核物理导论

引用

Krane, K. S. (1987). Introductory Nuclear Physics. Wiley.

章节概要

全书共20章，约850页，分为四个部分：基本核结构（第1–5章）、核衰变与放射性（第6–10章）、核反应（第11–15章）以及扩展与应用（第16–20章）。出版社称它是一本基础核物理入门书，涵盖核衰变、核反应和核结构，同时涉及基础研究和实际应用的主要领域。它强调唯象方法和真实实验的结果，用例子强化理论，为数学或量子理论背景较弱的学生提供一个核心部分，并把较深入的内容放在单独的小节中。目录中标出了在缩略阅读时可以略去而不影响连贯性的内容。

第一部分 第1–5章：Basic Concepts；Elements of Quantum Mechanics；Nuclear Properties；The Force Between Nucleons；Nuclear Models

基础部分。第1章阐述基本概念，第2章补充后面各章所需的量子力学，因此没学过量子论的读者也能使用本书。第3章讲原子核可测量的性质，第4章讲核子间的力，第5章讲描述核结构的各种模型。

第二部分 第6–10章：Radioactive Decay；Detecting Nuclear Radiations；Alpha Decay；Beta Decay；Gamma Decay

先讲一般的放射性衰变，再讲核辐射的探测，然后α、β、γ衰变各占一章。β衰变一章含有关于理论的一节。

第三部分 第11–15章：Nuclear Reactions；Neutron Physics；Nuclear Fission；Nuclear Fusion；Accelerators

由反应机制和中子物理进入核裂变与核聚变，最后以加速器一章收尾。

第四部分 第16–20章：Nuclear Spins and Moments；Meson Physics；Particle Physics；Nuclear Astrophysics；Applications of Nuclear Physics

扩展部分超越原子核本身：核自旋与核矩、介子、粒子物理、核天体物理，最后一章是核物理的应用。

核心概念

• 核性质与核子间的力：关于原子核测量什么，以及核子间的力如何描述（第3–4章）。
• 核模型：用来整理核结构的简化图像（第5章）。
• 放射性衰变：一般的放射性衰变及其α、β、γ三种方式（第6、8–10章）。
• 辐射探测：观测核辐射的仪器（第7章）。
• 核反应与中子物理：原子核如何与入射粒子和中子相互作用（第11–12章）。
• 裂变与聚变：释放能量的反应及其应用（第13–14章）。
• 核天体物理：核物理在恒星中的作用（第19章）。

评析

优点

• 以实验为中心。 出版社称，强调唯象方法和真实实验结果是本书的特点，理论用应用其形式的例子加以强化；据出版社说，这有助于学生阅读和分析当前文献。
• 针对不同背景分层。 书中有面向数学或量子论背景较弱学生的核心部分，较深入的内容放在单独的小节，另有量子力学基础一章，因此可按学生的准备程度灵活使用。
• 范围广且面向实用。 除结构和衰变外，还有探测器与加速器、裂变与聚变、核天体物理和最后的应用一章。
• 为缩短课程提供的途径。 标记出的小节可以略去而不影响连贯性，便于缩略阅读。

局限

• 出版年代。 本书出版于1987年，测量值、加速器设施和天体物理结果都已更新；如站内所述，这一版适合打基础，应与当前数据配合使用。
• 篇幅。 约850页，一个学期难以讲完，需要借助标记为可略去的小节，并对后半部分有选择地阅读。
• 粒子物理只有一章。 扩展部分中介子物理和粒子物理各占一章，对标准模型感兴趣的学生需要专门的教材。

在课程中的定位

在核与粒子物理课程中，Krane是以原子核为中心的选择。Martin与Shaw的Nuclear and Particle Physics: An Introduction用一本本科层次的书同时讲两个领域，从基本相互作用和实验证据讲到核结构和标准模型，当课程在核物理和粒子物理之间分配内容时，它是最接近的替代。Griffiths的Introduction to Elementary Particles是带计算的粒子物理入门书，Dodd与Gripaios的The Ideas of Particle Physics是面向有理科背景读者的简明标准模型介绍。Frank Close的Particle Physics: A Very Short Introduction是不使用数学的概览，可以先于这些书阅读。

对学习核物理的学生，合理的顺序是：先读Close建立整体印象，用Krane学核结构、衰变和反应，再用Griffiths或Martin与Shaw补上Krane只在第17–18章触及的粒子方面。

如何使用本书

本书适合学过近代物理（含少量量子力学）并掌握微积分和基础电磁学的高年级本科生；不过出版社称，核心部分是为数学或量子论背景较弱的学生设计的。

实用的读法：以第1–5章为基础，需要复习量子力学时用第2章；第6–10章的放射性与衰变是任何课程的核心；然后按课程侧重点从第11–15章（反应、中子、裂变、聚变、加速器）中选取。扩展部分（第16–20章）可作为独立模块。初读时跳过标为可选的小节；由于本书出版于1987年，数值数据应与当前的数据表核对。