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物质结构(201111).ppt

物质结构(201111)

sincely1993
2011-12-21 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《物质结构(201111)ppt》,可适用于工程科技领域

第三讲宇宙之砖物质结构物质结构越来越多的新粒子夸克(Quark)模型基本相互作用相互作用的统一原子能及其应用世纪自然科学研究的三个最重要前沿宇宙起源与演化生命起源及其本质粒子物理与宇宙学:联合与交叉同步辐射与中子散射:提供关键的研究手段物质基本结构世纪自然科学研究的三个最重要前沿世界到底由什么构成?世界到底由什么构成?中国古代有元气说和阴阳五行说在古希腊有原子说即由一种不能再分的最小基本单元“原子”构成亚里士多德却认为物质是连续的。正如中国《庄子、天下篇》所言“一尺之棰日取其半万世不竭”世纪未的三大发现世纪未的三大发现年伦琴(WCRöntgen)发现X射线年贝克勒尔(HBecquerel)发现放射性年汤姆逊(JJThomson)发现电子他们三人也因此分别获得了年、年和年的诺贝尔物理学奖电子的发现对物理学的影响非常深远物理学对象从宏观转入到了微观领域电子的发现电子的发现年斯通尼命名为电子意为一个点电荷的基本电量单位年德国盖斯勒制成了低压气体放电管年德国普吕克尔利用盖斯勒管进行放电实验时看到了正对着阴极的玻璃管壁上产生出绿色的辉光年德国的戈尔兹坦指出玻璃壁上的辉光是由阴极产生的某种射线所引起的他把这种射线命名为阴极射线年汤姆生在阴极射线所经过的路途上看到硫化锌会发闪光并在电场和磁场下偏转定出荷质比证明阴极射线由电子构成。卡文迪许实验物理卡文迪许实验物理电子云雾室放射性同位素…卢瑟福威尔逊(C.T.R.Wilson)斯特拉特(R.J.Strutt瑞利勋爵的儿子)汤森(J.S.E.Townsend)巴克拉(C.G.Barkla)里查生(O.W.Richardson)阿斯顿(F.W.Aston)泰勒(G.I.Taylor)汤姆逊(G.P.Thomson)…,人或诺贝尔奖JJ汤姆逊(~年)去世后和牛顿达尔文、开尔文等伟大科学家的骨灰安放在一起。原子的有核结构原子的有核结构年汤姆逊的学生卢瑟福确立了原子的有核结构年卢瑟福的学生丹麦物理学家玻尔建立了量子的原子结构模型提出了原子核内存在中子的设想年查德威克确认了中子n的存在物质的层次结构物质的层次结构基本粒子的性质基本粒子的性质质子和中子的大小约为个费米质子的质量为MeV中子为MeV,电子为MeV质子和中子称为重子,电子称为轻子质子的寿命长于亿亿亿亿年,自由中子的寿命却只有秒中子会衰变成质子、电子和一个新粒子反中微子这是否预示着质子、中子内部还有结构?越来越多的新粒子越来越多的新粒子年狄拉克预言:存在着反电子年安德逊发现了正电子并因此获得了年的诺贝尔物理学奖年泡利预言中存在微子不带电质量为零年汤川秀树预言π介子的存在年鲍威尔发现π介子更多的粒子被发现更多的粒子被发现介子:J=π±πρk±k重子:J=pnΣ±ΣΞ±ΞΛ且每种粒子都有反粒子总数达数百种。然而混乱中存在秩序类似于元素周期表上述粒子也满足一定的规律表明粒子内部还有结构夸克(Quark)模型夸克(Quark)模型轻子(电荷)夸克(电荷)第一代第二代第三代物质任意可分吗?物质任意可分吗?设棰长一米一天后米二天后米三天后米四天后米五天后米六天后米周后米约米周后一万分之一米周后为一百亿分之一米已达原子尺寸不可能任意分割!夸克禁闭夸克禁闭基本相互作用基本相互作用原子核内质子与质子之间有很强的库仑排斥力那么是如何维持原子核的稳定性的呢?要维持原子核的稳定性核子间必定存在相互吸引的强大的核力:强作用力作用范围要小导致原子结构的不稳定引起原子核衰变有轻子参与的相互作用──弱作用力四种基本相互作用力四种基本相互作用力对象强度范围交换粒子电磁力带电粒子间∞γ(光子)引力万物∞G(引力子)强力强子米g(胶子)弱力有轻子参与米w±,z非直接、即时相互作用四种基本相互作用共有种媒介粒子也叫规范粒子。它们是光子γ,引力子G,个中间玻色子和个胶子g奇妙的规范对称性对称性就是一个物体或物体系统在某种变换下具有的不变性。例如一个均匀的圆球绕其球心转动任意角度它的各种性质如密度、形状、大小等保持不变也就是说该球具有转动对称性。对称性给自然界带来了和谐与美物理量的守恒定律与对称性有着一一对应的关系。电荷守恒对应着整体规范变换的不变性。相互作用的统一标准模型标准模型温伯格萨格姆理论具有SU()×U()规范对称性。强相互作用则由具有SU()规范对称性的量子色动力学(QCD)描述。两个理论组合起来统一描述强、弱、电三种相互作用称为基本粒子的标准模型。GUT,超弦理论(SuperstringTheory)膜的世界……原子核的结合能原子核由质子和中子组成实验发现原子核的质量并不简单地归结为所有质子的质量和中子的质量之和而是有微小的差异原子能及其应用原子核的结合能原子核的结合能氘(D)是氢的同位素在海水中万个氢原子中约有个氘原子。氘核是核聚变反应的主要原料它由一个质子和一个中子组成其结合能为:=(+)×Mev=Mev原子能的可能释放模式原子能的可能释放模式原子核衰变:某一原子核自发地演变成为另一种原子核并放出相应粒子的过程。原子核裂变包含三种方式:自发裂变:重原子核自发地碎裂成两块并放出能量。原子能的可能释放模式原子能的可能释放模式中子诱发裂变:在中子作用下而引发的核裂变并释放出到个中子的过程原子核碎裂:高能粒子轰击到原子核上将原子核击成很多碎块并放出能量原子能的可能释放模式原子能的可能释放模式原子核聚变:由轻原子核融合成质量数较大的核并放出能量的过程原子能的和平利用核反应的效率是化学反应的倍即百万到亿倍可控核反应可控核反应一座百万千瓦级的压水堆核电站一年仅需补充吨核燃料其中仅消耗吨左右同样规模的热电厂要燃原煤万吨可控核聚变可控核聚变聚变是核裂变平均每个核子放出能量的四倍。海水中氢与氘的原子数之比约为:一克氘经聚变放出大约千瓦时的能量升海水中的氘核聚变放出的能量相当于燃烧升汽油所放出的能量地球上所有海水中的氘可供人类使用数百亿年。可控核聚变可控核聚变核聚变必须满足高温高密度条件。估计温度要达到一千万度以上成为等离子体。要使聚变能减去各种能量损失后有净的能量增加──能量增益,要求高温高密度等离子体维持一定时间。引力约束磁约束惯性约束ITER计划:磁约束聚变能源研究的国际热核聚变实验反应堆核武器及其小型化第一颗原子弹于年月在新墨西哥沙漠中引爆第一颗用于战争的原子弹是年月日投在广岛的原子弹。它们的中间是垒球大小的一个钚心周围是英尺厚的高能化学炸药。第一颗于年在美国引爆的氢弹更是重达吨。原子弹的威力比化学炸弹大一百万到一亿倍为什么要制造得如此巨大呢?原子弹原理核燃料存在一个临界体积。当体积大于此临界体积时核反应将得到放大否则链式反应将终止。临界体积对应的质量称为临界质量。例如铀的临界质量为磅钚(读bu)的临界质量为磅核武器及其小型化D型导弹可装个W弹头每艘三叉戟潜艇有枚导弹配备个热核弹头氢弹中子弹思考题物质结构无限可分与任意可分概念有何区别?什么情况下有可能将物理的质量全部转化可利用的能量?四种基本相互作用分别在什么条件下起主要作用?核聚变与核裂变比较有何区别?

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