《原子核的结构》课件

《原子核的结构》本课件将带您深入了解原子核的结构、性质、模型和应用，并探讨核能与辐射安全等重要议题什么是原子核定义重要性原子核是原子中带正电的中心部分，包含几乎所有原子的质量原子核决定了原子的种类和化学性质，是物质结构和能量释放的基础原子核的组成成分质子中子12带正电荷，质量约为不带电荷，质量略大于质子，

1.6726×10^-27kg，决定了与质子共同构成原子核的质元素的种类量核力与强作用力核力强作用力质子和中子之间的一种强烈的吸引力，将它们紧密束缚在一起，是自然界四种基本相互作用力之一，也是核力产生的根本原因克服了质子之间的静电斥力质子和中子的性质性质质子中子电荷+10质量

1.6726×10^-27kg

1.6749×10^-27kg自旋1/21/2寿命稳定约10分钟原子核的电荷和质量电荷质量原子核的电荷等于其中质子的个数，原子核的质量约等于其中质子和中以“+e”表示，e为基本电荷子的质量之和，以“u”表示，u为原子质量单位原子序数和质量数原子序数Z质量数A原子核中质子的个数，决定了元素的种类原子核中质子和中子的总个数，反映了原子核的质量同位素的概念与特点概念特点具有相同原子序数但质量数不同的原子化学性质相同，物理性质略有差异，存在于自然界或人工合成稳定和不稳定的原子核稳定原子核不稳定原子核具有较强的结合能，不易发生具有较低的结合能，容易发生衰变衰变，释放能量，形成稳定的原子核原子核的结合能1结合能是指将一个原子核拆分成单个质子和中子所需提供的能量2结合能越大，原子核越稳定，越不容易发生衰变3原子核的结合能与核力的强弱和质子之间的静电斥力有关原子核的能量动能1势能2结合能3激发能4原子核质量与重子数的关系重子数A原子核中质子和中子的总个数质量亏损原子核的质量小于组成它的质子和中子质量之和，这部分质量亏损转化为结合能爱因斯坦质能方程E=mc²，解释了质量亏损与结合能之间的关系原子核的形状12球形椭球形大多数原子核接近球形一些原子核呈现椭球形，例如铀核3不规则形少数原子核形状不规则，例如钚核原子核的密度极高密度体积很小原子核的密度极高，约为10^17kg/m³，远远超过任何物质的密原子核的体积很小，仅占原子体积的极小部分度原子核模型的发展历程1汤姆逊模型1904:原子核是一个带正电的球体，电子均匀分布在球体内部2卢瑟福模型1911:原子核是一个很小的带正电的中心，电子绕核运动3玻尔模型1913:电子在原子核外特定的能级上运动，能级跃迁伴随能量变化4量子力学模型1920s:运用量子力学理论，建立了更精确的原子核结构模型液滴模型的基本假设原子核像液滴表面张力12原子核中的核子像液滴中的原子核表面存在表面张力，分子一样，相互吸引，保持类似于液滴的表面张力，使一定距离原子核保持稳定体积守恒3原子核的体积与其质量数成正比液滴模型的优点与缺点优点缺点解释了原子核的稳定性、结合能和裂变现象无法解释原子核的角动量、磁矩和壳层结构壳模型的基本假设能级量子化自旋-轨道耦合原子核内的核子占据特定能级，核子的自旋角动量和轨道角动类似于原子中的电子量相互耦合，形成不同的能级幻数效应当核子数达到幻数时，原子核特别稳定壳模型的优点与局限性优点局限性解释了原子核的稳定性、幻数效应和自旋-轨道耦合无法解释原子核的变形和集体运动核外层电子与原子核的关系电磁力核外层电子与原子核之间通过电磁力相互作用，电子围绕原子核运动能量交换电子在不同能级之间跃迁，伴随能量的吸收或释放，表现为光谱现象化学反应原子核决定了元素的种类和化学性质，而核外层电子参与了化学反应，决定了原子的化学性质原子核的自旋与角动量123自旋角动量轨道角动量总角动量原子核中质子和中子自身具有自旋角动原子核中核子绕核运动产生的轨道角动原子核的总角动量等于自旋角动量和轨量，以“S”表示量，以“L”表示道角动量的矢量和，以“J”表示原子核的杂化轨道概念特点在多电子原子中，原子核的电子轨道可能发生杂化，形成新的杂化轨道比原有轨道更稳定，更利于形成化学键杂化轨道原子核磁矩与电四极矩磁矩电四极矩原子核的自旋和轨道运动产生磁矩，使原子核具有磁性原子核的电荷分布不均匀，可能产生电四极矩，导致原子核具有电四极性原子核的分类轻核中等核重核123质量数小于20的原子核质量数在20-200之间的原子核质量数大于200的原子核轻核与重核的区别轻核重核结合能较小，容易发生核反应结合能较大，稳定性较高，但可能发生裂变原子量与同位素丰度原子量元素中各种同位素的平均质量，以“u”表示同位素丰度元素中各种同位素的含量比例原子量的测量质谱法核磁共振法利用带电粒子在磁场中的偏转程度利用原子核的磁性来测量原子质量测量原子质量同位素分离技术气体扩散法离心分离法12利用同位素的质量差异，使利用高速旋转的离心机，使轻同位素优先通过扩散膜重同位素聚集在离心机的中心激光分离法3利用激光照射，选择性地激发特定同位素的原子，使其发生化学反应，从而实现分离同位素在科学技术中的应用1放射性同位素示踪法:研究物质的运动规律和化学反应机理2同位素测年法:测定古生物化石、文物等的年代3同位素治疗:利用放射性同位素治疗肿瘤和其他疾病4同位素分析:分析物质的组成、结构和含量核武器与和平利用核能核武器和平利用核能利用核裂变或核聚变反应释放巨大能量，具有强大的破坏力利用核裂变或核聚变反应产生的能量发电、供热、驱动宇宙飞船等辐射对人体的影响电离辐射非电离辐射高能辐射可以使原子或分子低能辐射主要引起分子振动发生电离，破坏细胞结构，和旋转，对人体的影响相对造成损伤较小辐射防护的基本原则距离防护时间防护远离辐射源，减少辐射剂量缩短暴露时间，减少辐射剂量屏蔽防护利用屏蔽材料阻挡辐射，减少辐射剂量核电站的安全性多重安全屏障核电站设计有严密的防护措施，包括反应堆压力容器、安全壳、安全系统等应急预案制定了完善的应急预案，以应对各种事故和突发事件国际合作积极参与国际合作，分享经验，提高核安全水平我国核技术发展现状12核电核医学我国核电技术发展迅速，核电装机我国核医学技术不断进步，在肿瘤容量位居世界前列治疗、疾病诊断等方面取得重大成果3核农学我国核农学技术应用广泛，提高了农作物产量和品质未来原子能事业的展望核聚变小型核反应堆核聚变反应具有清洁、安全、高效的特点，是未来能源的重要小型核反应堆具有灵活性高、安全性好、易于维护等优点，在方向未来应用前景广阔课堂小结原子核的结构原子核的模型由质子和中子构成，核力将液滴模型、壳模型等模型解它们紧密束缚在一起释了原子核的性质原子核的应用核能发电、核医学、核农学等领域发挥重要作用思考问题核能的未来发展趋势是什么？如何提高核技术的安全性和可靠性？参考文献

1.《原子物理学》，赵凯华、陈熙谋著。