核物理導論

引用

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

章節概要

全書共20章，約850頁，分為四個部分：基本核結構（第1–5章）、核衰變與放射性（第6–10章）、核反應（第11–15章）以及擴充套件與應用（第16–20章）。出版社稱它是一本基礎核物理入門書，涵蓋核衰變、核反應和核結構，同時涉及基礎研究和實際應用的主要領域。它強調唯象方法和真實實驗的結果，用例子強化理論，為數學或量子理論背景較弱的學生提供一個核心部分，並把較深入的內容放在單獨的小節中。目錄中標出了在縮略閱讀時可以略去而不影響連貫性的內容。

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

基礎部分。第1章闡述基本概念，第2章補充後面各章所需的量子力學，因此沒學過量子論的讀者也能使用本書。第3章講原子核可測量的性質，第4章講核子間的力，第5章講描述核結構的各種模型。

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

先講一般的放射性衰變，再講核輻射的探測，然後α、β、γ衰變各佔一章。β衰變一章含有關於理論的一節。

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

由反應機制和中子物理進入核裂變與核聚變，最後以加速器一章收尾。

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

擴充套件部分超越原子核本身：核自旋與核矩、介子、粒子物理、核天體物理，最後一章是核物理的應用。

核心概念

• 核性質與核子間的力：關於原子核測量什麼，以及核子間的力如何描述（第3–4章）。
• 核模型：用來整理核結構的簡化影像（第5章）。
• 放射性衰變：一般的放射性衰變及其α、β、γ三種方式（第6、8–10章）。
• 輻射探測：觀測核輻射的儀器（第7章）。
• 核反應與中子物理：原子核如何與入射粒子和中子相互作用（第11–12章）。
• 裂變與聚變：釋放能量的反應及其應用（第13–14章）。
• 核天體物理：核物理在恆星中的作用（第19章）。

評析

優點

• 以實驗為中心。 出版社稱，強調唯象方法和真實實驗結果是本書的特點，理論用應用其形式的例子加以強化；據出版社說，這有助於學生閱讀和分析當前文獻。
• 針對不同背景分層。 書中有面向數學或量子論背景較弱學生的核心部分，較深入的內容放在單獨的小節，另有量子力學基礎一章，因此可按學生的準備程度靈活使用。
• 範圍廣且面向實用。 除結構和衰變外，還有探測器與加速器、裂變與聚變、核天體物理和最後的應用一章。
• 為縮短課程提供的途徑。 標記出的小節可以略去而不影響連貫性，便於縮略閱讀。

侷限

• 出版年代。 本書出版於1987年，測量值、加速器設施和天體物理結果都已更新；如站內所述，這一版適合打基礎，應與當前資料配合使用。
• 篇幅。 約850頁，一個學期難以講完，需要藉助標記為可略去的小節，並對後半部分有選擇地閱讀。
• 粒子物理只有一章。 擴充套件部分中介子物理和粒子物理各佔一章，對標準模型感興趣的學生需要專門的教材。

在課程中的定位

在核與粒子物理課程中，Krane是以原子核為中心的選擇。Martin與Shaw的Nuclear and Particle Physics: An Introduction用一本本科層次的書同時講兩個領域，從基本相互作用和實驗證據講到核結構和標準模型，當課程在核物理和粒子物理之間分配內容時，它是最接近的替代。Griffiths的Introduction to Elementary Particles是帶計算的粒子物理入門書，Dodd與Gripaios的The Ideas of Particle Physics是面向有理科背景讀者的簡明標準模型介紹。Frank Close的Particle Physics: A Very Short Introduction是不使用數學的概覽，可以先於這些書閱讀。

對學習核物理的學生，合理的順序是：先讀Close建立整體印象，用Krane學核結構、衰變和反應，再用Griffiths或Martin與Shaw補上Krane只在第17–18章觸及的粒子方面。

如何使用本書

本書適合學過近代物理（含少量量子力學）並掌握微積分和基礎電磁學的高年級本科生；不過出版社稱，核心部分是為數學或量子論背景較弱的學生設計的。

實用的讀法：以第1–5章為基礎，需要複習量子力學時用第2章；第6–10章的放射性與衰變是任何課程的核心；然後按課程側重點從第11–15章（反應、中子、裂變、聚變、加速器）中選取。擴充套件部分（第16–20章）可作為獨立模組。初讀時跳過標為可選的小節；由於本書出版於1987年，數值資料應與當前的資料表核對。