原子光谱超精细结构

1、1原子光谱超精细结构原子光谱超精细结构2核子的自旋和轨道角动量的矢量和就是原子核的角动量核子的自旋和轨道角动量的矢量和就是原子核的角动量, ,习习惯上也称它为原子核的自旋，并用惯上也称它为原子核的自旋，并用P PI I表示，表示， P PI I是量子化的。是量子化的。 I 称为核自旋量子数称为核自旋量子数（1）原子核的角动量）原子核的角动量原子核和原子一样也具有角动量，这是因为每个核子都有自原子核和原子一样也具有角动量，这是因为每个核子都有自旋，而且旋，而且核子在核内还有轨道运动。核子在核内还有轨道运动。1. 原子核的角动量原子核的角动量原子核的角动量和磁矩原子核的角动量和磁矩每个核子的自旋都

2、为每个核子的自旋都为1/21/2，自旋角动量与电子一样。，自旋角动量与电子一样。(1)IPI I3MI称为核磁量子数称为核磁量子数（2 2）P PI I在某特殊方向投影的数值为；在某特殊方向投影的数值为；,I,I 1,I 1, IIZIIPMM 根据角动量的相加规则，容易证明，根据角动量的相加规则，容易证明，A为奇数的原子为奇数的原子核，它的核，它的I一定是半整数，一定是半整数，A为偶数的原子核，它的为偶数的原子核，它的I一一定是整数。所以，定是整数。所以，A为奇数的原子核是费米子，为奇数的原子核是费米子，A为偶为偶数的原子核为玻色子。数的原子核为玻色子。4 原子核的角动量（核自旋）可以从原子

3、光谱的超精细结原子核的角动量（核自旋）可以从原子光谱的超精细结构，或从分子光谱测得。例如，当用分辨本领更高的光谱构，或从分子光谱测得。例如，当用分辨本领更高的光谱仪观察钠的光谱时，会发现钠主线系第一条谱线仪观察钠的光谱时，会发现钠主线系第一条谱线D D双线的双线的D D1 1线线 由相距为由相距为0.0230.023埃的两条线组成埃的两条线组成,D,D2 2线由相距为线由相距为0.0210.021埃埃的两条线组成的两条线组成. .这就是原子光谱的超精细结构。这就是原子光谱的超精细结构。3P3/23P1/2F2=I+1/2FI=I-1/23P3S5893A D5896A D15890A D23P

4、3/23P1/23S1/2（3 3）原子光谱的超精细结构）原子光谱的超精细结构5P PF F的数值也是量子化的的数值也是量子化的, ,其值为：其值为：F=I+J,I+J-1,F=I+J,I+J-1,I-JI-J 如果如果J J I,I, F F有有2I+12I+1个值个值; ;如果如果I I J,FJ,F有有2J+12J+1个值。不同个值。不同F F的状态具有不同能量，于是原来不考虑核自旋（的状态具有不同能量，于是原来不考虑核自旋（F=JF=J为定为定值）的能级又分裂成（值）的能级又分裂成（2I+12I+1）或（）或（2J+12J+1）个子能级。）个子能级。P PF F = P= PJ J +

5、 P+ PI I 产生超精细结构的原因是因为原子核有角动量产生超精细结构的原因是因为原子核有角动量( (核自旋核自旋) )。原。原子的角动量，在考虑了核自旋后，应当等于电子的角动量与子的角动量，在考虑了核自旋后，应当等于电子的角动量与核自旋的矢量和，即核自旋的矢量和，即(1)FPF F62. 2. 原子核的磁矩原子核的磁矩原子核内的质子带电，它的原子核内的质子带电，它的“轨道轨道”运动产生运动产生“轨道磁矩轨道磁矩”，另外质子和中子本身还有与自旋相关的磁矩，理论和实验都证另外质子和中子本身还有与自旋相关的磁矩，理论和实验都证明原子核和核子都具有磁矩，中子和质子的磁矩为：明原子核和核子都具有磁矩

6、，中子和质子的磁矩为：22nnnPPpNNeeg ()pg ()pmmmN为核子质量，为核子质量，gp和和gn是朗德因子。是朗德因子。 （1 1）核子的磁矩）核子的磁矩中子不带电，与轨道角动量相联系的磁矩为零，这十分自中子不带电，与轨道角动量相联系的磁矩为零，这十分自然。但是，与自旋角动量相联系的磁矩却不为零，这表明，然。但是，与自旋角动量相联系的磁矩却不为零，这表明，虽然中子整体不带电，但它内部存在电荷分布。虽然中子整体不带电，但它内部存在电荷分布。不论是质子的磁矩，还是中子的磁矩都清楚表明，它们不不论是质子的磁矩，还是中子的磁矩都清楚表明，它们不是点粒子；相反，它们肯定是有内部结构的粒子是点粒子；相反，它们肯定是有内部结构的粒子.7NINIINIIIIgmeIIgPmeg)1(2)1(2（2）原子核的磁矩：原子核的磁矩： 质子的轨道磁矩质子的轨道磁矩和和质子、质子、 中子的自旋磁矩的总和。中子的自旋磁矩的总和。g gI I 因子因子 的数值不能通过公式计算的数值不能通过公式计算, ,只能由实验测得。只能由实验测得。I I在给定正方向的投影值为：在给定正方向的投影值为：NIIIZMgM MI I=I