核物理与粒子物理导论chap_1_4-7 (8)

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习 题

5-1．实验测得210Po 的α 粒子能量为5301 keV ，试求其衰变能。

5-2．利用核素质量，计算226Ra 的α 衰变能和α 粒子的动能。

5-3．Bi 衰变至T1，有两组α 粒子，其能量分别为E （α83211812070）＝6621 keV ，E （α1） =6274 keV 。前者相应为母核基态衰变至子核基态；后者相应为母核基态衰变至子核的激 发态。试求子核

T1激发态的能量，并画出此衰变纲图。 81207 5-4． Po α 衰变至Pb ，已知α 粒子的动能E 8421882214k 为5.988 MeV ，试计算反冲核Pb

82214

的动能，并求出α 衰变能E d 。

5-5．一块重为半公斤的核燃料纯239Pu ，试计算这块核燃料存放时由于α 衰变放出的 功率为多少瓦（W ）？

5-6．试计算α 粒子对于Ne ，Sn ，U 的库仑势垒，设r 102050112922380＝1.45fm 。

5-7．已知ThC ′（Po ）对于基本α 粒子组（E 212

840＝8.785 MeV ）的半衰期为3×10-7s ，

试计算激发核ThC ′对于发射长射程α 粒子（E 3＝10.55 MeV ）的平均寿命，在计算时假定α 粒子碰撞势垒的次数，在激发核内和在非激发核内都是相同的。

5-8．试计算：（i ）223Ra 发射14C 的动能E k 和库仑势垒V C ；

（ii ）53m Co 发射质子的动能E k 和库仑势垒V C 。

5-9．利用结合能的半经验公式，推导出原子核发射质子的衰变能随Z ，A 变化的关系式。

5-10．为什么能量低于2MeV 和高于9MeV 的α 放射性很少见？

5-11．为什么基态偶偶核α 衰变时能量最大的α 粒子强度最大？而奇A 核的就不一定？ 5-12．有没有α 稳定线？为什么？

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高考志愿填报建议大学专业解析--粒子物理与原子核物理

粒子物理与原子核物理 一、专业介绍 1、概述： 粒子物理与原子核物理是以国内外的大型高能物理实验为依托，从理论和实验上研究物质最基本的构成、性质及其相互作用的规律。其中也包括粒子物理探测新技术和新型探测器的研究；粒子物理理论研究中的计算物理新方法的开发和研究。这些研究将深化我们对物质世界更深层次基本规律的认识。在21 世纪，以兴建若干大科学工程为标志，国际上粒子物理与核物理学科正在继续蓬勃发展并面临着重大的突破，必将继续对各国的国防、能源、交叉学科等的发展起重要的推动作用。 2、研究方向： 粒子物理与原子核物理的研究方向主要有：01.理论核物理 02.实验核物理 03.高能物理与粒子物理 04.应用核物理 05.微机应用与核电子学 06.中子物理与裂变物理 07.核聚变与等离子体物理 08.非平衡态统计物理 （注：各大院校的研究方向有所不同，以北京大学为例） 3、培养目标：

本专业培养研究生具有量子场论、粒子物理、核物理和近代数学的坚实的理论基础和专门知识，掌握射线探测技术及利用计算机在线获取数据和分析数据的方法，或能使用计算机进行理论研究。了解该学科发展动态和前沿进展，能够适应我国经济、科技、教育发展需要，并具有独立从事该学科前沿研究和专业教学的能力。还应较为熟练地掌握一门外国语，能阅读本专业的外文资料，具有开拓进取严谨求实的科学态度和作风。 4、研究生入学考试科目： （1）101思想政治理论 （2 )201英语一 （3）603普通物理(含力学、热学、电磁学、光学)、604量子力学 （4）804经典物理(含电动力学、热力学与统计物理)、809原子核物理 报考本专业０１—０６研究方向方向考试科目③限考量子力学，考试科目④中经典物理、原子核物理任选一门；０７—０８研究方向考试科目③限考普通物理，考试科目④限考经典物理。 （注：各大院校的考试科目有所不同，以北京大学为例） 5、与之相近的一级学科下的其他专业： 理论物理、原子与分子物理、等离子体物理、凝聚态物理、070206声学、光学、无线电物理。 6、课程设置：（以中国科学技术大学为例）

原子核物理及辐射探测学 1-4章答案

第一章 习题答案 1-1 当电子的速度为18105.2-?ms 时，它的动能和总能量各为多少？ 答：总能量 ()MeV ....c v c m m c E e 92400352151101222 2=??? ??-=-==； 动能 ()MeV c v c m T e 413.011122=???? ??????--= 1-2.将α粒子的速度加速至光速的0.95时，α粒子的质量为多少？ 答：α粒子的静止质量 ()()()u M m M m e 0026.44940 .9314,244,224,20=?+=≈-= α粒子的质量 g u m m 23220 10128.28186.1295.010026.41-?==-=-=βα 1-4 kg 1的水从C 00升高到C 0100，质量增加了多少？ 答：kg 1的水从C 00升高到C 0100需做功为 J t cm E 510184.41001184.4?=??=?=?。 () kg c E m 1228521065.4100.310184.4-?=??=?=? 1-5 已知：()();054325239;050786238239238u .U M u .U M == ()()u .U M ;u .U M 045582236043944235236235==

试计算U-239,U-236最后一个中子的结合能。 答：最后一个中子的结合能 ()()()[]M e V .uc .c ,M m ,M ,B n n 774845126023992238922399222==?-+= ()()()[]MeV .uc .c ,M m ,M ,B n n 54556007027023692235922369222==?-+= 也可用书中的质量剩余()A ,Z ?： ()()()()MeV ....,n ,,B n 806457250071830747239922389223992=-+=?-?+?= ()()()()MeV ....,n ,,B n 545644242071891640236922359223692=-+=?-?+?= 其差别是由于数据的新旧和给出的精度不同而引起的。 1-6当质子在球形核里均匀分布时，原子核的库仑能为 RZZeEc024)1(53πε?= Z 为核电荷数，R 为核半径，0r 取m15105.1?×。试计算C13和N13核的库仑能之差。 答：查表带入公式得ΔΕ=2.935MeV 1-8 利用结合能半经验公式，计算U U 239236,最后一个中子的结合能，并与1－5式的结果进行比较。 答：()P sym C S V B A Z A a A Z a A a A a A Z B +??? ??----=--12 312322, 最后一个中子的结合能 ()()()[]2,1,,c A Z M m A Z M A Z S n n -+-= ()()()()[]()()A Z B A Z B c m Z A ZM m m Z A ZM n n n ,1.1,111,12+--?---+--+= ()()1,,--=A Z B A Z B 对U 236，144,236,92===N A Z 代入结合能半经验公式，得到

核物理与粒子物理导论chap_1_4-7 (3)

习 题 12-1．计算1GeV 的质子和1GeV 的197Au 的德布罗意波长。 12-2．讨论在反应中容许的角动量和宇称。已知π介子的自旋宇称是00π n n d π++→+?-，而且入射π--的能量很低。 12-3．(a) 说明π+π-系统只能处在轨道角动量量子数l=偶数而总同位旋T=0或2的态上, 或者l=奇数而T=1的态上。（b）说明π0π0系统只能在T=0或2的态上，因而l只能为偶数。 (c) 讨论π+π+系统可能的状态。） 12-4. (a) 产生Ω-的常用办法是采用p-p对撞，给出遵守所有强作用守恒定律的反应并 算出反应所需的阈能。(b) 给出用K -产生Ω-的反应并算出阈能。 12-5. 说明在采用过程产生超核时，如果将约500MeV/c的K介子入射到几乎静止的中子上并且在接近0度方向测到π介子，则产生的Λ??+→+π Λn K 00能量很低。在这种情 况下Λ0容易占据中子原来在核内的轨道。分析中子在初始状态的低能运动对超核的产生会有什么效应。 12-6．在衰变母体为静止的参照系中，计算每个衰变产物的动能： （a ） ; μνμπ+→+ + (b) ;πp 0?+→Λ(c) -0-K +Λ→Ω(d) 0π πK +→++12- 在衰变母体为静止的参照系中，计算每个衰变产物的最大动能： ;)(; )(; )(; )(0000K K d n c K b a L ++→++→Σ++→++→??+??+ωψυμνμππππωμμ 12-7．在下列反应中，计算出各射粒子的动能。假定式中第一个粒子以给出的动量入射到静止的第二个粒子上。 （a ） +?+→+πΣp K -GeV/c 2.1=i p (b) GeV/c 4.2n ρp π0=+→+?i p 12-8. 假定下列反应中前一粒子入射到静止的第二个粒子上，求反应的阈能： → ++→++??p p (b);K Ξp K (a)Υ n ωp π)(+→+? c 12-9. 用K -+n 12-10．分析下列衰变或反应违反了那些守恒定律。如果可能，指出这些过程通过什么相互作用仍能发生。

原子核物理知识点归纳

原子核物理重点知识点 第一章 原子核的基本性质 1、对核素、同位素、同位素丰度、同量异位素、同质异能素、镜像核等概念的理解。 （P2）核素：核内具有一定质子数和中子数以及特定能态的一种原子核或原子。 （P2）同位素：具有相同质子数、不同质量数的核素所对应的原子。 （P2）同位素丰度：某元素中各同位素天然含量的原子数百分比。 （P83）同质异能素：原子核的激发态寿命相当短暂，但一些激发态寿命较长，一般把寿命 长于0.1s 激发态的核素称为同质异能素。 （P75）镜像核：质量数、核自旋、宇称均相等，而质子数和中子数互为相反的两个核。 2、影响原子核稳定性的因素有哪些。（P3~5） 核内质子数和中子数之间的比例；质子数和中子数的奇偶性。 3、关于原子核半径的计算及单核子体积。（P6） R =r 0A 1/3 fm r 0=1.20 fm 电荷半径：R =（1.20±0.30）A 1/3 fm 核力半径：R =（1.40±0.10）A 1/3 fm 通常 核力半径＞电荷半径 单核子体积：A r R V 3033 434ππ== 4、核力的特点。（P14） 1.核力是短程强相互作用力； 2.核力与核子电荷数无关； 3.核力具有饱和性； 4.核力在极短程内具有排斥芯； 5.核力还与自旋有关。 5、关于原子核结合能、比结合能物理意义的理解。（P8） 结合能：),()1,0()()1,1(),(),(2 A Z Z Z A Z c A Z m A Z B ?-?-+?=?= 表明核子结合成原子核时会释放的能量。 比结合能（平均结合能）：A A Z B A Z /),(),(=ε 原子核拆散成自由核子时外界对每个核子所做的最小平均功，或者核子结合成原子核时平均每一个核子所释放的能量。 6、关于库仑势垒的理解和计算。（P17） 1.r>R ,核力为0，仅库仑斥力，入射粒子对于靶核势能V (r )，r →∞，V (r ) →0，粒子靠近靶核，r →R ，V (r )上升，靠近靶核边缘V (r )max ，势能曲线呈双曲线形，在靶核外围隆起，称为库仑势垒。 2.若靶核电荷数为Z ，入射粒子相对于靶核 的势能为：r Ze r V 2 0241 )(πε=，在r =R 处， 势垒最高，称为库仑势垒高度。

大学物理第六章 原子核物理 答案

第16章 原子核物理 一、选择题 1. C 2. B 3. D 4. C 5. C 6. D 7. A 8. D 二、填空题 1. 171076.1?，13 1098.1? 2. 2321)(c m m m -+ 3. 1.35放能 4. 9102.4? 5. 117.8 6. 2321`c h m m m -+ 7 . 67.5MeV ，67.5MeV/c ，22 1036.1?Hz 8. 121042.2-? 9. 1.49MeV 10. 115kg 三、填空题 1. 解：设从t =0开始做实验，总核子数为N 0，到刻核子数为N 由于实验1.5年只有3个铁核衰变，所以 1<<τt ，)1(0τ t N N -≈ t =0时，铁核总数为 31274 0106.310 66.1104.6?=??=-N t =1.5年时，铁核总数为 )1(300τ t N N N -≈-=由此解得 3131 00108.15.13 106.3?=??=-=t N N N τ年

设半衰期为T ，则当t =T 时有2/0N N =，由τ/0e t N N =得τ/e 21T = 所以， 31 311025.1693.0108.12ln ?=??==τT 年 2. 解：设氢核和氮核的质量分别为N H m m 、，被未知粒子碰撞后速度分别为v H 和v N ； 未知粒子的质量为m , 碰撞前速度为v ，与氢核碰撞后为v 1，与氮核碰撞后为v 2 未知粒子与氢核完全弹性碰撞过程满足关系 H H 1v m mv mv += 2H H 2122 12121v m mv mv += 未知粒子与氮核完全弹性碰撞过程满足关系 N N 2v m mv mv += 2N N 2122 12121v m mv mv += 联立~得 2N N 2 H H N H ) ()(m m m m m m E E ++= 带入数据，可解得 03.1H =m m 由其质量比值可知，未知粒子的质量与氢核的质量十分接近，另由于它在任意方向的磁场中都不偏转，说明它不带电．由此判断该新粒子是中子． 3. 解：与第一组粒子相对应的衰变能为 α1α12264.793MeV 4.879MeV 4222 A E K A ==?=- 与第二组粒子相对应的衰变能为 α2α2 2264.612MeV 4.695MeV 4222A E K A ==?=- 226 86Rn 的两能级差为 ()α1α2 4.879 4.695MeV 0.184MeV E E E ?=-=-= 光子的能量与此两能级差相对应，所以光子的频率为 619 19340.18410 1.60218910Hz 4.4510Hz 6.62610 E h ν--????===??

原子核物理课件第二章杨福家版

第2章核力与核结构 一、核力 ?（1）核力是强相互作用 ?质子之间库伦斥力反比于距离，而核内质子间距离非常小，但质子能紧密结合而不散开，说明新的作用力——核力的存在，且是吸引力。 ?一般核力约比库伦力大一百倍。

第2章核力与核结构 ?（2）核力的短程性和饱和性 ?结合能近似与A成正比，说明核力是短程力；?如果为长程力，一个核子能与核内其它每一个核子发生作用，那么核的结合能正比于核子的成对数A(A-1)，即正比于A2，与实验事实不符。?核力只作用于相邻核子，由于相邻核子数目有限，因此核力具有明显的饱和性。

第2章核力与核结构 ?（3）核力的电荷无关性 ?1932年海森堡假设：质子与质子之间的核力Fpp 和中子与中子之间的核力Fnn以及质子与中子之间的核力Fpn都相等，称为核力的电荷无关性。?利用同位旋概念，质子和中子是一种粒子的两种 不同电荷态，同位旋都为1/2，而同位旋第三分量分别为1/2和-1/2。

第2章核力与核结构 ?（4）核力与自旋有关 ?利用氘核的基态性质，由一个质子和一个中子组成 的最简单核子束缚态，其自旋和宇称为，其 自旋为两个核子的总自旋和相对轨道角动量之和。 + =1 π I 3 S1 3 P1 3 D1 1 2 1 1 P110 状态LS

第2章核力与核结构 ?由于氘核基态宇称为正，只能是3S1+3D1态的混合，即有S=1的自旋三重态组成，不存在自旋单态的氘核，核力将使质子和中子倾向于处在自旋平行的态。 ?（5）非中心力成分 ?氘核基态可以是3S1+3D1的混合态，其中3S1态约占96%，3D1态约占4%。 ?核力是以中心力为主，混有少量的非中心力。

物理参考书目

(转载)物理参考书推荐 来源：张天一Albert的日志 学完了物理系的前三年课程之后，除了学到的方法和知识，最大的感慨来自于对我科的课本。记得当年大一时听师兄讲学习经验，有位师兄说到，科大出的教材的最大特点就是三个字：看不懂。现在我深有同感。 科大物理学院整体实力很好很强大，但在教材编排上却不尽人意。个人感觉我科教材问题在于： 1 组织欠佳，总是想在一开始就讲的足够深足够广，行文上循序渐进性不够，常常给初学者造成不必要的困难； 2 缺乏例证，课本中例子太少，仅有的例子常常没什么技术含量，对概念理解和完成作业帮助很有限； 3 可读性差，如果一件事有若干种阐述方式，我科教材常常选择最晦涩的那种； 4 印制粗糙，学校的物理书要么纸张像草纸，要么排版不好，或是二者兼有。 经常有师弟师妹抱怨学校的物理书看不懂。我觉得主要原因在于作者而不是读者。不过，当课本看不懂时，最好的办法不是放弃在这门课上的努力，而是换一本课本。这也是我三年来屡试不爽的办法。一本好的课本不但可以帮助理解概念、

形成能力或是应对考试，更重要的是，一本好的课本可以极大的节约在一门课上花费的时间，而在这些事件里可以做很多自己想做的事，可以是学术、睡觉、腐败，或是打球、刷片、吃串，也可以是打牌、K歌、DOTA，或是花前月下，卿卿我我...总之，一本好教材可谓善莫大焉，下面是我自己学习过程中总结的各种好教材以及对其的评价。 置顶：《费恩曼物理学讲义》 普通物理学： 力学《力学》漆安慎 电磁学《电磁学》赵凯华 热学《热力学与统计物理》汪志诚 光学《光学》赵凯华 原子物理学《原子物理学》杨福家 理论物理学：

东北大学应用物理学专业分流方案

应用物理学专业分流方案 应用物理专业拟分为三个专业方向：1、“钱三强”英才班，2、应用物理 学（激光及光电技术方向班），3、应用物理学（半导体及传感技术方向班）。这三个方向分别对应一个自然班。具体介绍如下： 1、“钱三强”英才班，该英才班为中国科学院高能物理研究所与东北大学理学 院联合举办，每年中国科学院高能物理研究所有固定经费支持，且东北大学也投入资金大力支持用于鼓励英才班学生开展高水平科学研究。合作双方有志于共同培养对物理学及其前沿交叉学科等感兴趣并且立志从事相关领域方向研究的本科生，为我国大科学工程建设、为相关研究领域与单位输送优秀的拔尖创新人才。 推荐选修课程：广义相对论导论，核物理与粒子物理导论，凝聚态理论（量子力学II，热力学与统计物理II），专业外语，Linux平台下科学工具的开发与应用 2、应用物理学（激光及光电技术方向班），该方向以物理为基础，侧重培养在 激光及相关应用领域具有专门知识，且能在相关领域从事科研、教学、工程技术管理等工作的高级人才。 推荐选修课程：光电子技术，激光物理，光电检测技术，信息光学基础，专业外语，半导体物理 3、应用物理学（半导体及传感技术方向班），该方向以物理为基础，侧重培养 在微电子及相关领域从事科研、教学及技术管理等工作的高级人才。 推荐选修课程：半导体物理，半导体器件，超导物理，磁学与应用技术，Linux平台下科学工具的开发与应用，芯片制造原理，单片机原理及接口技术，专业外语，传感器技术与应用 注：虽然分方向，但专业课程任然可以任意选择，各方向也可以交叉选择课程。 总体原则：选择原则与专业分流原则一致。 特别说明： 基于班型限制，可能有同学未能选到理想方向，在后期学期过程中也可以选择自己感兴趣的方向的课程，并不会强制要求选择相应班级推荐课程。

原子核物理-第一章

原子核物理 第一章 原子核的基本特 性
华南理工大学电力学院

前言
? 原子核物理作为物理学的一个分支，主要研究 物质结构的一个层次，这个层次介于原子和粒 子物理层次之间，称之为原子核 ? 通常原子被分为处于原子中心的原子核及绕核 运动的核外电子两部分，核外电子的运动构成 原子物理学的主要内容，而原子核的运动特性 就成了原子核物理学的主要研究对象

前言
? 元素的化学、物理性质和光谱特性基本 上只与核外电子有关，而放射现象则归 因于原子核 ? 原子核物理是研究物质结构的一个层次 的基本学科，主要研究这一层次是由什 么组成，这些组成是怎样运动，相互之 间的作用等

内容
? ? ? ? ? ? ? 原子核的组成 原子核的大小（半径） 原子核的结合能和半经验公式 原子核的自旋和统计性 原子核的磁矩 原子核的电四极矩 原子核的宇称

1.1 原子核的组成
? 卢瑟福于1911年提出了原子的核式模型
– 正电荷和原子质量集中在原子中心r<10-12 cm的小范围内，这就是原子核 – 核外电子在核的库仑场中运动，这种核式结 构决定了原子的性质
? 原子核的大小只有原子大小的万分之 一，但却占了原子质量的99.9%以上

1.1 原子核的组成
? 因为原子是电中性，所以原子核的带电 量必定等于核外电子的总电量，且二者 符号相反 ? 假设原子的原子序数为Z则核外电子数 为Z，原子核的电量为Ze，通常Z也叫做 核的电荷数

智慧树知到《原子核物理》章节测试答案

第一章 1、原子的质量单位叫做碳单位 对 错 答案: 对 2、质子和中子的轨道角动量的矢量和就是原子核的自旋对 错 答案: 对 3、原子中的电子磁矩比核的磁矩小 对 错 答案: 错 4、长椭球形原子核具有负的电四极矩 对 错 答案: 错 5、在经典物理中存在宇称概念 对 错 答案: 错 6、质子和中子不是点状结构

对 错 答案: 错 7、核子之间的主要作用是库仑力 对 错 答案: 错 8、原子核的磁矩包含 质子的磁矩 中子的磁矩 电子的磁矩 答案: 质子的磁矩,中子的磁矩 9、下列说法正确的是 原子核是球形的 核内电荷分布半径就是质子分布的半径 核的电荷分布半径比核力作用半径大 电子在核上散射的角分布是核内电荷分布的函数答案: 核内电荷分布半径就是质子分布的半径10、下列说法正确的是 原子核的形状是长椭球形的 电四极矩多数是负值 利用原子核本身能级间的跃迁可以测出电四极矩

大多数原子核是球形的 答案: 利用原子核本身能级间的跃迁可以测出电四极矩11、下列说法正确的是 宇称是微观物理领域中特有的概念 在一切微观过程中宇称是守恒的 原子核是由中子、质子、电子组成的微观体系 经典物理中存在宇称 答案: 宇称是微观物理领域中特有的概念 12、下列说法正确的是 质子和中子具有内部结构 自旋为整数的粒子叫费米子 自旋为半整数的粒子叫玻色子 电子、质子、中子的自旋为整数 答案: 质子和中子具有内部结构 13、为什么会产生超精细结构 核自旋与电子的总角动量相互作用 核自旋与电子自旋相互作用 质子的轨道角动量与电子的总角动量相互作用 质子的轨道角动量与电子自旋相互作用 答案: 核自旋与电子的总角动量相互作用 14、下来说法错误的是 对于两核子体系，总同位旋是两个核子同位旋的矢量和

物理学院系物理学专业

物理学院（系）物理学专业 2017级本科培养方案 一、培养目标 本专业培养德才兼备，具有领袖气质和家国情怀，拥有物理学的知识背景和学科交叉能力、具有国际视野的复合型拔尖创新人才。本专业分为普通班和基地班，都必须掌握扎实全面的物理学基础知识。普通班经过本专业的四年培养，学生将掌握扎实的物理学基础知识和数理分析能力，具备良好的实验技能和数据分析能力，有潜力成为国家社会发展中的领军人物。基地班以培养未来的科学家为目标，经过四年的专业培养，学生将跻身学科研究前沿，有成为科研新锐的实力和素质。 二、培养规格和要求 本专业为学制四年的大学本科专业。要求学生完成所有必修课、一定的专业选修课和公共选修课，并符合下列条件： 1. 系统地掌握物理基础理论、基本知识和实验技能，了解物理学的新成就和发展方向，能熟练使用计算机，能较熟练地掌握一门外语。 2. 具有一定的科学研究能力，有参加科研实践的体验，有较强的自学能力、分析问题和解决问题的能力。 3. 德、智、体、美全面发展，具有优秀的道德品质和综合素质，拥有扎实的物理学专业知识和技能。 4. 热爱祖国，热心为社会服务，树立为国为民的远大志向，承担时代赋予的责任。 5. 具有国际化的视野和领袖气质，有成为行业精英和领军人才的潜质。

三、授予学位与修业年限 按要求完成学业者授予理学学士学位。修业年限：4年。 五、专业基础课程 六、专业核心课程

七、专业特色课程： 国家精品课程：电动力学 八、专业课程设置及教学进程计划表（见附表一） 九、专业学分学时分布情况表（见附表二） 十、专业实践教学环节一览表（见附表三） 十一、辅修、双专业、双学位教学进程计划表（参考附表四）附表一：物理学专业课程设置及教学计划 1包含政治理论社会实践活动2个学分。

西南科技大学--最新-原子核物理及辐射探测学-1-10章答案

西南科技大学 原子核物理与辐射探测学1-10章课后习题答案 第一章 习题答案 1-1 当电子的速度为18105.2-?ms 时，它的动能和总能量各为多少？ 答：总能量 ()MeV ....c v c m mc E e 92400352151101222 2=??? ??-=-==； 动能 ()MeV c v c m T e 413.011122=???? ??????--= 1-2.将α粒子的速度加速至光速的0.95时，α粒子的质量为多少？ 答：α粒子的静止质量 ()()()u M m M m e 0026.44940 .9314,244,224,20=?+=≈-= α粒子的质量 g u m m 23220 10128.28186.1295.010026.41-?==-=-=βα 1-4 kg 1的水从C 00升高到C 0100，质量增加了多少？ 答：kg 1的水从C 00升高到C 0100需做功为 J t cm E 510184.41001184.4?=??=?=?。 () kg c E m 12285 21065.4100.310184.4-?=??=?=? 1-5 已知：()();054325239;050786238239238u .U M u .U M == ()() u .U M ;u .U M 045582236043944235236235==

试计算U-239,U-236最后一个中子的结合能。 答：最后一个中子的结合能 ()()()[]MeV .uc .c ,M m ,M ,B n n 774845126023992238922399222==?-+= ()()()[]MeV .uc .c ,M m ,M ,B n n 54556007027023692235922369222==?-+= 也可用书中的质量剩余()A ,Z ?： ()()()()MeV ....,n ,,B n 806457250071830747239922389223992=-+=?-?+?= ()()()()MeV ....,n ,,B n 545644242071891640236922359223692=-+=?-?+?= 其差别是由于数据的新旧和给出的精度不同而引起的。 1-6当质子在球形核里均匀分布时，原子核的库仑能为 RZZeEc024)1(53πε?= Z 为核电荷数，R 为核半径，0r 取m15105.1?×。试计算C13和N13核的库仑能之差。 答：查表带入公式得ΔΕ=2.935MeV 1-8 利用结合能半经验公式，计算U U 239236,最后一个中子的结合能，并与1－5式的结果进行比较。 答：()P sym C S V B A Z A a A Z a A a A a A Z B +??? ??----=--12 312322, 最后一个中子的结合能 ()()()[]2,1,,c A Z M m A Z M A Z S n n -+-= ()()()()[]()()A Z B A Z B c m Z A ZM m m Z A ZM n n n ,1.1,111,12+--?---+--+= ()()1,,--=A Z B A Z B 对U 236，144,236,92===N A Z 代入结合能半经验公式，得到

核物理与粒子物理导论教学大纲

《核物理和粒子物理导论》课程教学大纲 一、课程基本信息 1、课程代码：PH337 2、课程名称（中文）：核物理与粒子物理导论 课程名称（英文）：An Introduction to Nuclear and Particle Physics 3、学时/学分：48/3 4、先修课程：基础力学、电磁学、高等数学、数学物理方法、原子物理学 5、面向对象：物理系三年级或同等基础各专业学生 6、开课院（系）、教研室：物理与天文系粒子与核物理研究所 7、教材、教学参考书： 教材： 低能及中高能原子核物理学，程檀生钟毓澍编著，北京大学出版社，1997。参考书： a.Das and T. Ferbel, Introduction to Nuclear and Particle Physics (2nd Edition), (World Scientific, New Jersey, 2003) b.Particle Physics, by Nai-Sen Zhang (Science Press, 1986) (《粒子物理学》，章 乃森著，科学出版社，1986) 二、课程性质和任务 本课程教学目的是使学生掌握核物理与粒子物理的基本概念，了解核物理与粒子物理的一些最新发展动向。本课程属专业选修课程，适用物理系三年级或以上各专业学生。在整个课程讲解之中，强调基本的物理概念，并将随时插入目前国际上相关领域的研究进展和前沿问题，以使学生通过本课程的学习，对核物理与粒子物理相关的研究领域现状有一个了解。 三、教学内容和基本要求 第一章：概述 1）物质的结构层次 2）核物理与粒子物理的发展简史 3）自然单位 第二章：原子核的基本性质 1）综述

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129 习 题 6-1．利用核素质量，计算的β 谱的最大能量。 He H 3 231→m E 6-2．既可产生衰变，也可产生K 俘获，已知的最大能量为1.89 MeV ，试求K 俘获过程放出的中微子的能量。 V 4723β+β+E v 6-3．样品中含RaE 4.00 mg ，实验测得半衰期为5.01d ，放出β 粒子的平均能量为0.337 MeV ，试求样品的能量辐射率W 。 6-4．设在标准状态下的2.57 cm 3的氚气样品中，发现每小时放出0.80 J 的热，已知氚的半衰期为12.33 a ，试求：衰变率D ；()β 粒子的平均能量()a b E β；()c E β与β 谱的最大能量之比m E E β/。 m E 6-5．的衰变能＝0.87 MeV ，试求的反冲能。 Li Be 73K 7 4 →d E Li 73R E 6-6．32P 的β 粒子最大能量＝1.71 MeV ，计算放出β 粒子时原子核的最大反冲能和发射中微子时核的最大反冲能。 m E E Re v E R 6-7．放射源有：(两组电子，其最大能量和分支比为0.69 MeV ，16%和1.36 MeV ，16％，后者为相应至基态之衰变；(两组电子，其最大能量和分支比为0.92 MeV ，25％和1.53 MeV ，2.8％，后者为相应至基态之衰变；(两组单能中微子：1.93 MeV ，38％和2.54 MeV ，2.2％。试作出的衰变纲图，并求该放射源所放出的γ 射线的能量。（已知Ge 的K 电子结合能为≈0.01 MeV 。） As 7433)a β?Se 7434)b β+Ge 7432)c As 7433 6-8．计算24Na 的衰变的β 粒子最大能量，为什么在实验中没有观察到达这组能量的β 粒子？ β?m E 6-10．对于，查表得，并已知子核的能级特性为0Ca Sc 4220s 68.04221 + →β3.3m 10),(=E Z f + 。试求log 值，并以此判断母核的能级特性。 fT 12/ 6-11．由磁谱仪测得32P 的β 谱的实验数据如下：强度正比于单位H ρ间隔的电子数。 B ρ×103 / T ?m 强 度 (相对单位) B ρ×103 / T ?m 强 度 (相对单位) 0.5 14 4.0 91 1.0 27 4.5 82 1.5 42 5.0 68

核导复习提纲

《核与粒子物理导论》期终复习要点(2005，12) 第二章，相对论运动学 正确运用洛仑兹变换解决实验室系和动量中心系相对论性粒子碰撞运动学的变换关系：1，多粒子系统的不变质量；2，粒子反应过程的阈能；3，运用能动量守恒解决碰撞末态粒子在两个特定参考系中能量、动量之间的关系；4，。完成并搞懂本章指定的习题 第三章，核与粒子的基本特性 3－1，理解不稳定粒子的总能量用(Е0－iГ/2)表示的物理含义。长寿命粒子（例如Ф介子）和短寿命粒子（例如J粒子）衰变末态粒子的不变质量谱的形状有什么区别？ 3－2，原子光谱的精细和超精细劈裂的物理机理？它们劈裂的间隔的量级各约为多大？ 3－3，原子核的自旋与原子光谱的超精细劈裂有那些关系？ 3－4，如何通过核磁共振的方法来测量原子核的磁矩，原子的磁矩和原子核磁矩分别用什么标准磁子来表示？它们之间的大小有什么差别? 3－5,原子核的电四极矩与原子核的形状有什么联系？ 3－6，实验测量中子电偶极矩的装置和原理，为甚么到现在人们还对粒子电偶极矩的测量有极大的兴趣。对其测量有何重要的物理意义？ 3－7，完成并搞懂本章指定的习题 第四章，核与粒子的非点结构 4－1，粒子分为哪三大类，说明它们在结构、相互作用和自旋方面各有什么特征？举出每类粒子的基本成员。 4－2画出量子场论中描述类点粒子相互作用的基本图示，写出相互作用传播子因子的基本形式。说明图示的物理意义和传播子因子中各参数的物理意义。说明亚原子的三种相互作用过程的截面或者衰变几率的差别以及这种差别的内在的物理原因。 4－3，核结构的形状因子的定义，实验上如何测量形状因子？什么是弹性散射？探测核与粒子的电磁形状因子的最佳探针是什么？ 4－4，类空散射过程的四动量传递平方的定义，微分截面的定义，弹性散射对极角的依赖关系? 4－5，质子和中子的磁矩的实验值是多大（用核磁子表示）其g－因子分别取什么值？它给人们关于核子结构的什么启示？ 4－6，电子与原子核的弹性散射为人们提供原子核电荷分布的哪些重要信息（电荷密度分布、电荷分布的方均根半径。。。） 4－7，高能电子与核子的弹性散射和深度非弹性散射的区别？前者给出核子电磁分布的哪些重要信息？后者给出核子结构的哪些重要信息？ 4－8，叙述检验电子等带电轻子为类点粒子的实验；在目前实验精度范围内电子的线度小于多少米？ 4－9，完成并搞懂本章指定的习题 第五章，守恒定律及其应用 5－1，叙述系统的能量守恒、动量守恒和角动量守恒分别与系统在哪些变换下的不变性相联系？写出它们的对称么正变换U的形式。 5－2，说明一个自旋为3/2的亚原子系统在引入外磁场B的前后系统在空间转动变换下的对称性有何差别？ 5－3，同位旋守恒量子数是怎样引入的，它是那类粒子的守恒量子数？同一同位旋多重态的成员必须具有什么必要的条件？ 5－4，将你所知道的介子和重子按同位旋多重态组合。

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166 习 题 7-1．原子核69Zn 处于能量为436 keV 的同核异能态时，试求放射γ 光子后的反冲动能E R γ和放射内转换电子后的反冲动能E Re 。若69Zn 处于高激发态，可能发射中子，试求发射能量为436keV 中子后的反冲能E Rn 。(已知K 层电子的结合能为9.7keV 。) 7-2．试计算1μg 重的137Cs 每秒放出多少个γ 光子。(已知137Cs 的半衰期为30.17a ， β衰变至子核激发态的分支比为93%，子核γ 跃迁的内转换系数分别为αK =0.0976， K L =566.，260.0=L M 。) 7-3．放射源衰变至的激发态，然后接连通过两次γ 跃迁至基态。由β磁谱 仪在曲率半径为20cm 处测得此放射源的内转换K 电子的峰与场强0.02575，0.02166 T 对应。已知Ti 的K 电子结合能为5.0keV ，试求γ 跃迁的能量。 Sc 46 21β?Ti 4622 7-4．实验测得有两组βSb 12051()a +电子：0.52 MeV ，=5.5；1.70 MeV ，=4.5。后者为相应至基态之跃迁。一条γ 射线，其能量为1.181MeV ，属E 2型。已知基态的自旋和宇称为0log /fT 12log /fT 12Sn 120 50()b Sn 120 50+，试画出衰变纲图，并标出各能级的自旋和宇称。 7-5．设一核有大致等距分布的四条能级，其能级特性从下至上依次为21+，29+，23-，2 9-。试画出能级图，标明最可能发生的跃迁类型。 7-6．通过K 俘获衰变至的激发态，后者跃迁至基态时，放出一系列γ 光子或内转换电子。由β 磁谱仪测得22条内转换电子谱线（见下表） 。试确定所放出的γ 光子的能量，并画出的能级图。 (已知K ，L ，M 层电子的结合能分别为11.9、1.5和0.2keV 。) Se 7534As 75 33As 7533内转换电子能量(keV)（带*者发生在K 层) 23.2 95.3 186.9 293.4 24.4 96.5 197.2 303.4 54.3 109.4* 253.3 390.0 64.6 124.3 263.6 400.5 68.9* 134.7 268.2 85.0 136.0 278.5 7-7．对于下列γ 跃迁，已知跃迁类型和始态的能级特性，试求末态的能级特性：（i ） ；(ii)；(iii) ；(iv) ；(v) 。 ?→?+11E ???→?+?322E M ?→?+24E ??→?++211E M ?→ ?+30M 7-8．已知60Co 几乎全部经容许型衰变至?β60Ni 的激发态，而后经级联两次E 2跃迁至基态，试画出衰变纲图，并求图中各能级的自旋和宇称。 166

卓顶精文最新原子核物理第二版-习题答案-杨福家-复旦大学出版社.docx

第一章 1-3.试计算核素He和Li，并对比结合能之差别作讨论。 1-4.试计算ZY，ZY，ZY，三个核素的中子分离能；比较这三个分离能，可得出 什么重要结论？ 1-5.求出U的平均结合能；如果近似假定中等质量原子核的平均结合能为8.5MeV，试估计一个U核分裂成两个相同的中等原子核时，能放出多少能量？

1-6.试由质量半经验公式，试计算Ca和Co的质量，并与实验值进行比较。 1-7.利用质量半经验公式来推导稳定核素的电荷数Z与质量数A的关系式，并与β稳定线的经验公式作比较？ 1-8.试利用镜核（A相同，中子数N和质子数Z互换的一对核）N和C质量差以及质量半经验公式来近似估算原子核半径参量Y。

1-11.在核磁共振法研究原子Mg的基态（=5/2+）的磁特性实验中，当恒定磁场的强度=5.4Gs以及高频磁场的频率为v=1.40MHz时，发现了能量的共振吸收，试求gI因子及核磁矩。 1-12.假定核电荷Ze均匀分布在两个主轴分别为a和c（c沿对称轴）的旋转椭球内，试推导公式（1.6.6）。（Q=Z（-））

第二章 2-1.核力有哪些主要性质？对每一种性质，要求举一个实验事实。

2-3.试计算从中取出一个质子所需的能量；并进行比较，从中可得出什么结论？ 2-4.由质量半经验公式估算和的基态质量差，并与实验值比较。（Y0取1.4fm） 2-5.根据壳层模型决定下列一些核的基态自旋和宇称： ，，，，，，，

2-6.实验测得的最低三个能级Iπ为3/2-（基态），1/2-和3/2+；测得的最低4个能级的Iπ为3/2-（基态），5/2-，1/2-和7/2-，试与单粒子壳模型的预言相比较，并对比较结果作出定性说明。 第三章 3-1.一个放射性核素的平均寿命为10d，试问经过5天衰变的数目以及在第五天内发生衰变的数目是原来的多少（百分比）？ 3-2.已知1mg每分钟放出740个α粒子，试计算1g的放射性强度 （T=4.5Y10^9年）。 3-3.是重要医用放射性同位素，半衰期为5.26年，试问1g的放射性强度？100mCi的钴源中有多少质量Co？

2.粒子束与物质相互作用和粒子的探测

第二章 粒子束与物质相互作用和粒子的探测 前一章描述粒子束，其中有光子束、电子束，μ子束和各种介子束。还有质子，α粒子和各种被加速的重离子束。人们利用各种粒子束做为研究亚原子的探针，它们和亚原子粒子碰撞，形成末态的各种粒子携带着亚原子内部结构以及亚原子之间相互作用的信息。为了记录和辨认这些末态粒子，了解它们的行为，必须借助于各种各样的粒子探测器。各种探测器的原理是基于对粒子与物质相互作用产生的各种物理或化学效应的观测。例如带电粒子在感光胶片引起的电离效应，进而导致胶片的“感光”。借助于胶片Becquerel 首先发现了神秘的放射性。随后各种各样的乳胶片成为亚原子物理实验中的一种重要的探测器。带电粒子使验电器箔电极附近空气电离导致验电器的充电。M.Curie 借助于象限静电计发现了比铀具有更强放射性的钋和镭。本章首先介绍各种粒子束与物质相互作用，在这基础上介绍一些重要的粒子探测器和探测器谱仪。 §2.1 粒子与物质相互作用 2.1.1 带电粒子的比电离损失 电荷为ze ，质量为M 的粒子以速度V 通过介质),(A Z (分别为介质原子的原子序数和质量数)。粒子与介质中的电子(每克物质含的电子数为A ZN avo )发生库仑碰撞，并将部分动能传递给核外电子，介质原子被电离或者激发。入射的带电粒子损失部分能量。 1． 重带电粒子(质量比电子质量大得多的带电粒子)的比电离损失 用经典方法或者量子力学方法可以求得，重带电粒子穿过厚度为dx 的介质层，与介质原子电子的碰撞所丢失的能量可以用Bethe-Bloch 公式来描述： ????????????????=?22ln 21122max 22222δβγββI T c m A Z kz dx dE e (2.1) )/(/2cm g MeV dx dE ?称为带电粒子的比电离损失(粒子在单位质量厚度的介质中损失的能量)其前面的负号表示粒子的能量不断减小。224c m r N k e e avo π=，是由普适常数阿佛加德罗常数avo N ，电子的经典半径e r ，电子的质量e m 组成，其数值 )(30705.02cm mol MeV k ??=；V c β=是入射带电粒子的相对论速度，

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112 习 题 5-1．实验测得210Po 的α 粒子能量为5301 keV ，试求其衰变能。 5-2．利用核素质量，计算226Ra 的α 衰变能和α 粒子的动能。 5-3．Bi 衰变至T1，有两组α 粒子，其能量分别为E （α83211812070）＝6621 keV ，E （α1） =6274 keV 。前者相应为母核基态衰变至子核基态；后者相应为母核基态衰变至子核的激 发态。试求子核 T1激发态的能量，并画出此衰变纲图。 81207 5-4． Po α 衰变至Pb ，已知α 粒子的动能E 8421882214k 为5.988 MeV ，试计算反冲核Pb 82214 的动能，并求出α 衰变能E d 。 5-5．一块重为半公斤的核燃料纯239Pu ，试计算这块核燃料存放时由于α 衰变放出的 功率为多少瓦（W ）？ 5-6．试计算α 粒子对于Ne ，Sn ，U 的库仑势垒，设r 102050112922380＝1.45fm 。 5-7．已知ThC ′（Po ）对于基本α 粒子组（E 212 840＝8.785 MeV ）的半衰期为3×10-7s ， 试计算激发核ThC ′对于发射长射程α 粒子（E 3＝10.55 MeV ）的平均寿命，在计算时假定α 粒子碰撞势垒的次数，在激发核内和在非激发核内都是相同的。 5-8．试计算：（i ）223Ra 发射14C 的动能E k 和库仑势垒V C ； （ii ）53m Co 发射质子的动能E k 和库仑势垒V C 。 5-9．利用结合能的半经验公式，推导出原子核发射质子的衰变能随Z ，A 变化的关系式。 5-10．为什么能量低于2MeV 和高于9MeV 的α 放射性很少见？ 5-11．为什么基态偶偶核α 衰变时能量最大的α 粒子强度最大？而奇A 核的就不一定？ 5-12．有没有α 稳定线？为什么？ 112