Modern Atomic and Nuclear Physics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Yang, Fujia/ Hamilton, Joseph H.

出品人:

页数:812

译者:

出版时间:2010-1

价格:585.00元

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isbn号码:9789812836793

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《当代原子与核物理学》内容概要 本书旨在为对原子结构、核反应及其广泛应用感兴趣的读者提供一个全面而深入的概述。 我们的叙述从二十世纪初的物理学革命开始，追溯了量子力学如何彻底改变了我们对物质最基本组成部分的理解，并最终导向了现代核物理学的建立。本书结构清晰，逻辑严密，力求在保持科学严谨性的同时，兼顾可读性，使物理学专业学生、研究人员以及对前沿科学抱有好奇心的非专业人士都能从中获益。 第一部分：原子结构与早期量子理论的奠基 本部分聚焦于原子物理学的基本原理，这是理解核物理学的基础。我们将从经典物理学的失败开始，探讨卢瑟散射实验如何揭示了原子核的存在，以及经典电磁理论在解释原子稳定性方面的局限性。 随后，波尔模型的引入被详细阐述。虽然波尔模型在数学上并非完全自洽，但其成功解释了氢原子光谱的离散性，标志着量子化概念在原子物理学中的初步胜利。我们深入分析了玻尔的量子化条件及其对应原理。 过渡到更完备的量子力学框架，本书详细介绍了薛定谔方程在描述束缚电子系统中的核心地位。我们不仅求解了三维势场中的薛定谔方程（特别是库仑势），还详细讨论了角动量和自旋的概念。自旋的引入是理解原子光谱精细结构的关键，特别是泡利不相容原理，它决定了元素周期表的结构和化学性质。 此外，原子光谱学作为一种强大的实验工具贯穿本部分。从塞曼效应、斯塔克效应到更复杂的双电子原子的光谱分析，本书展示了如何利用光与物质的相互作用来探测电子的能级和跃迁规律。 第二部分：从原子核的发现到核结构理论 原子核的探索揭示了一个比原子核内部更复杂、更紧凑的世界。本部分从核物理学的开端讲起，追溯了贝克勒尔和居里夫妇对天然放射性的发现。我们详细讨论了 $alpha, eta, gamma$ 射线的性质、测量方法及其穿透能力的差异。 核的基本性质是深入理解核物理的基石。本书系统地介绍了原子核的组成（质子与中子）、质量数、电荷以及核力的特性。核力的独特性——短程作用、无电荷依赖性、以及饱和性——被作为理解核稳定性和形状的出发点。 核结构的理论探索分为两个主要阶段。首先，我们探讨了液滴模型 (Liquid Drop Model)，它将核视为一个不可压缩的液滴，成功地解释了核的平均结合能和裂变现象。接着，壳层模型 (Shell Model) 被详细引入。与电子在原子中的排布类似，核子在特定的势阱中运动，并服从与核子数量相关的奇偶性规则和自旋-轨道耦合。本书详细展示了壳层模型如何成功解释了“幻数”核素的特殊稳定性。 核的半衰期与衰变规律是本部分的核心实验内容。我们推导了指数衰减定律，并分析了 $alpha$ 衰变中量子隧穿效应在解释衰变概率方面的重要性。$eta$ 衰变则引出了宇称不守恒的历史性发现，我们详细阐述了李政道和杨振宁的理论预测以及吴健雄的实验验证。 第三部分：核反应与能量的释放 本部分将焦点从静止的核结构转向动态的核过程。我们首先介绍了核反应的基本定律，包括能量和动量守恒，以及反应截面（Cross Section）的概念，这是描述反应概率的关键量。 核能的释放是核物理学最引人注目的应用之一。本书详细分析了核裂变 (Fission) 的微观机制，特别是中子轰击下的铀-235链式反应。我们对费米（Fermi）和西拉德（Szilard）的工作进行了回顾，并深入探讨了核反应堆的设计原理，包括慢化剂、控制棒和冷却剂的作用。 与裂变相对的是核聚变 (Fusion)。本书详细讨论了氘核和氚核聚变所需的极端条件（高温和高压），以及自然界中恒星的能量来源。对于受控热核聚变的研究，我们全面介绍了磁约束（如托卡马克装置）和惯性约束的当前技术挑战和进展，以及聚变能的巨大潜力。 此外，粒子加速器与探测技术在现代核物理研究中的作用被充分强调。加速器如何提供高能粒子束以研究未知的核结构和反应机制，以及各种探测器（如闪烁体、半导体探测器）如何精确测量粒子的能量和轨迹，构成了当代实验核物理的基石。 第四部分：从基本粒子到核物理的未来展望 本书的最后部分将视野扩展到核物理学与高能物理学的交汇点。核子（质子和中子）不再被视为基本粒子，而是由更基本的夸克和胶子组成。本书简要介绍了标准模型的基本框架，特别是夸克模型对核子内部结构的解释。 弱相互作用在核衰变中起着决定性作用，我们探讨了弱核力如何将一种核子转化为另一种。中微子物理学作为研究弱相互作用的窗口，其发现和对中微子振荡的研究，展示了标准模型之外的物理学可能性。 在应用层面，本书覆盖了核技术在医疗、工业和环境科学中的应用，包括放射性同位素的生产、肿瘤的放射治疗（如质子刀）、核测年法（如碳-14测年）的精确性验证等。 最后，本书展望了核物理学的未来研究方向，包括寻找超重元素、探索中子星内部的物质状态，以及如何利用下一代强子对撞机和高精度探测器来揭示物质的终极奥秘。 总结而言，本书提供了一个从麦克斯韦时代末期到当前粒子物理前沿的连贯旅程，系统地梳理了原子与核物理学领域的核心概念、关键实验和最重要的理论发展。 读者将通过本书获得对微观世界运作机制的深刻理解。

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总的来说，这本书提供了一种极其全面且富有洞察力的现代原子与核物理学习路径。它的叙事节奏从宏观的原子结构构建，逐步深入到微观的核反应机制，再延伸到粒子物理的理论前沿，形成了一个逻辑严密的知识链条。尤其让我感到满意的是，它对物理学中“模型”与“实在”之间关系的探讨。作者反复强调，我们目前所使用的理论，无论是玻尔模型还是量子场论，都是对实在的近似描述，这种科学谦逊的态度，对于培养批判性思维至关重要。这本书不是要求你死记硬背公式，而是训练你像一个物理学家那样去思考：如何设计实验来验证假设？如何从实验结果中提炼出新的物理规律？对我个人而言，这次阅读经历极大地增强了我对自然界基本规律的敬畏感，它不仅仅是一本关于原子和核的教材，更是一本关于科学方法论和人类求知精神的赞歌。它为我今后的深入学习，打下了坚实且富有启发性的基石。

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这本《现代原子与核物理》的阅读体验，可以说是一次穿越时空的智力探险。我原本对量子力学和原子结构抱有一种敬畏又有点模糊的认识，但这本书的叙述方式，仿佛给我提供了一把万能钥匙，让我得以窥见微观世界的奇妙构造。它没有将复杂的数学公式堆砌在读者面前，而是用一种极其清晰且富有逻辑的笔触，将海森堡的不确定性原理、薛定谔方程的物理意义，甚至是原子核内部的强相互作用力，都进行了深入浅出的剖析。尤其是在讨论早期原子模型的演变时，作者的叙事节奏把握得非常到位，从卢瑟福的金箔实验到玻尔的能级概念，每一步的逻辑跳跃都像是精心设计的剧本，引人入胜。我特别欣赏它在概念讲解上的细致入微，比如对波函数的概率解释，它没有止步于表面的“波包塌缩”，而是探究了这种概率描述对经典物理观的颠覆性影响。读完有关原子轨道和电子云的部分，我仿佛能“看”到那些电子不再是绕着核旋转的小球，而是弥散在空间中的能量场，这种视角的转变是极其震撼的。这本书的价值在于，它成功地将高度抽象的物理概念，转化为可以被清晰理解的图景，对于想要建立坚实基础的初学者而言，无疑是一本不可多得的指南。

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初翻开这本书时，我最大的担忧是它会陷入纯粹的理论推导，变成一本“公式大全”。然而，实际的阅读过程却远比我想象的要“生动”得多，尤其是在核物理这一章，作者显然花费了大量笔墨来平衡理论的严谨性与实际应用的可能性。例如，在介绍核裂变和聚变时，它没有仅仅停留在爱因斯坦质能方程$E=mc^2$的简单代入，而是详细描述了链式反应的控制机制，以及不同核反应堆类型（轻水堆、重水堆）在设计理念上的根本差异。这种对“为什么”和“如何做”的深度挖掘，使得阅读体验远超一本教科书的范畴，更像是一部技术史诗。我尤其被其中关于核辐射生物效应的部分所吸引，它清晰地阐述了电离辐射如何破坏DNA结构，以及不同剂量下的潜在风险，这不仅仅是物理知识，更关乎人类的生存和安全伦理。这种将理论与工程实践、甚至生命科学紧密结合的处理方式，极大地拓展了我对“核物理”这门学科的认知边界。它让我们意识到，那些隐藏在原子核深处的能量，如何深刻地影响着现代世界的能源结构和医疗技术。

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这本书的排版和插图设计，简直是为现代学习者量身定制的“视觉友好型”物理读物。在学习过程中，我常常发现自己需要回顾某些复杂的图示来加深理解，而这本书在这方面做得堪称典范。例如，在解释同位素分离的电磁分离法时，配的那张清晰的磁场偏转示意图，一下子就把分离过程中的动量和电荷关系几何化了，比纯文字描述效率高出百倍。更值得称赞的是，它对早期科学家的传记性描述穿插得恰到好处，让枯燥的理论学习增添了一丝人文关怀。当我读到关于泡利不相容原理的发现历程，以及他与玻尔、海森堡等人的学术交流时，我感受到了一种学术共同体的活力，而不是孤立的知识点堆砌。这种叙事策略有效地打破了物理学研究的“高冷”形象，让读者感觉自己是站在巨人的肩膀上，与他们一同探索未知。每一次翻阅，我都能发现一些之前被忽略的小细节，比如某个历史性实验中设备精度提升对结果修正的重要性，这些细节体现了作者对科学史的深厚积累。

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如果说这本书有什么可以被视为“挑战”的方面，那或许在于它对粒子物理学前沿的介绍部分，虽然深度足够，但对非专业读者来说，其抽象性达到了一个新的高度。关于标准模型的构建、夸克和轻子的分类，以及希格斯场的概念引入，虽然逻辑上是完整的，但对于没有接触过高能物理的读者，这部分内容的消化需要更强的专注度和反复阅读。我不得不承认，在阅读到夸克禁闭和渐进自由这些概念时，我多次停下来查阅补充材料，以确保自己理解了“色荷”和“胶子”在传递强核力时的动态角色。然而，这种“挑战”也恰恰是这本书的魅力所在——它没有回避现代物理学最前沿的难题，而是勇敢地将它们呈现出来，并努力用最简洁的语言进行阐释。它没有给你一个轻松的答案，而是邀请你进入更深层次的思考迷宫。对于渴望了解物理学边界的人来说，这种恰到好处的难度梯度，正是其卓越之处，它引导着读者主动去建构知识体系，而不是被动接受灌输。

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