原子核的基本性质

关于原子核的基本性质第一页，共三十页，2022年，8月28日第一节原子核的电荷、质量和半径一、组成原子核＝质子＋中子核子同位素(Isotope):Z相同同中子素(Isotone):A-Z相同同量异位素(Isobar):A相同同量异能素(Isomer):能量状态不同镜像核(mirrornuclei):A相同,质子数和中子数互换第二页，共三十页，2022年，8月28日二、电荷电荷数＝原子序数＝质子数实验上，测量电荷的方法（之一）：1913年，莫塞莱（）提出，元素放出的特征X射线频率v与原子序数Z之间的关系:第三页，共三十页，2022年，8月28日三、半径原子核是接近球形的不能直接测量，通过原子核与其它粒子相互作用间接测量.1.核力作用半径通过中子、质子或者其它原子核与核作用，得到经验公式：原子核n,p第四页，共三十页，2022年，8月28日2.电荷分布半径：用高能电子在原子核上的散射，要求：电子的波长必须小于核的半径，即要求电子的能量高3.改进公式：4.实验表明：对中质比大的原子核，中子的分布半径比质子的大，出现“中子皮”，“中子晕”。高能电子第五页，共三十页，2022年，8月28日5.估计核的密度即：每个核子所占的体积近似为一常量。则，核子密度每个核子的质量为：核物质的密度：即，一个火柴盒那样大体积的核物质的重量为10亿吨。第六页，共三十页，2022年，8月28日四、质量和结合能原子核的液滴模型1.质量：核质量＝原子质量－核外电子总质量实际中，常近似用原子质量。原子质量单位：由质能关系：电子静止质量：第七页，共三十页，2022年，8月28日2.结合能（1）质量亏损：（2）结合能：上式说明核子结合成原子核时要放出能量，或者说把原子核打碎成自由核子要给予能量，此即结合能B(Z,A)（3）比结合能：第八页，共三十页，2022年，8月28日1.当A<30时，曲线的趋势是上升的，但有明显的起伏，峰的位置是偶偶核。2.当A>30时，比结合能大约等于8MeV，说明原子核的结合能与核子数成正比。3.曲线的形状是中间高，两边低。中等质量的核结合的比较紧，轻核核重核结合的比较松，核能的利用。例如：吸收一个中子后可以裂变成两个中等质量的碎片核，比结合能由7.6Mev增大到8.5Mev。同理轻核的聚变，结合能也由小变大，有巨大能量释放出来。第九页，共三十页，2022年，8月28日例：第十页，共三十页，2022年，8月28日3.液滴模型模型法：以实验为根据，提出原子核结构或者反应机制的某种模型，通过理论和更多实验结果比较，以检验模型的正确性，并确定其适用范围。由于核子之间的作用还不清楚，所以常用一种唯象的方法。（1）液滴模型的实验根据。一、原子核的比结合能几乎为常量，说明核子之间的相互作用力具有饱和性，与液体分子力的饱和性类似。二、体积近似正比于核子数，即核物质密度几乎是常量，不可压缩性，与液体类似。因此，把原子核看成带电的液滴。第十一页，共三十页，2022年，8月28日（2）魏扎克（Weizsacker）公式1935年，结合能半经验公式：由B可以得到相应的质量半经验公式：局限性：只能给出一个平均变化趋势，不能反映核内部的精细结构。(2).8页第十二页，共三十页，2022年，8月28日第二节原子核的自旋一、原子核的自旋＝原子核的角动量＝中子和质子的自旋角动量+相对轨道角动量二、实验上可以测定核的自旋（原子光谱线的超精细结构）。原子发光？精细结构？光谱的超精细结构：由于核的自旋与电子的总角动量相互作用的结果。I是原子核的自旋量子数第十三页，共三十页，2022年，8月28日（1）所以，只要定出子能级的数目就可以确定原子核的自旋（2）采用“能级间距法则”来求得原子核自旋（3）利用超精细结构谱线的相对强度测定核的自旋能级分裂成第十四页，共三十页，2022年，8月28日第十五页，共三十页，2022年，8月28日实验测得这些能级间距比值后，即可由上式定出核的自旋。前提是只有能级分裂不止两个时。第十六页，共三十页，2022年，8月28日设，分别是谱线的相对强度，则有：超精细结构谱线的相对强度正比于2F+1，第十七页，共三十页，2022年，8月28日通过分析核自旋的实验数据，得到以下两条规律：一、偶A核的自旋为整数。其中，偶偶核的I＝0二、奇A核的自旋为半整数。第十八页，共三十页，2022年，8月28日第三节原子核的磁矩一.原子中电子的磁矩自旋的磁矩:轨道运动的磁矩:二.核子的磁矩质子自旋的磁矩:中子自旋的磁矩:第十九页，共三十页，2022年，8月28日理论上，应该与电子类似，但，实验证明：这说明：核子不是点粒子，应该具有内部结构。三.原子核的磁矩：所有核子轨道磁矩与自旋磁矩矢量和。实验上，测量磁矩的方法主要是核磁共振法。第二十页，共三十页，2022年，8月28日第四节原子核的电四极矩实验表明，大多数原子核的形状是偏离球形不大的轴对称椭圆，即：原子核具有电四极矩。设，原子核有电荷Ze，均匀分布于核内，在原子核对称轴Z上的电势为zdtRyx第二十一页，共三十页，2022年，8月28日定义核的电四极矩：第二十二页，共三十页，2022年，8月28日电四极矩表示原子核的形状。设一个长轴为c，另外一个轴为a，作业第二十三页，共三十页，2022年，8月28日引入形变参量：R为与椭球同体积的球的半径实验上，通过测定约化跃迁几率得出电四极矩说明：以上指的是内禀电四极矩？在实验室坐标系中，第二十四页，共三十页，2022年，8月28日第五节原子核的宇称宇称：微观物理领域中特有的概念，描述微观体系状态波函数的一种空间反演第二十五页，共三十页，2022年，8月28日原子核的宇称原子核状态可以近似地用有心场中独立运动的诸核子的波函数的乘积来描写。空间反演下，反演后：则：单核子波函数为：第二十六页，共三十页，2022年，8月28日原子核的宇称：只有当原子核的状态改变时，即核内中子和质子状态改变时，原子核的宇称才会发生变化在弱相互作用下，宇称不守恒。（1956年，杨振宁，李政道最早提出）第二十七页，共三十页，2022年，8月28日第六节原子核的统计性质费米子：自旋为半整数。电子，质子，中子，中微子，介子等。符合Feimi－Dirac统计律。玻色子：自旋为整数。光子，粒子，介子等。符合Bose－Einstein统计律。对于原子核的自旋，由质量数A决定，所以，奇A核是费子，偶A核是玻色子费米子系统，波函数是交换反对称的玻色子系统，波函数是交换对称的第二十八页，共三十页，2022年，8月28日第七节原子核的同位旋一.