本书从原子核物理早期的三个重大发现开始，向读者展现了一些著名科学家在原子核物理的诞生阶段中所作出的不可磨灭的贡献和他们的创造性活动，包括他们的成功和失败，希望读者从中得到启迪。然后介绍了与核物理应用密切有关的基础知识——核衰变和核反应。人们正是利用核反应实现了现代“炼金术”，中世纪炼金术的梦想终于在核物理领域中实现了。同时也将对探测器和加速器作专门介绍，核物理的发展、核技术的应用离不开各种射线的探测工具 ──探测器以及加速核和粒子的工具──加速器。最后两章较详细地介绍了原子能利用和核技术应用。

　原子核物理学作为物理学的一个分支，研究对象是比原子更微小、更深一层次的物质结构。原子核物理学作为一门学科形成于20世纪初，且自诞生以来一直是前沿学科之一。随着科学与技术的发展以及社会对核技术应用的广泛需求，原子核物理学发展起一门新的分支学科——应用核物理。笔者撰写本书的目的是：力求用深入浅出的语言，向大学生提供一本教材，它既适用于核类和非核类理工科专业的本科生，也可供对核科技应用领域感兴趣的其他科技研究人员阅读。
　　一门大学课程不仅要帮助学生积累一些知识，而且特别要提倡智能的培养。所谓智能，是指人们运用知识的才能。培养智能，主要是培养自学能力、思维能力、表达能力、研究能力和组织管理能力。如果只注重知识的积累，而不注意发展智能，那么，即使在头脑中有了一大堆公式、定理、概念，也不会灵活应用，不会独立地去积累更多的新知识，更不会有所创新。大学教育成功的标志之一，就是看到绝大多数学生在积极地思考，他们在智能培养方面有明显的进步。
　　成功的教学必须诱发问题，听了课，读了书，只感到“听得舒服，读来都懂”是不够的，真正的收获还应该反映在有没有产生新问题。本世纪最伟大的物理学大师之一，尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)曾告诫我们：
　　如果谁在第一次学习量子概念时，不觉得糊涂，那么他就一点也没有懂。
　　另一位物理学大师韦斯科夫(V。 F。 Weisskopf)曾说过：
　　我们的知识好比是在无边无际的未知海洋中的一个小岛，这个岛屿变得愈大，它与未知海洋的接界也就扩展得愈广。
　　知识的增长必然孕育着新问题的产生。为此，我们特别鼓励学生经常相互讨论，勇于提出问题，共同创造一个有浓厚学术气氛的学习环境。我国著名教育家陶行知先生说过：“发明千千万，起点是一问”；量子力学的一位创始人也说过：“提出正确的问题，经常已解决问题的一大半了”“科学扎根于讨论”。
　　笔者衷心感谢卢鹤绂教授，他是引导笔者进入原子核物理之门的第一位导师：感谢曾担任过复旦大学领导的王零同志，他曾是复旦大学原子核科学系的第一位系主任，他在20世纪五六十年代与其他领导一起卓有远见地抓紧中青年教师的培养，为复旦后来的发展打下了坚实的基础，他们对笔者的慧识，使一颗嫩芽得到了肥沃的土壤。
　　感谢奥格·玻尔(Aage Bohr)和本．莫特逊(Ben Mottelson)两位原子核物理大师，笔者从他们身上不仅学到了一些物理学知识，而且初步懂得了“哥本哈根精神”的真实含义。
　　感谢谢希德教授，她给人以榜样的力量，她对中、青年学者总是投下鼓励、关怀、支持和慈祥的目光。
　　感谢中国科学院前院长周光召教授，由于他的邀请，笔者自1987年起任中国科学院原子核研究所所长，学到了很多实际知识。他给笔者提供了一个很有意义的舞台，使笔者经历了最有成就感的14年。
　　感谢朱光亚教授，他给了笔者一些少有的机会，增长了从书本上难以获得的知识。
　　笔者十分怀念已故物理大师钱三强教授，他在1958年参观、视察我们实验室的情景，以及在1963年笔者赴哥本哈根前夕的一席谈话，还历历在目，使人难忘。
　　参加本书编写的有一批年轻一代的同事，他们是：王平晓教授（第一章至第三章），张雪梅副教授（第四章和第五章第一、第二、第四节），王旭飞副教授（第五章第三节和第十一章第四节），傅云清副教授（第六章前四节），路迪博士（第六章第五节），张新夷教授（第七章第二、第三节），沈皓教授（第七章第一、第四节）和第十一章前三节），王月霞教授（第八章第一、第二、第五节），肖君博士（第八章第三节），孔青教授（第八章第四节），魏宝仁教授（第九章），张斌副教授（第十章）。陆福全教授编写了附录。笔者和陆福全教授、陈建新教授一起制订了本书的编写方针和草拟了全书大纲，并进行了最后的修改和统稿工作。陈建新教授对本书的完成发挥了重大作用，笔者深表谢意。
　　我们所有的编写者相处在一个充满生气的集体中，这个集体在前沿领域的科研和教育成果是本书的重要源泉之一。
　　在本书完稿之际，笔者恳请读者对本书提出批评和建议，以便再版时修正

杨福家，复旦大学物理学教授（1980-），中国科学院院士（1991-），发展中国家科学院院士（1991-），中央文史研究馆馆员（2012-），国家教育咨询委员会委员（2010-），国家教育考试指导委员会委员（2012-），宁波诺丁汉大学校长（2004-），曾任中国科学院上海原子核研究所所长（1987-2001），复旦大学校长（1993.2-1999.1），英国诺丁汉大学校长（校监，2001.1-2012.12）。曾获日本、美国、英国、港澳地区一些大学的名誉科学博士或名誉人文博士学位。 
　　主要著作有：《原子物理学》（第四版），在2009年被评为教育部普通高等教育精品教材；与J. H. Hamilton合著的《现代原子与原子核物理》一书，1996年由美国McGraw-Hill公司出版。

　绪论
第一章 原子核的基本性质和构成
§1．1 原子的核式结构模型
原子的中心——原子核 中子的发现 核素图
§1．2 原子核的电荷、质量和半径
核半径定义 核电荷和核物质分布
§1．3 原子核的自旋、磁矩和电四极矩
核的自旋 原子核的磁矩 原子核的电四极矩
§1．4 液滴模型和结合能
原子核的结合能 液滴模型和质量（或结合能）半经验公式
§1．5 核力的主要性质
核力的主要性质 核力的介子理论 核力的夸克模型

第二章 放射性和核衰变
§2．1 放射性的发现及原子核衰变形式
§2．2 原子核衰变的基本规律
指数衰变律 半衰期和平均寿命 放射性强度 半衰期测量 级联衰变规律
久期平衡 暂时平衡 人工放射性核素生产
§2．3 α衰变
α衰变的能量条件 结合能和α衰变能 衰变的机制和半衰期
α衰变能与核能级图 α衰变分支比和分衰变常量 附注
§2．4 β衰变
β衰变的能量条件 β衰变连续谱和中微子假说 中微子存在的实验证明
有关中微子早年实验简史 附注
§2．5 γ衰变
一般性质 内转换电子 同质异能跃迁

第三章 原子核反应
§3．1 核反应概述
几个著名的核反应 核反应分类 反应道和守恒定律
§3．2 Q方程及其应用
反应能 Q方程 Q方程应用举例
§3．3 核反应截面与产额
核反应截面 核反应产额 微分截面、分截面和总截面
§3．4 核裂变和核聚变
核裂变 核聚变

第四章 核辐射与物质的相互作用
§4．1 带电粒子与物质的相互作用
重带电粒子与物质的相互作用 重离子与物质的相互作用
轻带电粒子与物质的相互作用
§4．2 γ射线与物质的相互作用
光电效应 康普顿效应 电子对效应 γ射线的衰减与吸收
γ射线与物质相互作用小结
§4．3 中子与物质的相互作用
中子的散射 中子的俘获 中子与物质相互作用小结

第五章 核辐射的探测及测量与防护
§5．1 核辐射的探测
利用电离效应的探测器 利用发光效应的探测器 利用热效应的探测器
利用径迹进行探测的探测器 位置灵敏探测器 中子探测器
核辐射探测器的典型应用：反应堆中子探测器 核辐射探测器小结
§5．2 核辐射参量的测量
计数系统 能谱测量系统 时间测量系统
整体化数字谱仪 核辐射参量测量小结
§5．3 核辐射剂量学与防护
辐射防护常用的量及单位 外照射剂量计算与防护 内照射的监测与防护
§5．4 空气中的放射性核素监测
空气中氡浓度的测量 空气中131I、137Cs的测量

第六章 带电粒子加速器
§6．1 带电粒子加速器简介
带电粒子加速器发展简史 带电粒子加速器的分类及基本组成
带电粒子的产生——电子枪和离子源
§6．2 高压型加速器．
倍压加速器 静电加速器 串列式静电加速器
§6．3 谐振型加速器
回旋加速器 自动稳相准共振加速器 环形准共振加速器 直线型准共振加速器
§6．4 重离子加速器．
ECR离子源 电子束离子源（EBIS）
§6．5 电子束离子阱装置（EBIT）
高电荷态离子（HCI） 实验室获得HCI的方法
电子束离子阱装置 EBIT中HCI的研究与应用

第七章 同步辐射及其应用
§7．1 同步辐射
基本原理 同步辐射装置：电子储存环 同步辐射装置：光束线、实验站
§7．2 同步辐射应用研究
方法概述 同步辐射X荧光分析技术（SXRF） X射线吸收精细结构（XAFS）
在生命科学研究中的应用 同步辐射的工业应用
§7．3 上海光源及束线站
上海光源简介 线站介绍 上海光源的前景

第八章 原子能的利用
§8．1 裂变反应堆
核反应堆物理 反应性的变化与控制 压水堆核电厂 核反应堆安全问题
§8．2 新型核反应堆
华龙一号 AP1000先进压水堆 高温气冷堆 快中子增殖堆 钍基熔盐堆
§8．3 受控热核聚变：磁约束核聚变
基本概念 磁约束核聚变
§8．4 受控热核聚变：惯性约束核聚变
惯性约束核聚变的基本原理 惯性约束聚变的发展
激光驱动惯性聚变的物理过程及技术难点 直接驱动和间接驱动
三种聚变点火方式 美国国家点火装置（NIF） 激光聚变在中国
§8．5 核武器
历史背景 原子弹 氢弹 核威力 其他核武器

第九章 核技术在医学中的应用
§9．1 放射性药物
放射性药物的特点 放射性药物的分类 放射性核素的制备和保存
§9．2 放射性核素示踪技术
放射性核素示踪技术的基本原理 放射性核素示踪技术的特点
核医学中的体外示踪技术 放射性核素显像
放射性核素示踪技术在其他领域的应用
§9．3 计算机断层成像（CT）
计算机断层成像的原理 CT图像重建 医用X-CT的构成
医用X-CT的扫描方式
§9．4 单光子发射型计算机断层成像仪（SPECT）
γ光子探测器 γ照相机 γ照相机中的准直器
SPECT SPECT数据采集与图像重建
§9．5 正电子发射型计算机断层成像仪（PET）
PET成像的物理基础 PET的探测器 PET的电子准直 PET／CT
PET成像中的飞行时间技术
§9．6 磁共振成像（MRI）
原子核的自旋与磁矩 静磁场中的磁性核 磁共振 弛豫过程
自由感应衰减与信号检测 磁共振成像设备
§9．7 放射治疗及质子治疗
放射性核素治疗 X刀、γ刀及电子束治疗 质子治疗的物理性能
质子治疗的工作原理 质子治疗的装置 结束语

第十章 核分析技术
§10．1 质子激发X射线荧光分析
基本原理 外束PIXE技术 PIXE定量分析方法 PIXE应用实例
§10．2 卢瑟福背散射分析
卢瑟福背散射（RBS）分析原理 卢瑟福背散射（RBS）分析的应用
§10．3 弹性反冲分析
弹性反冲分析原理 弹性反冲分析的应用
§10．4 穆斯堡尔谱学
穆斯堡尔效应 超精细相互作用 穆斯堡尔谱学的应用
§10．5 中子活化分析
中子活化分析基本原理 中子活化分析的特点 中子活化分析的应用
§10．6 带电粒子核反应分析
带电粒子核反应瞬发辐射分析的原理 共振核反应分析 核反应分析的应用
§10．7 14C断代技术
14C断代的原理 加速器质谱的应用举例

第十一章 核微探针技术及其应用
§11．1 核微探针介绍
核微探针的实现 与其他显微镜比较 复旦核微探针系统
§11．2 分析应用
雷奈锶盐对骨质疏松症的疗效 激光惯性约束聚变（ICF）靶丸的研究
ICF靶丸内氢及其同位素的分布 半导体性能评价
§11．3 质子束刻蚀
质子束刻蚀技术概述 应用
§11．4 单粒子微束技术及应用
技术原理 基于单粒子微束的生物医学研究 复旦大学单粒子微束
习题与思考题

附录1 部分核素表
附录2 常用物理常量表
附录3 物质密度
附录4 10的幂词头
附录5 人名表
附录6 名词索引
附录7 参考答案
元素周期表