为什么有原子弹和氢弹两种.ppt
原子物理学,原子核的结合能与核力,为什么有原子弹和氢弹两种？,质量亏损,一、原子核的结合能,例如氘核,质子质量 1.007276u,+中子质量 1.008665u,2.015941u,-氘核质量 2.013553u,0.002388u,m=,Zmp+Nmn-mA,根据Einstein的质能公式,2.结合能,先来看看1u 的质量合多大能量：,一个质子和一个中子结合成氘核释放的能量：,1公斤TNT炸药可产生420万焦耳的能量,一、原子核的结合能,2.结合能,1)定义：分散的核子结合成原子核时所释放出 的能量称为原子核的结合能。2)计算公式：E=mC2=m（u）931.5MeV/u,显然：原子核的结合能越大，分散的核子结合成该原子核时所释放出的能量越大。,一、原子核的结合能,3.核子的平均结合能（比结合能）,1)若干分散的核子组成原子核时，平均每个核子所释放的能量或把原子核分离成单个核子时，平均需要供给每个核子的能量称之为比结合能。2)计算公式：3)平均结合能的物理意义：标志着原子核的稳定性。4)平均结合能曲线,一、原子核的结合能,核共三种情况，偶偶核最稳定，相应的结合能较大；奇奇核最不稳定，相应的结合能较小。,3.核子的平均结合能（比结合能）,1）质量数A30的原子核，平均结合能随A的变化显示周性，最大值都在A等于4的倍数处。,一、原子核的结合能,3.核子的平均结合能（比结合能）,2）两头低中间高：中等质量的原子核（A：40120）平均结合能比轻核和重核的大，约为8.6MeV。,这预示着：重核裂变，轻核聚变都可以获得原子能。,一、原子核的结合能,3.核子的平均结合能（比结合能）,3）中等质量的原子核（A：40120），平均结合能变化不大。说明EA显示出核力的饱和性。,一、原子核的结合能,二、核 力,核内存在着一种强相互作用足以克服质子间的斥力，这种作用对应的力就是核力。,（1）核力是一种短程性的强相互作用力；（2）核力是具有饱和性的交换力；（3）核力与核子的电荷状态无关；（4）核力和核子的自旋状态有关；（5）非有心力的存在,1、核力的基本性质,1、核力的基本性质,1).短程性的强相互作用所谓短，是说这种力的作用距离不大于,引力斥力弱引力至消失,二、核 力,1、核力的基本性质,1).短程性的强相互作用,所谓强，是指这种力比万有引力和静电力要强的多比如两核子之间的引力势能大约在 量级；质子间的静电势能为 而核子间的比合能为,四种相互作用强弱比较,二、核 力,质量数为A的原子核内有A个核子，是否所有的核子之间都有相互作用呢？,总结合能A2,2).饱和性的交换力,实验表明：总结合能A，这意味着，每一个核子只与它临近的少数几个核子有相互作用，称之为核力的饱和性。,1、核力的基本性质,解释：高Z核的不稳定。,二、核 力,如果是这样，那么原子核内共有 A(A-1)对相互作用,因为静电斥力不具有饱和性，所以高Z核的边缘粒子受核力和斥力基本相等，所以就不稳定。,在分子的共价键中，原子间的作用力是一种交换力，电子是它们的交换媒介，比如,分子的共价结构是,两个氢原子通过交换这个电子结合在一起，由此人们设想，核子间的力是交换力，下面我们将看到，核子间以介子作为交换媒介。,2).饱和性的交换力,1、核力的基本性质,什么是交换力？,二、核 力,核力的大小与产生此核力的核子是否带电是没有关系,3).电荷无关性,原子核的总结合能,说明核力与电荷无关。,1、核力的基本性质,不含有静电斥能,中间有静电斥能0.72MeV,核力,二、核 力,研究表明，核力的大小与两粒子自旋的相对取向有关，自旋平行时，核力较强，反之核力较弱。,4)自旋相关性,1、核力的基本性质,5)非有心力的存在,核力中主要的是有心力，但还会有一些非有心力：一种是自旋轨道耦合力，它和自旋相对取向有关；另一种叫张量力，它和自旋相对于两核子连线的方向有关。,二、核 力,麻省理工学院开放课件：http:/,1935年,日本物理学家汤川秀树(Yukawa)提出了核力的介子理论，对“核力机制”的研究是一个重要贡献。因此汤川秀树在1949年获得了诺贝尔物理学奖。,2、核力的介子理论,二、核 力,1).电磁相互作用和光子,2、核力的介子理论,量子电动力学和量子场论告诉我们，电磁场是量子化的，这个“场”是由“虚光子”组成的；,电磁力是通过交换：“虚光子”传递的,二、核 力,第三节:核 力,2).强相互作用和介子,核力的介子理论：核力是一种交换力，核子之间通过交换某种媒介粒子而发生相互作用，并估计这种媒介粒子的质量约为电子静止质量的200多倍，介于质子和电子之间，故称为介子。,第三节:核 力,2).强相互作用和介子,直到1947年，鲍威尔在宇宙射线中才真正找到了汤川预言的介子，称介子。有带正电，负电和不带电的三种，分别记为+、-、0，它们的质量分别为：,第三节:核 力,第三节:核 力,3).核力机制研究的新方向,随着粒子物理的发展，揭示了核子是由更深层次的粒子，称为层子（或夸克）所组成。简言之，核力来源于组成核子的夸克之间的作用力。目前，遵循这种观点，人们进行了从夸克力计算核力的一种尝试，并取得了一定的进展。,第三节:核 力,第三节:核 力,3).核力机制研究的新方向,理论上认为，层子（反层子）之间的强相互作用力，是由叫胶子的媒介物传递的。,
