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核物理研究及其应用的发展

核物理研究及其应用的发展. 中科院近代物理研究所 靳根明. 1、核物理学研究的对象及目的. 自然界物质结构层次 — 对象－原子核结构性质. 涉及的问题. 目的－认识、掌握其规律，并加以应用. 能源. 军事. 医疗. 物质结构. 粒子物理. 其它学科. 恒星演化. 研究原子核的途径－原子核反应. 核子－核子散射－ 基本核力 弹性散射－ 原子核大小，相互作用势 非弹性散射－ 能级位置 , 量子数 , 巨共振 转移和敲出－ 壳模型的细节 熔合反应－ 天体核过程 裂变反应－ 液滴模型本质

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核物理研究及其应用的发展

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Presentation Transcript

  1. 核物理研究及其应用的发展 中科院近代物理研究所 靳根明

  2. 1、核物理学研究的对象及目的 自然界物质结构层次— 对象－原子核结构性质

  3. 涉及的问题

  4. 目的－认识、掌握其规律，并加以应用 能源 军事 医疗 物质结构 粒子物理 其它学科 恒星演化

  5. 研究原子核的途径－原子核反应 • 核子－核子散射－ 基本核力 • 弹性散射－ 原子核大小，相互作用势 • 非弹性散射－ 能级位置,量子数,巨共振 • 转移和敲出－ 壳模型的细节 • 熔合反应－ 天体核过程 • 裂变反应－ 液滴模型本质 • 复合核形成－ 核的统计性质 • 多重碎裂－ 核物质相变，集体模型 • 相对论重离子碰撞－ 核的夸克结构 （介子，电子） 3H + 2H 4He + n + 17.6 MeV 48Ca + 244Pu289114+3n

  6. 2、核物理研究进展 质子数 稳定线 原子核的组成－质子和中子 中子数

  7. 原子核的性质及形状 稳定核 放射性核（不稳定核） +，-－缓发裂变 重离子放射性 质子放射性 －缓发中子 －缓发质子 放射性 放射性 放射性 裂变 1896 Henri Becquerel，Marie Curie ，Ernest Rutherford (单,双)

  8. 不稳定核的寿命 137Ba衰变曲线 N＝N0e－t ln2/T 不稳定核衰变一半所需时间即为该放射性核的半衰期，并随原子核离开稳定线的距离而越来越短。

  9. 原子核的形状 简谐振动 软液滴 刚体转子 球形 椭球 梨形 扁椭球

  10. 原子核模型 • 液滴模型－形变，裂变. • 壳模型－角动量，磁矩，形状…… • 集体模型－激发态能量系统性，角动量，磁矩，形状, • 统一模型－从更微观的角度描述

  11. 当代核图像

  12. 温度 转动速度 稳定原子核 中子质子比 向原子核存在极限挑战——当代核物理的任务 将对原子核的研究从点扩展到多维空间！ • 同位旋－质子和中子数 • 质量极限－超重元素 • 自旋－高速转动 • 温度(密度)－高能量密度

  13. 沿同位旋自由度的研究 • 新核素合成－轻质量区达到中子和质子滴线 放射性束流的产生提供了有力工具！

  14. 超重新核素259Db,265Bh 轻稀土质子滴线区121Ce,125Nd,128Pm,129Pm, 129Sm,135Gd,137Gd,139Tb,139Dy,142Ho,149Yb等11种新核素 超铀缺中子区235Am新核素 Z 重质量丰中子区175Er,185Hf,186Hf 208Hg,209Hg,197Os, 237Th,238Th,239Pa九种新核素 轻质量质子滴线区25P,65Se两种新核素, 滴线核69Kr的奇异衰变性质 N 中国科学院近代物理研究所合成25种新核素

  15. 新的核结构－晕结构 12N,23Al,27P－质子晕核候选者

  16. 新的衰变模式 • －缓发中子 • －缓发质子 • －缓发裂变 • 单质子衰变 • 双质子衰变  p ＋ p

  17. 45Fe,48Ni的2p衰变研究 45Fe： 75 MeV/u 58Ni +natNi (240µm) 测量的 －射线谱和2p衰变计数随时间的变化谱 2个质子发射的时间顺序还不得而知！ 衰变质子能量(1.154 ± 0.015 MeV), 总半衰期 (1.75+0.49−0.28 ms), 2p衰变分支比 (0.59 ± 0.07), 2p部分半衰期 (3.0+0.9−0.6 ms). 48Ni 得到2各事例 能量1.35(2)MeV

  18. 母核 - 子核 230Ac的－－缓发裂变 阻断重元素合成的重要原因之一 Fig. 1. The observed two fission fragment tracks from β-delayed fission of 230Ac (a) and (b). A track from natural background of fission fragment (c).

  19. ＋ 48Ca ＋ 244Pu ＝ 289114 ＋ 3n 超重元素合成的途径 熔合反应－－利用一定能量的炮弹原子核轰击靶原子核，两者熔合在一起，形成一个新的原子，它的原子序数为弹核与靶核之和。新原子核有一定的激发能，一般通过发射中子退激发。

  20. 现达到位置 • 超重元素的合成 Neutron number, N

  21. 超重元素的鉴别设备 电磁分离设备＋放射性探测器

  22. 重核衰变探测器 Si条位置灵敏探测器组成的桶状探测系统 Si条位置灵敏探测器，

  23. GSI合成的Z＝112超重核的衰变链

  24. Dubna 合成114、115、116、118超重核的衰变链 30天一个计数

  25. 265Bh 259Db 107 105 中科院近代物理所合成两个超重新核素259Db和265Bh

  26. 进一步的发展 • 发展放射性束流加速器系统，提供更多种类的丰中子炮弹核； • 更灵敏的超重核鉴别分离装置； • 理论研究寻找新的反应机制，并给出较准确的预言。 • 需要新生力量！

  27. 高温下原子核的性质研究 核物质相变

  28. 核物质的相变（2） 夸克－胶子等离子体 温度 (1.16×1010K) 气态 密度 （1039核子/cm3）

  29. 发射时标(3.3×10－23s) 8.1 9.5 6.2 7.2 8.8 5.1 温度(1.16×1010K) 裂变时标的研究

  30. 三、核物理的应用 • 粒子物理

  31. 天体物理－恒星演化 宇宙中的核合成过程 恒星诞生、发展、死亡与核反应的关系 Th、U等重核如何形成 反应截面测量

  32. 能源 • 裂变能源－U，Th裂变 • 洁净能源 • 高能强流质子＋中子靶＋裂变靶 • 聚变能源－ • 磁约束D+T聚变 • 重离子惯性约束聚变

  33. 生命科学－核医学 核磁共振成像－2003年医学诺贝尔奖 正电子湮灭成像 X-射线成像 发射治疗肿瘤 重离子治癌 硼中子治疗 植入放射性治疗

  34. 总 结 在最近十几年中在研究极端条件下的原子核的性质方面得到了迅速的发展，使核版土迅速扩张，并发现了许多新的现象，对粒子物理、天体物理、生命科学、能源，以及其它许多学科都有很重要的影响。但是，还有许多问题未解决，需要许多人的长时期研究。因此，希望在座的同学能够在不远的将来加入核物理研究的行列！

  35. 谢谢！

  36. 250 early universe 200 RHIC quark-gluon plasma 150 SPS AGS Chemical Temperature Tch [MeV] Lattice QCD deconfinement chiral restoration 100 thermal freeze-out SIS 50 hadron gas neutron stars 0 atomic nuclei 0 200 400 600 800 1000 1200 Baryonic Potential B [MeV] 极端相对论重离子碰撞——探寻夸克－胶子等离子体 1MeV=1.16×1010K

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