原子核

一、原子核的组成

• 卢瑟福发现质子（$\alpha$ 轰氮）
• 查德威克发现中子
• 原子核：${}_Z^{A}X$，$Z$ 质子（原子）数，$A$ 质量数，$N=A-Z$ 中子数
• 同位素：同 $Z$、不同 $N$

二、放射性元素的衰变

• 三种射线：

  种类	组成	电性	电离	穿透
  $\alpha$	${}_2^4\text{He}$	+2e	最强	最弱
  $\beta$	${}_{-1}^{0}e$	-e	中	中
  $\gamma$	光子	0	最弱	最强

• α衰变：${}_Z^{A}X{\to }_{Z-2}^{A-4}Y{+}_2^4\text{He}$

• β衰变：${}_Z^{A}X{\to }_{Z+1}^{A}Y{+}_{-1}^{0}e$（本质：中子→质子+电子）

• γ衰变：伴随α/β发出，能量释放

• 半衰期：半数核衰变时间 $T_{1/2}$，由核本身决定，与外部无关 $N=N_0{\left(\frac{1}{2}\right)}^{t/T}$

三、核力与结合能

• 核力：强相互作用（短程）、与电荷无关、饱和
• 质能方程： $E=m{c}^2$ 质量亏损：$\Delta E=\Delta m\cdot c^2$
• 结合能：把核拆开需要的能量；比结合能 = 结合能/A，越大核越稳定（Fe 峰值）

四、核裂变和核聚变

• 核裂变：重核分裂，典型 ${}^{235}\text{U}$ 受中子轰击→裂变 + 中子连锁 → 原子弹、反应堆
  • 控制：镉棒吸收中子（可控链式反应）
• 核聚变：轻核合成（氢弹、太阳）→ 需高温（热核反应）
  • 目前还未实现可控商用（托卡马克、惯性约束）

五、基本粒子

• 基本分类：强子（参与强相互作用，质子、中子、介子）、轻子（电子、中微子，不参加强相互作用）、传播子（光子、胶子）
• 夸克模型：强子由 6 种夸克组成（上、下、奇、粲、底、顶），$1/3e$ 或 $2/3e$