原子核模型课件

学习与思考什么叫模型？模型就是奥地利的火车时刻表。奥地利的火车经常晚点，乘客问列车员：“你们干吗还要时刻表？！”列车员回答：“有了时刻表才知道火车的晚点呀！”

韦斯科夫原子核的结构核力费米气体模型原子核的壳层模型原子核的集体模型核力

核力的主要性质核力的主要性质原子核的密度1014g/cm3。核力是强相互作用:核力约比库仑力大100倍核力的短程性：核力的力程为fm量级核力的饱和性：核力具有饱和性核力的电荷无关性：Fpp=Fnn=Fnp核力

核力的主要性质同位旋：把中子和质子看成是核子的两个不同状态，用同位旋t

描述核子处于中子或质子状态。质子：t3

=1/2;中子：t3

=-1/2核子的总同位旋：同位旋第三分量：核力

核力的主要性质同位旋同位旋量子数满足：核基态同位旋：5/2+1/2+1/2-5/2-3/2-3/2+3/2-0.875.383.854.555.083.080.503.103.864.695.105.525/2+1/2+1/2-5/2-3/2-3/2+3/2-核力

核力的主要性质核力与自旋有关D核：I

=1+

3S1+3D1

Sl状态0110121P13S13P13D1核力

核力的主要性质核力的非中心成分

d(3S1)=0.87981

N

dexp=0.8574376

N

d(3D1)=0.310

N

d=96%

d(3S1)+4%

d(3D1)中心力场：方阱势：高斯势：指数势：汤川势：核力

核力的主要性质核力的非中心成分非中心力：核力

核力的主要性质核力的自旋-轨道耦合力成分n-p散射：出射的中子部分极化，说明存在非中心力场。但计算表明：仅非中心力场不能给出与实验相符的极化度。自旋-轨道耦合力：自旋-轨道耦合作用只存在于自旋三重态中核力

核力的主要性质核力的排斥力芯核子相距0.8-2.0fm时，表现为吸引力核子相距小于0.8fm时，表现为排斥力核子相距大于10fm时，核力几乎完全消失VppVnpVnnrr核力

核力的介子理论电磁力现代物理学认为：电磁相互作用是带电粒子间交换“虚光子”而产生的交换力。虚粒子用于传递相互作用，因而总是限定在一定时空范围内。由于测不准原理，虚粒子可以不满足能量-动量守恒。e-e-e-e-AB核力

核力的介子理论媒介粒子的质量估计最大能量转移：虚粒子质量：电磁力：m=0

x

txt核力

核力的介子理论核力介子介子质量估计：1947年发现介子：ppppppppnnnn

+

0

费米气体模型费米气体模型-BEF,nV0Ec质子阱中子阱EF,p费米气体模型费米能级费米半径状态数费米气体模型中子数费米能量费米气体模型核子的最大动能费米气体模型核子的平均动能原子核的平均动能费米气体模型对称能设Z-N=则原子核平均动能原子核的壳层模型核素丰度在自然界中，4He,16O,40Ca,60Ni,88Sr,90Zr,120Ba,140Ce,208Pb的含量明显比其附近核素的含量多；在稳定核素中，中子数N=20,28,50,82的中子素最多原子核的壳层模型质子数Z=20,28,50,82的稳定同位素的数目比紧邻的元素多结合能的变化中子结合能为幻数时极小基于液滴模型的总结合能在中子数或质子数为幻数时，与实验值偏离最大原子核的壳层模型第一激发态N120A2021282101242061262081222041302120.960.900.802.610.800.81MeVPb原子核的壳层模型自旋-轨道耦合项1949年，Mayer和Jensen在势阱中加入了自旋-轨道耦合项，从而成功地解释了幻数的存在。Vs-p=

C(r)s·l=0.5C(r)[j2-l2-s2]原子核的壳层模型附加能量能级分裂原子核内的自旋-轨道耦合相当强，所引起的能级分裂相当大原子核的壳层模型核子的自由运动任何一个核子在其它核子形成的平均势场中运动，由于泡利不相容原理，相邻的能级均已经被占满，核子一般不能进行能导致改变状态的碰撞，所以，核子在核内相当自由地运动，始终保持在一个特定的能态上。原子核的壳层模型壳层模型的改进“剩余”相互作用：除了自旋-轨道耦合以外，还应考虑核子间存在的“剩余”相互作用，即除了平均场以外的部分。对关联：实验表明：两个同类核子间可以存在重要的相互作用，即对关联。类似于超导理论的Cooper对。对关联只对除了磁量子数相反，而其它状态完全相同的核子起作用。组态混合：类似于原子结构中的电子组态混合。变形核修正：取变形单粒子势。原子核的壳层模型对核基态的自旋和宇称的解释闭壳层内的核子对角动量的贡献为0，所以闭壳层外有一个核子（或层内有一个空穴）的原子核的基态自旋和宇称就取决于这个核子（或空穴）。偶数中子或偶数质子对角动量没有贡献。偶偶核的基态自旋一定为0，宇称为正。奇奇核的自旋则取决于最后一个中子和最后一个质子之间的耦合，而且自旋一定是整数。原子核的壳层模型原子核的壳层模型原子核的壳层模型对核的基态磁矩的预告偶偶核的基态自旋为零，所以磁矩为0。奇A核，磁矩由最后一个核子的角动量决定（单粒子模型），即I=j。因为：原子核的壳层模型因为：原子核的壳层模型对于奇质子的奇A核，gl=1,gs=5.58对于奇中子的奇A核，gl=1,gs=-3.82原子核的壳层模型奇Z核的磁矩随自旋的变化Schmidt线Schmidt线原子核的壳层模型奇N核的磁矩随自旋的变化Schmidt线Schmidt线原子核的壳层模型壳层理论的单粒子模型不能正确预言奇A核的基态磁矩，但给出了与实验一致的趋势。在已知奇A核的自旋时，通过磁矩的测量，可以根据Schmidt线确定此原子核最外面一个核子的轨道角动量和原子核的宇称。原子核的壳层模型对原子核的基态电四极距的预测单粒子壳层模型：奇A核电四极距完全由最外一个核子所决定。奇中子不带电，所以不会产生电四极距；奇质子的电四极距：原子核的壳层模型原子核的壳层模型双幻1质子双幻+1质子Q<0双幻-1质子Q>0原子核的壳层模型原子核壳层模型的其他应用原子核

衰变的跃迁级次原子核的跃迁概率的定性说明核反应同核异能素岛的解释对原子核低激发态自旋和宇称的解释核内存在一平均场，核子在平均场中独立运动，存在很强的自旋-轨道耦合；壳层模型对幻数附近的应用较好，对远离幻数的原子核的应用有一定困难。原子核的集体模型偶偶核的低激发能级规律双幻数核附近：粒子能级

壳层模型可以解释离双幻数核稍远：振动能级

具有谐振子能级的特点远离双幻数核：转动能级

具有双原子分子的转动能级的特点E0E2E4E6024601h

2h

原子核的集体模型集体模型：以壳层模型为基础，即认为核子在平均场中独立运动并形成壳层结构；同时，原子核可以发生形变并产生转动和振动等集体运动。原子核产生形变的原因：外壳层核子的概率分布不是球对称的，从而导致原子核出现非球形变化，但变化较小；外壳层核子的运动使满壳层上的核子受到一定的力的作用（极化作用），从而使核心变化导致形变。原子核的集体模型原子核的势能与形变的关系qca稳定球形不稳定球形稳定形变严重形变原子核的集体模型核的转动：原子核势场的方向在空间发生变化原子核的集体模型由于I为奇数的球谐函数为奇宇称，不满足无自旋核（偶偶核基态）的要求，