ZSJ'Web

Nuclear Fission and Fusion (核裂变与核聚变) Discovery of Nuclear Fission (核裂变的发现) 1938年：Otto Hahn 和 Fritz Strassmann（化学家）与 Lise Meitner 和 Otto Frisch（物理学家）共同发现核裂变 1934年：Enrico Fermi 首次观测到该现象（1938年诺贝尔物理学奖） 关键实验：用慢中子轰击铀产生钡元素，命名为"裂变"（fission）\ce{^{235}_{92}U + n -> ^{236}_{92}U -> ^{144}_{56}Ba + ^{89}_{36}Kr + 3n} 历史注记：Fermi 最初误判为超铀元素生成，Hahn 因裂变发现获1944年诺贝尔化学奖。 Nuclear Fission Process...

Nuclear Reaction (核反应) Artificial Nuclear Reactions (人工核反应) 历史示例 1919年：Rutherford实现首次人工核反应：α+714N→817O+p\alpha + {}^{14}_{7}\text{N} \rightarrow {}^{17}_{8}\text{O} + p α+714​N→817​O+p 1934年：Joliot-Curie夫妇观测到人工放射性（1935年诺贝尔化学奖）：α+1327Al→1530P+n,1530P→1430Si+e++ν\alpha + {}^{27}_{13}\text{Al} \rightarrow {}^{30}_{15}\text{P} + n \quad , \quad {}^{30}_{15}\text{P} \rightarrow {}^{30}_{14}\text{Si} + e^{+} +...

Gamma Decay (伽马衰变) Fundamental Process (基本过程) 伽马衰变是一种电磁过程，原子核从激发态跃迁到更低能态时释放光子能量，但不改变质子数或中子数。 关键特征： 仅涉及光子发射（γ\gammaγ 射线） 原子核种类不变（AAA 和 ZZZ 不变） 衰变末态仅有两个物体：原子核与光子 示例：钴-60（Co）的伽马衰变 先经历β衰变：60Co→60Ni∗+e−+νˉe{}^{60}\text{Co} \rightarrow {}^{60}\text{Ni}^* + e^- + \bar{\nu}_e60Co→60Ni∗+e−+νˉe​ （60Ni∗{}^{60}\text{Ni}^*60Ni∗ 为激发态镍核） 激发态镍核通过伽马衰变退激： 60Ni∗→60Ni+γ{}^{60}\text{Ni}^* \rightarrow {}^{60}\text{Ni} + \gamma60Ni∗→60Ni+γ （释放1.17 MeV和1.33 MeV两个能级的γ光子） Energy Level Structure...

Nuclear Decay (核衰变) Radioactivity (放射性) Historical Discoveries (历史发现) 1895: Wilhelm Rontgen 发现 X-rays (X射线，1901年诺贝尔奖) 1896: Henri Becquerel, Pierre Curie 和 Marie Curie 发现铀的放射性 (1903年诺贝尔奖) 1897: Ernest Rutherford 识别 α-rays 和 β-rays (α射线与β射线，1908年诺贝尔奖) 1898-99: Marie Curie 发现钋(Polonium)和镭(Radium) (1911年诺贝尔奖) 1900: γ-ray (γ射线)的观测 1909: Ernest Rutherford 确立α射线是氦核，β射线是电子，γ射线是光子 Fundamental Process (基本过程) 放射性衰变(Radioactive decay)是不稳定原子核自发发射辐射(能量或粒子)以达到更稳定状态的过程。主要衰变类型包括： Alpha decay (α衰变) Beta...

基本概念与核性质 1. 原子的发现与模型演变 J.J.汤姆逊的葡萄干布丁模型 (1897) J.J.汤姆逊通过阴极射线实验发现电子，证明原子可分离出带负电的电子。 提出原子模型：正电荷均匀分布在整个原子空间（直径约10⁻¹⁰ m），电子嵌在其中，类似葡萄干布丁结构。 模型局限性：无法解释α粒子散射实验中的大角度偏转现象。 卢瑟福金箔实验 (1908) 实验装置：放射性镭源发射α粒子束（He²⁺离子），经铅盒准直后轰击薄金箔，用荧光屏探测散射粒子。 实验结果： 绝大多数α粒子直线穿过金箔 少数α粒子发生小角度偏转（<10°） 极少数α粒子（约1/8000）偏转角度 >90°，甚至反弹 理论与观测矛盾：葡萄干布丁模型预测α粒子最大偏转角 ≤0.01°，但实验观测到>90°偏转。 核式原子模型 卢瑟福基于实验提出： 原子中心存在带正电的原子核（直径约10⁻¹⁵ m），集中了绝大部分质量 电子绕核运动，原子大部分空间为空隙 核电荷量 ZeZ_eZe​（ZZZ为原子序数） 散射截面公式：b=Ze24πϵ0Eαcot⁡(θ2)b =...

固体物理 - 第八章 目录 大量粒子的集体行为 周期晶格的后果 调控电子能带结构 超越单电子图像 超越完美晶体 大量粒子的集体行为 固体构成与准粒子 固体组成：固体=晶格离子+价电子=声子气体+电子气体\text{固体} = \text{晶格离子} + \text{价电子} = \text{声子气体} + \text{电子气体} 固体=晶格离子+价电子=声子气体+电子气体 声子气体： 含 NNN 原子的晶体 → 3N3N3N 个耦合量子谐振子 玻色-爱因斯坦统计：E=∑ℏωi(ni+12)E = \sum \hbar\omega_i \left( n_i + \frac{1}{2} \right)E=∑ℏωi​(ni​+21​) 决定热容等热学性质 电子气体： 费米-狄拉克统计：f(E)=1e(E−EF)/kBT+1f(E) = \frac{1}{e^{(E-E_F)/k_BT} +...

固体物理 - 第七章：能带论 目录 能带论基础与核心问题 布洛赫定理与基本假设 近自由电子模型 Kronig-Penney模型 紧束缚模型 布里渊区与费米面 电子动力学与准粒子 固体分类与半导体 本章总结 能带论基础与核心问题 自由电子模型的局限 未解决问题： 正霍尔系数的起源（如Zn, Cd等金属） 金属传导电子与原子价电子的关联性 固体电阻率跨越32个数量级的根本原因（10−1010^{-10}10−10至102210^{22}1022 Ω·cm） 核心疑问： 为何相同电子浓度下，金属/半导体/绝缘体的电导率差异巨大？ 电子响应外电场的微观机制是什么？ 能带形成的基本图像 原子聚集效应： 孤立原子能级 →聚集\xrightarrow{\text{聚集}}聚集​ 能带分裂Eatom→E(k)E_{\text{atom}} \rightarrow...

固体物理 - 第六章：金属的电子气体模型 赵纪军、蒋雪、陈仲佳等 华南师范大学 物理学院 目录 自由电子模型概述 一维自由电子能级与费米-狄拉克分布 三维自由电子气 费米能级相关物性 自由电子气的热容 电导率与欧姆定律 热导率 磁场中的电子运动与霍尔效应 本章总结 自由电子模型概述 基本概念 模型核心：价电子脱离原子成为自由传导电子，离子镶嵌在电子海中 适用金属：碱金属（Li, Na, K等）最符合，电子密度 n∼1022n \sim 10^{22}n∼1022 cm−3^{-3}−3 历史发展： 经典德鲁德模型（1900）：成功解释欧姆定律，但热容预测失败 量子索末菲模型（1927）：引入费米-狄拉克分布，解决热容问题 成功原因 周期性晶格透明性： 平均自由程可达 10810^8108 原子间距（>1 cm） 室温典型值：Cu ≈ 40 nm，Au ≈ 35 nm 泡利不相容原理：抑制电子间散射 表：典型金属室温平均自由程 金属 平均自由程 (nm) 电子密度 (10²²...

固体物理 - 第四章：倒易晶格与X射线衍射 赵纪军、蒋雪、陈仲佳等 华南师范大学 物理学院 目录 倒易晶格与布里渊区 晶面与密勒指数 晶体的X射线衍射 干涉、衍射与布拉格定律 劳厄条件 结构因子与原子散射因子 本章总结 倒易晶格与布里渊区 倒易晶格定义 物理意义：描述晶格周期性的傅里叶空间表示 数学定义： 给定正晶格初基矢量 a1,a2,a3\mathbf{a}_1, \mathbf{a}_2, \mathbf{a}_3a1​,a2​,a3​，倒易晶格初基矢量为：b1=2πa2×a3a1⋅(a2×a3),b2=2πa3×a1a1⋅(a2×a3),b3=2πa1×a2a1⋅(a2×a3)\mathbf{b}_1 = 2\pi\frac{\mathbf{a}_2 \times \mathbf{a}_3}{\mathbf{a}_1 \cdot (\mathbf{a}_2 \times \mathbf{a}_3)}, \quad \mathbf{b}_2 = 2\pi\frac{\mathbf{a}_3 \times \mathbf{a}_1}{\mathbf{a}_1...