核物理专业实验

实验1：核衰变的统计规律

实验目的

1．了解并验证原子核衰变及放射性计数的统计性。 2．了解统计误差的意义，掌握计算统计误差的方法。 3．学习检验测量数据的分布类型的方法。

内容

1．在相同条件下，对某放射源进行重复测量。画出放射性计数的频率直方图，并于理论正态分布曲线作比较。

2．在相同条件下，对本底进行重复测量，画出本底计数的频率分布图，并与理论泊松分布图作比较。

2

3．用ｘ检验法检验放射性计数的统计分布类型。

原理

在重复的放射性测量中，即使保持完全相同的实验条件，每次的测量结果并不完全相同，而是围绕着其平均值上下涨落，有时甚至有很大的差别。这种现象就叫做放射性计数的统计性。放射性计数的这种统计性反映了放射性原子核衰变本身固有的特性，与使用的测量仪器及技术无关。

1. 核衰变的统计规律

放射性原子核衰变的统计分布可以根据数理统计分布的理论来推导。放射性原子核衰变的过程是一个相互独立彼此无关的过程，即每一个原子核的衰变是完全独立的，和别的原子核是否衰变没有关系，而且哪一个原子核先衰变，哪一个原子核后衰退变也纯属偶然的，并无一定的次序，因此放射性原子核的衰变可以看成是一种伯努里试验问题。设在t?0时，放射性原子核的总数是

N0，在t时间内将有

实验1：核衰变的统计规律

实验目的

1．了解并验证原子核衰变及放射性计数的统计性。 2．了解统计误差的意义，掌握计算统计误差的方法。 3．学习检验测量数据的分布类型的方法。

内容

1．在相同条件下，对某放射源进行重复测量。画出放射性计数的频率直方图，并于理论正态分布曲线作比较。

2．在相同条件下，对本底进行重复测量，画出本底计数的频率分布图，并与理论泊松分布图作比较。

2

3．用ｘ检验法检验放射性计数的统计分布类型。

原理

在重复的放射性测量中，即使保持完全相同的实验条件，每次的测量结果并不完全相同，而是围绕着其平均值上下涨落，有时甚至有很大的差别。这种现象就叫做放射性计数的统计性。放射性计数的这种统计性反映了放射性原子核衰变本身固有的特性，与使用的测量仪器及技术无关。

1. 核衰变的统计规律

放射性原子核衰变的统计分布可以根据数理统计分布的理论来推导。放射性原子核衰变的过程是一个相互独立彼此无关的过程，即每一个原子核的衰变是完全独立的，和别的原子核是否衰变没有关系，而且哪一个原子核先衰变，哪一个原子核后衰退变也纯属偶然的，并无一定的次序，因此放射性原子核的衰变可以看成是一种伯努里试验问题。设在t?0时，放射性原子核的总数是

N0，在t时间内将有

1、能否产生可控伽马源？

由α、β衰变产生的子核往往处于激发态，而后可通过发射伽马射线或内转换电子释放多余的能量而退激到基态激发态的原子核通过发射γ射线而退激到较低能级或基态的过程，称为伽马跃迁，或称伽马衰变。

能够产生伽马射线的装置就称为伽马源，由人工或天然放射性同位素制成。人工产生一般是利用高能基本粒子或是光子撞击原子核产生人工放射性核素，再通过核素的核反应来放出γ射线。主要方法有：带电粒子撞击（如电子）、快速中子撞击、热中子撞击、高能伽马射线撞击。

在油田广泛使用的测井仪器中,属于伽玛—伽玛测井范畴的补偿密度和岩性密度测井仪是岩性孔隙度测井系列中的主要仪器，对地层密度的测量精度很高。它们与中子测井等组合,在确定地层孔隙度、判断岩性、确定地层的泥质含量和解决与泥质含量有关的铀矿地质问题，进行地层对比，跟踪射孔，寻找放射性矿物等方面发挥了重大作用。

国内使用的伽马源基于成本考虑一般都是不可控的，但是在越来越国际化的今天，不可控的伽马源的使用受到限制，而且核测井仪器所用的伽马源是一种能产生对生态环境及人类身体有极大损害的放射性物质,因此国家对放射源的使用有着非常严格的规定,用可控式放射源替代现有井下测井仪所用化学放射源,将避免放射源对人体的损

1、能否产生可控伽马源？

由α、β衰变产生的子核往往处于激发态，而后可通过发射伽马射线或内转换电子释放多余的能量而退激到基态激发态的原子核通过发射γ射线而退激到较低能级或基态的过程，称为伽马跃迁，或称伽马衰变。

能够产生伽马射线的装置就称为伽马源，由人工或天然放射性同位素制成。人工产生一般是利用高能基本粒子或是光子撞击原子核产生人工放射性核素，再通过核素的核反应来放出γ射线。主要方法有：带电粒子撞击（如电子）、快速中子撞击、热中子撞击、高能伽马射线撞击。

在油田广泛使用的测井仪器中,属于伽玛—伽玛测井范畴的补偿密度和岩性密度测井仪是岩性孔隙度测井系列中的主要仪器，对地层密度的测量精度很高。它们与中子测井等组合,在确定地层孔隙度、判断岩性、确定地层的泥质含量和解决与泥质含量有关的铀矿地质问题，进行地层对比，跟踪射孔，寻找放射性矿物等方面发挥了重大作用。

国内使用的伽马源基于成本考虑一般都是不可控的，但是在越来越国际化的今天，不可控的伽马源的使用受到限制，而且核测井仪器所用的伽马源是一种能产生对生态环境及人类身体有极大损害的放射性物质,因此国家对放射源的使用有着非常严格的规定,用可控式放射源替代现有井下测井仪所用化学放射源,将避免放射源对人体的损

此文档包含原子核物理的十套试卷,老师们出题一般和这十套题的内容相仿或是相同,可以作为复习备考的参考资料,建议收藏。

原子核物理 试卷A

试简述下列物理概念 （20分）

1．深度非弹性散射 2．同位旋 3．复合核 4．长射程 粒子

壳层模型之所以成立的主要依据有哪些？它的基本思想是什么？并举两个用壳

层

模

型

解

释

实

验

现

象

较

成

功

的

例

子

。

（10分）

用某一能量的12C4 轰击209Bi靶，得210Po的生成率为1.6 103S 1，已知束流强度

为0.1 A，靶厚为340 gcm 2（薄靶），求反应截面。 （10分）

快中子照射铌靶时，能发生反应Nb(n,2n)

93

92m

Nb，

92m

Nb ，已知T1/2 10.15d

铌靶面积为3cm2，厚度为0.1cm，靶面垂直于中子束，求铌靶经通量密度为

1010cm 2s 1的14MeV中子照射8小时后，再冷却20天后的放射性活度（已知该反应截面 935mb， Nb 8.57gcm 3，

第一章 原子的基本状况

1.1 若卢瑟福散射用的?粒子是放射性物质镭C放射的，其动能为7.68?10电子伏特。散射物质是原子序数Z?79的金箔。试问散射角??150所对应的瞄准距离b多大？

解：根据卢瑟福散射公式：

?'6ctg得到：

?2?4??0K?Mv2b?4??b0222ZeZe?

192Ze2ctg?79?(1.60?10)ctg15022b???3.97?10?15米 ?126?194??0K?(4??8.85?10)?(7.68?10?10)式中K??12Mv是?粒子的功能。

1.2已知散射角为?的?粒子与散射核的最短距离为

2rm2Ze21?()(1?4??0Mv2sin1?) ，试问上题?粒子与散射的金原子核

2之间的最短距离rm多大？

解：将1.1题中各量代入rm的表达式，得：rmin2Ze21?()(1?) 2?4??0Mvsin214?79?(1.60?10?19)21?9?10??(1?)6?19?

7.68?10?1.60?10sin759?3.02?10?14米

1.3 若用动能为1兆电子伏特的质子射向金箔。问质子与金箔。问质子与金箔原子核可

能达到的最小距离多大？又问如果用同样能量的氘核（氘核带一个?e电荷而质量

原子核物理学的发展史从X射线到量子力学

08物本(2)班 廖建文，陈榕，郑恒，王世鸣

一、伦琴和X射线的发现19世纪末，阴极射线的研究曾是物理 学的热门课题。许多物理学家都致力 于这个方面。在德国的维尔茨堡大学， 实 验 物 理 学 家 伦 琴 感兴趣。 伦琴是一个热爱生活的人。他与妻子感情极好； 他们没有孩子，收养了侄女。他们的生活很幸福， 社会对他们也十分恩宠。 (Wilhelm

Reontgen,1845-1923)也对这个问题

X射线的发现1895年11月8日上午，伦琴到实验室工作，一个偶然现象引起了他的注意。 当时，房间一片漆黑，放电管用黑纸包得很严实。他突然发现在一米开外 的小桌上，一块亚铂氰化钡做成的荧光屏发出闪光。他很奇怪，就移远荧 光屏继续试验。只见荧光屏的闪光仍随放电过程的节拍继续出现。他取来 各种不同的物品，包括书本、木板、铝片等等，放在放电管和荧光屏之间， 发现不同的物品效果很不一样，有的挡不住，有的起阻挡作用。显然从放 电管发出了一种穿透力很强的射线，穿过黑纸到达了荧光屏。为了确证这 一新射线的存在，并且尽可能了解它的特性， 伦琴用了6个星期深入地研 究这一现象。1895年底他以通信方式将这一发现公之于众。

“机遇只偏爱有准备

原子核物理习题答案

卢希庭版

1-2、用均匀磁场质谱仪，测量某一单电荷正离子，先在 电势差为1000V的电场中加速。然后在0.1T的磁场中偏 转，测得离子轨道的半径为0.182m。试求： （1）离子速度 （2）离子质量

（3）离子质量数

解：（1）因为：

1 2 eU mv 2 R mv eB 可得：

2U v 109890.01m / s 1.099 105 m / s BR

（2）由公式可得：

2eU m 2 2.653 10 26 kg V

（3）由公式可得：

m 16 A 27 1.6605387 10 kg

4 1-4, 计算下列各核的半径： 2 He,

107 47

Ag,

238 92

U, 设r0 1.45 fm.

解：由R r0 A 3知， 对于 He，R 1.45 4

4 2 1 3

1

fm 2.33 fm

1 3

对于 对于

107 47 238 92

Ag，R 1.45 107 U，R 1.45 238

1

fm 6.88 fm fm 8.99 fm

3

1-5, 实验测得 241 Am和 243 Am的原子光谱的超精细结构由六条谱线.， 解：由已知条件知原

答案第一二章很全,后面章节也较多

第一章习题1-1 A 利用课本上的公式 AZ BA, B已知(书上第四页) E h (其中h是常数为 .63 1034 ) 6

B 上课讲的公式

答案第一二章很全,后面章节也较多

2-2质谱仪工作原理1 2 M qV (1) 2 M 2 q B ( 2) R q 2V qB 2 R 2 2 2 即M M B R 2V 由， 1 2可以解出 M A 1.66 10 27

答案第一二章很全,后面章节也较多

1-31 2 M qV 2 2 M q B R 2VM R 2 qB 2V1M 1 2 q1 B1 2V2 M 2 2 q2 B2

答案第一二章很全,后面章节也较多

4 1-4, 计算下列各核的半径：He, 2

107 47

Ag,

238 92

U, 设r0 1.45 fm.

解：由R r0 A 3知， 对于 He,R 1.45 44 2 1 3

1

fm 2.33 fm1 3

对于 对于

107 47 238 92

Ag,R 1.45 107 U,R 1.45 2381

fm 6.88 fm fm 8

第一章 习题答案

1-1 当电子的速度为2.5?108ms?1时，它的动能和总能量各为多少？

答：总能量

E?mc?2mec21?v?c?2?0.511?2.5?1????3.0?2?0.924MeV；

动能

??1T?mec2??1?vc???2???1??0.413MeV ??1-2.将?粒子的速度加速至光速的0.95时，?粒子的质量为多少？

答：?粒子的静止质量 m0?M?2,4??2me?M?2,4??4???2,4??4.0026u 931.4940 ?粒子的质量

m??m01??2?4.00261?0.952?12.8186u?2.128?10?23g

1-4 1kg的水从00C升高到1000C，质量增加了多少？ 答：1kg的水从00C升高到1000C需做功为

?E?cm?t?4.184?1?100?4.184?105J。

?E4.184?105 ?m?2??4.65?10?12kg 2c3.0?108??1-5 已知：M?238U??238.050786u;M?239U??239.054325u; M?235U??23