子力學(xué)。本章簡單介紹一些關(guān)于原子和原子核的基本知識(shí)。§ 原子1. 1. 1、原子的核式結(jié)構(gòu)、1897年，湯姆生通過對(duì)陰極射線的分析研究發(fā)現(xiàn)了電子，由此認(rèn)識(shí)到原子也應(yīng)該具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而不是不可分的。1909年，盧瑟福和他的同事以a粒子轟擊重金屬箔，即a粒子的散射實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)a粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)， 但有少數(shù)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，

2、并且有極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角超過了90。，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)幾乎達(dá)到180。1911年，盧瑟福為解釋上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果而提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，這個(gè)學(xué)說的 內(nèi)容是：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外的空間里軟核旋轉(zhuǎn)，根據(jù)a粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可估計(jì)出原子核的大小應(yīng)在10-14nm以下。1、1. 2、氫原子的玻爾理論1、核式結(jié)論模型的局限性通過實(shí)驗(yàn)建立起來的盧瑟福原子模型無疑是正確的，但它與經(jīng)典論發(fā)生了嚴(yán)重的分歧。電子與核運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生與軌道旋轉(zhuǎn)頻率相同的電磁輻射，運(yùn)動(dòng)不停，輻射不止，原子 能量單調(diào)減少，軌道半徑縮短，旋轉(zhuǎn)頻率加快。由此可得兩點(diǎn)

3、結(jié)論：電子最終將落入核內(nèi)，這表明原子是一個(gè)不穩(wěn)定的系統(tǒng)；電子落入核內(nèi)輻射頻率連續(xù)變化的電磁波。原子是一個(gè)不穩(wěn)定的系統(tǒng)顯然與事實(shí)不符，實(shí)驗(yàn)所得原子光譜又為波長不連續(xù)分布的離散光譜。如此尖銳的矛盾，揭示著原 子的運(yùn)動(dòng)不服從經(jīng)典理論所表述的規(guī)律。為解釋原子的穩(wěn)定性和原子光譜的離經(jīng)叛道的離散性，玻爾于1913年以氫原子為研究對(duì)象提出了他的原子理論，雖然這是一個(gè)過渡性的理論，但為建立近代量子理論邁出了意義重大的一步。2、玻爾理論的內(nèi)容：一、原子只能處于一條列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子 雖做加速運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量，這些狀態(tài)叫定態(tài)。二、原子從一種定態(tài)（設(shè)能量為E2）躍遷到另一種

4、定態(tài)（設(shè)能量為E1）時(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這種定態(tài)的能量差決定，即h =E2-E1三、氫原子中電子軌道量子優(yōu)化條件：氫原子中，電子運(yùn)動(dòng)軌道的圓半徑r和運(yùn)動(dòng)初速率v需滿足下述關(guān)系：hrmv n 2 , n=1、2其中m為電子質(zhì)量，h為普朗克常量，這一條件表明，電子繞核的軌道半徑是不連1續(xù)的，或者說軌道是量子化的，每一可取的軌道對(duì)應(yīng)一個(gè)能級(jí)。定態(tài)假設(shè)意味著原子是穩(wěn)定的系統(tǒng),躍遷假設(shè)解釋了原子光譜的離散性,最后由氫原子中電子軌道量子化條件，可導(dǎo)出氫原子能級(jí)和氫原子的光譜結(jié)構(gòu)。氫原子的軌道能量即原子能量，為i 2一 mv2因圓運(yùn)動(dòng)而有2 v m r由此可得根據(jù)軌道量子化條件可得:

5、2k號(hào)r2k 2rn=1對(duì)應(yīng)基態(tài)，基態(tài)軌道半徑為2er k2因 mv ,便有得量子化軌道半徑為：ke22,2n hrn2 2n h2724 kme ,式中已將r改記為rn對(duì)應(yīng)的量子化能量可表述為:En2, 2 42 mk e72 2n hri,n=i , 2h24 2 kme2計(jì)算可得：ri也稱為氫原子的玻爾半徑riii5.29 i0 m = a基態(tài)能量為計(jì)算可得：對(duì)激發(fā)態(tài)，有:Ein2 2mk2e4 h2 i3.6ev。2n ri, EnEi2nn越大，rn越大, 能為：En也越大，電子離核無窮遠(yuǎn)時(shí),對(duì)應(yīng)E /0,因此氫原子的電離E電離EEiEi i3.6eV電子從高能態(tài) En躍遷到低能態(tài)

6、Em輻射光子的能量為:9光子頻率為hvEn EmEn Em V hJ) m , n m因此氫原子光譜中離散的譜線波長可表述為:c hcrE11(jT)22n m試求氫原子中的電子從第n很大時(shí)這一頻率近似等于電子在第n軌道遷躍到n-1第軌道時(shí)輻射的光波頻率,n軌道上的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。進(jìn)而證明當(dāng)輻射的光波頻率即為輻射的光子頻率將代入可得En,應(yīng)有C 22 42 mk e2T2n hh(EnE2 2k2me4h"(n1)22 2 4k me2n 1n2(n 1)24me當(dāng)n很大時(shí)，這一頻率近似為電子在第n軌道上的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為:3.3n h將mvnnUnrnmvn rn2m rn代入得 因此，fn

7、422,2 4k me3. 3n hn很大時(shí)電子從 n第軌道躍遷到第n-1軌道所輻射的光波頻率，近似等于電子在第n軌道上的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，這與經(jīng)典理論所得結(jié)要一致，據(jù)此，玻爾認(rèn)為，經(jīng)典輻射是量子輻射在n時(shí)的極限情形。1、1. 3、氫原子光譜規(guī)律1、巴耳末公式研究原子的結(jié)構(gòu)及其規(guī)律的一條重要途徑就是對(duì)光譜的研究。19世紀(jì)末，許多科學(xué)家對(duì)原子光譜已經(jīng)做了大量的實(shí)驗(yàn)工作。第一個(gè)發(fā)現(xiàn)氫原子線光譜可組成線系的是瑞士的中學(xué)教師巴耳末，他于 為如下的經(jīng)驗(yàn)公式1885年發(fā)現(xiàn)氫原子的線光譜在可見光部分的譜線，可歸納1式中的為波長，R是一個(gè)常數(shù)，叫做里德伯恒量，實(shí)驗(yàn)測得R的值為 m 。上面的公式叫做巴耳末公式。當(dāng)n=3

8、 , 4, 5, 6時(shí)，用該式計(jì)算出來的四條光譜線的波長跟從實(shí)驗(yàn)測得的H 、H 、H、H四條譜線的波長符合得很好。氫光譜的這一系列譜線叫做巴耳末系。2、里德伯公式1896年，瑞典的里德伯把氫原子光譜的所有譜線的波長用一個(gè)普遍的經(jīng)驗(yàn)公式表 不出來，即1-2n2 n=1 ,2, 3n2 n1 1, n1 2, n1 3上式稱為里德伯公式。對(duì)每一個(gè)n11n2234 n12,n2345n13n2456 n14,血5,6,1 n1 5, %6,1, 8-.n1,上是可構(gòu)成一個(gè)譜線系萊曼系（紫外區(qū)）巴耳末系（可見光區(qū)）帕邢系（紅外區(qū)）布拉開系（遠(yuǎn)紅外區(qū)）普豐德系（遠(yuǎn)紅外區(qū)）以上是氫原子光譜的規(guī)律,通過進(jìn)一

9、步的研究，里德伯等人又證明在其他元素的原這種規(guī)律性為原子結(jié)構(gòu)理論的子光譜中，光譜線也具有如氫原子光譜相類似的規(guī)律性。 建立提供了條件。1、1. 4、玻爾理論的局限性：玻爾原子理論滿意地解釋了氫原子和類氫原子的光譜；從理論上算出了里德伯恒%量；但是也有一些缺陷。對(duì)于解釋具有兩個(gè)以上電子的比較復(fù)雜的原子光譜時(shí)卻遇到了困難，理論推導(dǎo)出來的結(jié)論與實(shí)驗(yàn)事實(shí)出入很大。此外，對(duì)譜線的強(qiáng)度、寬度也無能為 力；也不能說明原子是如何組成分子、構(gòu)成液體個(gè)固體的。玻爾理論還存在邏輯上的缺 點(diǎn)，他把微觀粒子看成是遵守經(jīng)典力學(xué)的質(zhì)點(diǎn)，同時(shí)，又給予它們量子化的觀念，失敗 之處在于偶保留了過多的經(jīng)典物理理論。到本世紀(jì)20年代

10、，薛定渭等物理學(xué)家在量子觀念的基礎(chǔ)上建立了量子力學(xué)。徹底摒棄了軌道概念，而代之以幾率和電子云概念。例題1 ：設(shè)質(zhì)子的半徑為 10 15m,求質(zhì)子的密度。如果在宇宙間有一個(gè)恒定的密度等于質(zhì)子的密度。如不從相對(duì)論考慮，假定它表面的“第一宇宙速度”達(dá)到光速，試計(jì)23算它的半徑是多少。它表面上的“重力加速度” 等于多少？ （1mol氣體的分子數(shù)是 6 10個(gè)；光速 3 108m/s）；萬有引力常數(shù) G取為6 10 "Nm2/kg2。只取一位數(shù)做近似 計(jì)算。/2 g 2 kg解：H2的摩爾質(zhì)量為 2g/mol , H2分子的質(zhì)量為/6 10236 1026質(zhì)子的質(zhì)量近似為26 1026kg25

11、/15 31一、""7"26 / - 10Z71645質(zhì)子的密度p=6 103= 4 6 10、 10設(shè)該星體表面的第一宇宙速度為v,由萬引力定律，得193一 10 kg / m 242mvmM G22 GM v G4324Gr2r.Gp3 1082“G3 104 m2l6 1011 241019由于“重力速度”g_2GM / yG-332_y /y 4yG41111912, 2g 4 3 106 10103 10 m/ s24112【注】萬有引力恒量一般取G 10 N m/kg例題2：與氫原子相似， 可以假設(shè)氨的一價(jià)正離子(He )與鋰的二價(jià)正離子(L )核外的

12、那一個(gè)電子也是繞核作圓周運(yùn)動(dòng)。試估算(1) He 、L 的第一軌道半徑；(2)電離能量、第一激發(fā)能量；(3)賴曼系第一條譜線波長分別與氫原子的上述物理量之比值。解：在估算時(shí)，不考慮原子核的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的影響，原子核可視為不動(dòng)，其帶電量 用+Ze表示，可列出下面的方程組：nmv2rnEn12mvn2Ze40nmvn nhvEn2h2 , n=1 , 2, 3, En、由此解得rnnEn,并可得出的表達(dá)式:°h2n2me2Z2n1虧Z ,其中rioh22me531010米，為氫原子中電子的第度軌道半徑,對(duì)于LiEn2me8 o2hZ222n其中E14me8 o2h2電子伏特為氫原子的基態(tài)能

13、.4me _,22 2 Z8 0 h2c1n1Z2R1一2n1ni，2, 3, -n13,R是里德伯常數(shù)。(1)由半徑公式,可得到類氫離子與氫原子的第一軌道半徑之比:HZhZH1 rLi2,Zh1Z3Li(2)由能量公式,可得到類氫離子與氫原子的電離能和第一激發(fā)能(即電子從第一軌道激發(fā)到第二軌道所需的能量) 0 EHe之比:電離能:eHE1ZH0 ELi0 eH第一激發(fā)能:E1Zh15E：eEHeEHE 22 E 21E111E1-212E彳E2LiEJE1LiE1E12?巳727434（其中：E2表示電子處在第二軌道上的能量,因此：一 1E表示電子處在第一軌道上的能量）（3）由光譜公式，氫原

14、子賴曼系第一條譜線的波長有:相應(yīng)地，對(duì)類氫離子有:He122HeLi22R32Rli例3:已知基態(tài) He的電離能為 E二, 光子所需的最小能量應(yīng)為多少？ （2） He（1）為使處于基態(tài)的He進(jìn)人激發(fā)態(tài)，入射從上述最底激發(fā)態(tài)躍遷返回基態(tài)時(shí)，如考慮E E min221222回基態(tài)發(fā)阜的光子有關(guān)系式:14（2）如果不考慮離子的反沖，由第一激發(fā)態(tài)遷EminhV0現(xiàn)在考慮離子的反沖，光子的頻率將不是-Mv2vo而是v, 2為反沖離子的動(dòng)能，則到該離子的反沖，則與不考慮反沖相比，它所發(fā)射的光子波長的百分變化有多大？（離子He的能級(jí)En與n的關(guān)系和氫原子能級(jí)公式類中，可采用合理的近似。）2）問中若考慮核的反

15、沖，應(yīng)用能量分析：第（1）問應(yīng)正確理解電離能概念。第（ 守恒和動(dòng)量守恒，即可求出波長變化。解：（1）電離能表示 He的核外電子脫離氨核的束縛所需要的能量。而題問最小能 量對(duì)應(yīng)于核外電子由基態(tài)能級(jí)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，所以12E min hv 二 Mv 由能量守恒得2v Mv h -又由動(dòng)量守恒得ch式中Mv是反沖離子動(dòng)量的大小，而相對(duì)變化vc是發(fā)射光子的動(dòng)量的大小，于是，波長的所以02Mc hv h v v0hvo2Mc240.8vo vhv0 hv Mv2hv = 2Mvch(v vo ) hv2Mc2 2Mc2_ _ 191.60 10代入數(shù)據(jù)即百分變化為_27_ 8224 1.6710310

16、§ 1、2原子核Mvc2Mc2hv2Mc2_ 95.4 10原子核所帶電荷為 +Ze, Z是整數(shù)，叫做原子序數(shù)。原子核是由質(zhì)子和中子組成，兩者均稱為核子，核子數(shù)記為A,質(zhì)子數(shù)記為 Z,中子數(shù)便為 A-Z。原子的元素符號(hào)記A V為X,原子核可表述為ZX ,兀素的化學(xué)性質(zhì)由質(zhì)子數(shù)Z決定，Z相同N不同的稱為同位素。1在原子物理中，常采用原子質(zhì)量單位，一個(gè)中性碳原子質(zhì)量的12記作1個(gè)原子單位，即 lu= 1.660566 1 27kg。質(zhì)子質(zhì)量：m 1.007226u。中子質(zhì)量：mn 1.008665uo電子質(zhì)量.me 0.000549U。除氫核外，原子核 質(zhì)量Mx ,其間之差：1. 2.

17、1、結(jié)合能A . Z X中Z個(gè)質(zhì)子與（A-Z ）個(gè)中子靜質(zhì)量之和都大于原子核的靜M Zm A Z mn Mx稱為原子核的質(zhì)量虧損。式中、分別為質(zhì)子、中子的靜質(zhì)量。造成質(zhì)量虧損的原因是核子相互吸引結(jié)合成原子核時(shí)具有負(fù)的能量，這類似于電子與原子核相互吸引力結(jié)合。據(jù)相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系,成原子時(shí)具有負(fù)的能量（例如氫原子處于基態(tài)時(shí)電子軌道能量為）負(fù)能量對(duì)應(yīng)質(zhì)量虧損。質(zhì)量虧損折合成的能量：E稱為原子核的結(jié)合能，注意結(jié)合能取正值。Mc2結(jié)合能可理解成為了使原子核分裂成各個(gè)質(zhì)子和中子所需要的外加你量。A稱為核子的平均結(jié)合能。1 . 2. 2、天然放射現(xiàn)象天然放射性元素的原子核，能自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，叫天然放射現(xiàn)

18、象。這一發(fā)現(xiàn) 揭示了原子核結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。天然放射現(xiàn)象中有三種射線，它們是：4 Hea射線：速度約為光速的1/10的氨核流（23射線：速度約為光速的十分之幾的電子流（ 較弱。）,其電離本領(lǐng)很大。0 e1 ），其電離本領(lǐng)較弱，貫穿本領(lǐng)丫射線：波長極短的電磁波，是伴隨著a射線、3射線射出的，其電離本領(lǐng)很小， 貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)。1. 2. 3、原子核的衰變放射性元素的原子核放出某種粒子后，變成另一種新核的現(xiàn)象，叫做原子核的衰變，衰變過程遵循電荷守恒定律和質(zhì)量守恒定律。用X表示某種放射性元素， z表示它的核電荷數(shù)，m表示它的質(zhì)量數(shù),Y表示產(chǎn)生的新元素，中衰變規(guī)律為:a衰變：通式4He 2例如238U 922

19、34Th 904He 23衰變：通式例如234Th 90234Pa 91E21子核放出丫射線，要引起核的能量發(fā)生變化,時(shí)的原子核數(shù)目,（丫射線伴隨著“射線、3射線同時(shí)放出的。原 而電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都不改變）N （t）是經(jīng)時(shí)間t后還沒有衰變這叫衰變定律。式中 N0是t=0丫衰變：通式1. 2. 4、衰變定律和半衰期研究發(fā)現(xiàn)，任何放射性物質(zhì)在單獨(dú)存在時(shí)，都遵守指數(shù)衰減規(guī)律N（t） Net的原子核的數(shù)目，入叫衰變常數(shù)，對(duì)于不同的核素衰變常數(shù)入不同。由上式可得:dN /dt/N/式中 dN代表在dt時(shí)間內(nèi)發(fā)生的衰變?cè)雍藬?shù)目。分母、N代表t時(shí)刻的原子核總數(shù)目。入表示一個(gè)原子核在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的概率。

20、不同的放射性元素具有不同的衰變常數(shù)，它是一個(gè)反映衰變快慢的物理量，入越大，衰變?cè)娇?。半衰期表示放射性元素的原子核有半?shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間。、用T表示，由衰變定律可推得：ln 2半衰期T也是反映衰變快慢的物理量； 它是由原子核的內(nèi)部因素決定的，而跟原子 所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)； 半衰期是對(duì)大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律， 不表示某個(gè) 原子核經(jīng)過多長時(shí)間發(fā)生的衰變。由、式則可導(dǎo)出衰變定律的另一種形式，即N No（T為半衰期,t表示衰變的時(shí)間,N0表示衰變前原子核的總量，N表示t后未衰變的原子核數(shù)）M或 量）。t1 TM 2M為衰變前放射性物質(zhì)的質(zhì)量,M為衰變時(shí)間t后剩余的質(zhì)1、 2、5、原子核的組

21、成用人工的方法使原子核發(fā)生變化， 原子核的組成有賴于質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)。是研究原子核結(jié)構(gòu)及變化規(guī)律的有力武器。確定191914N 71932是：9 Be4年，盧瑟福用“粒子轟擊氮原子核而發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，這個(gè)變化的核反應(yīng)方程：4171He 0 H281年，查德威克用a粒子轟擊破原子核而發(fā)現(xiàn)了中子，這個(gè)變化的核反應(yīng)方程412He C26通過以上實(shí)驗(yàn)事實(shí),1 n0從而確定了原子核是由質(zhì)子和中子組成的,質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為利用放射性同位素可作“示蹤原核子。某種元素一個(gè)原子的原子核中質(zhì)子與中子的數(shù)量關(guān)系為:質(zhì)子數(shù)=核電荷數(shù)=原子序數(shù)中子數(shù)=核質(zhì)量數(shù)-質(zhì)子數(shù)具有相同質(zhì)子數(shù)不同中子數(shù)的原子互稱為同位素，子”，用其射線

22、可殺菌、探傷、消除靜電等。1、2、6、核能核能原子核的半徑很小，其中質(zhì)子間的庫侖力是很大的。然而通常的原子核卻是很穩(wěn)定的。這說明原子核里的核子之間一定存在著另一種和庫侖力相抗衡的吸引力，這種力叫核力。從實(shí)驗(yàn)知道，核力是一種強(qiáng)相互作用，強(qiáng)度約為庫侖力的確 100倍。核力的作用距15離很短，只在 2.0 10 m的短距離內(nèi)起作用。超過這個(gè)距離，核力就迅速減小到零。15一 一質(zhì)子和中子的半徑大約是0.8 10 m ,因此每個(gè)核子只跟它相鄰的核子間才有核力的作用。核力與電荷無關(guān)。質(zhì)子和質(zhì)子，質(zhì)子和中子，中子和中子之間的作用是一樣的。當(dāng)兩核子之間的距離為0.8 2.0fm時(shí)，核力表現(xiàn)為吸力，在小于 0.

23、8 fm 時(shí)為斥力，在大于10fm時(shí)核力完全消失。質(zhì)能方程愛因斯坦從相對(duì)論得出物體的能量跟它的質(zhì)量存在正比關(guān)系，即2E mc這個(gè)方程叫做愛因斯坦質(zhì)能方程，式中c是真空中的光速，m是物體的質(zhì)量，E是物體的能量。如果物體的能量增加了£,物體的質(zhì)量也相應(yīng)地增加了m反過來也一樣。£和m之間的關(guān)系符合愛因斯坦的質(zhì)能方程。E m c2質(zhì)量虧損原子核由核子所組成， 當(dāng)質(zhì)子和中子組合成原子核時(shí)，原子核的質(zhì)量比組成核的核子的總質(zhì)量小，其差值稱為質(zhì)量虧損。用m表示由Z個(gè)質(zhì)子、Y個(gè)中子組成的原子核的質(zhì)量，用 mP和mn分別表示質(zhì)子和中子的質(zhì)量，則質(zhì)量虧損為：m ZmP Ymn m原子核的結(jié)合能和

24、平均結(jié)合能由于核力將核子聚集在一起，所以要把一個(gè)核分解成單個(gè)的核子時(shí)必須反對(duì)核力做功，為此所需的能量叫做原子核的結(jié)合能。它也是單個(gè)核子結(jié)合成一個(gè)核時(shí)所能釋放的能量。根據(jù)質(zhì)能關(guān)系式，結(jié)合能的大小為：2E m c原子核中平均每個(gè)核子的結(jié)合能稱為平均結(jié)合能，用N表示核子數(shù)，則：E平均結(jié)合能=N平均結(jié)合能越大，原子核就越難拆開，平均結(jié)合能的大小反映了核的穩(wěn)定程度。從平均結(jié)合能曲線可以看出， 質(zhì)量數(shù)較小的輕核和質(zhì)量數(shù)級(jí)大的重核，平均結(jié)合能都比較小。中等質(zhì)量數(shù)的原子核， .平均結(jié)合能大。質(zhì)量數(shù)為5060的原子核，平均結(jié)合能量大， 約為。1 . 2. 7、核反應(yīng)/原子核之間或原子核與其他粒子之間通過碰撞可產(chǎn)

25、生新的原子核，這種反應(yīng)屬于原子核反應(yīng)，原子核反應(yīng)可用方程式表示，例如14N74 He217O即為氮核(a粒子) 核反應(yīng)可分為如下幾類1 H14 He2 轟擊氮核1417NO7后產(chǎn)生氧同位素8 和氫核1H1的核反應(yīng),(1)彈性散射：這種過程，出射粒子就是入射粒子，同時(shí)在碰撞過程中動(dòng)能保持不變，例如將中子與許多原子核碰撞會(huì)發(fā)生彈性散射。(2)非彈性散射：這種過程中出射粒子也是原來的入射粒子，但在碰撞過程中粒子動(dòng)能有了變化， 即粒子和靶原子核發(fā)生能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。例如能量較高的中子轟擊原子核使核激發(fā)的過程。(3)產(chǎn)生新粒子：這時(shí)碰撞的結(jié)果不僅能量有變化，而且出射粒子與入射粒子不相同，對(duì)能量較大的入射粒子

26、，核反應(yīng)后可能出現(xiàn)兩個(gè)以上的出射粒子，如合成101號(hào)新元素的過程。25342561Es He Md n 9921010(4)裂變和聚變：在碰撞過程中，使原子核分裂成兩個(gè)以上的元素原子核，稱為 裂變，如鈾核裂變253113995 c1Un Xe S 2 n 9205488 r0裂變過程中，質(zhì)量虧損，產(chǎn)生巨大能量，這就是原子彈中的核反應(yīng)。 引起原子核聚合的反應(yīng)稱為聚變反應(yīng)，如2 1395 cH H He S 11288 r 氫彈就是利用笊、笊化鋰等物質(zhì)產(chǎn)生聚變后釋放出巨大能量發(fā)生爆炸的。核反應(yīng)中電荷守恒，即反應(yīng)生成物電荷的代數(shù)和等于反應(yīng)物電荷的代數(shù)和。核反應(yīng)中質(zhì)量守恒，即反應(yīng)生成物總質(zhì)量等于反應(yīng)物

27、總質(zhì)量。這里的質(zhì)量指相對(duì)論質(zhì)量，相對(duì) 論質(zhì)量 m與相對(duì)論能量 E之間的關(guān)系是 一2E mc因此質(zhì)量守恒也意味著能量守恒。核反應(yīng)中質(zhì)量常采用原子質(zhì)量單位，記為相當(dāng)于。核反應(yīng)中相對(duì)論質(zhì)量守恒，但靜質(zhì)量可以不守恒。一般來說，反應(yīng)生成物總的靜質(zhì)量少于反應(yīng)物總的靜質(zhì)量，或者說反應(yīng)物總的靜質(zhì)量有虧損。虧損的靜質(zhì)量記為m,反應(yīng)后它將以能量形式釋放出來，稱之為反應(yīng)能，記為E,有2 E mc 需要注意的是反應(yīng)物若有動(dòng)能，其相對(duì)論質(zhì)量可大于靜質(zhì)量，但在算反應(yīng)能時(shí)只計(jì)靜質(zhì)量。反應(yīng)能可以以光子形式向外輻射，也可以部分轉(zhuǎn)化為生成物的動(dòng)能，但生成物 的動(dòng)能中還可以包含反應(yīng)物原有的動(dòng)能。 下面討論原子核反應(yīng)能的問題：在所有

28、原子核反應(yīng)中，下列物理量在反應(yīng)前后是守恒的：電荷；核子數(shù)；動(dòng)量；總質(zhì)量和聯(lián)系的總能量等（包括靜止質(zhì)量和聯(lián)系的靜止能量），這是原子核反應(yīng)的守恒定律。下面就質(zhì)量和能量守恒問題進(jìn)行分析。設(shè)有原子核 A被p粒子撞擊，變?yōu)?B和q。其核反應(yīng)方程如下:上列各核和各粒子的靜質(zhì)量A+尸 B+qM和動(dòng)能E為反應(yīng)前MaEaM pEp反應(yīng)后根據(jù)總質(zhì)量守恒和總能量守恒可得MbEbMqEqEaEpMa 4 Mp 2 cc由此可得反應(yīng)過程中釋放的能量Q為：Mb一_ _2Q 耳 EqM EpMa MpMb Mq c此式表示，反應(yīng)能Q定義為反應(yīng)后粒子的動(dòng)能超出反應(yīng)前粒子的動(dòng)能的差值。這也等于反應(yīng)前粒子靜2質(zhì)量超過反應(yīng)后粒子的

29、靜質(zhì)量的差值乘以c。所以反應(yīng)能Q可以通過粒子動(dòng)能的測量求出，也可以由已知的粒子的靜質(zhì)量來計(jì)算求出。下面來討論怎樣由動(dòng)能來求出Q。設(shè)A原子核是靜止的。由能量守恒可得根據(jù)反應(yīng)前后動(dòng)量守恒得式中Pp為反應(yīng)前撞擊粒子的動(dòng)量, 為標(biāo)量Q Eb Eq EpPpPbPqPb和Pq是反應(yīng)后新生二粒子的動(dòng)量。上式可改_ 2_ 2 2PbPpPq 2PpPqcos2由于p 2ME,上式可改為MbEb MpEpMqEq 2,M pMqEpEq cos從上式求出Eb ,代入Q EbEqEp中得Eq 1MqMbEpMqMbM pMqEpEq2cosAb從上式中的質(zhì)量改為質(zhì)量數(shù)之比可得:如果AqQ EC儲(chǔ)Ep 1Aq2 ApAqEpEqcosEp事先測知，再測出已知某放射源在 112 .t=0時(shí)，