原子核的基本性質(zhì)

關(guān)于原子核的基本性質(zhì)第一頁，共三十頁，2022年，8月28日第一節(jié)原子核的電荷、質(zhì)量和半徑一、組成原子核＝質(zhì)子＋中子核子同位素(Isotope):Z相同同中子素(Isotone):A-Z相同同量異位素(Isobar):A相同同量異能素(Isomer):能量狀態(tài)不同鏡像核(mirrornuclei):A相同,質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)互換第二頁，共三十頁，2022年，8月28日二、電荷電荷數(shù)＝原子序數(shù)＝質(zhì)子數(shù)實(shí)驗(yàn)上，測量電荷的方法（之一）：1913年，莫塞萊（）提出，元素放出的特征X射線頻率v與原子序數(shù)Z之間的關(guān)系:第三頁，共三十頁，2022年，8月28日三、半徑原子核是接近球形的不能直接測量，通過原子核與其它粒子相互作用間接測量.1.核力作用半徑通過中子、質(zhì)子或者其它原子核與核作用，得到經(jīng)驗(yàn)公式：原子核n,p第四頁，共三十頁，2022年，8月28日2.電荷分布半徑：用高能電子在原子核上的散射，要求：電子的波長必須小于核的半徑，即要求電子的能量高3.改進(jìn)公式：4.實(shí)驗(yàn)表明：對中質(zhì)比大的原子核，中子的分布半徑比質(zhì)子的大，出現(xiàn)“中子皮”，“中子暈”。高能電子第五頁，共三十頁，2022年，8月28日5.估計(jì)核的密度即：每個核子所占的體積近似為一常量。則，核子密度每個核子的質(zhì)量為：核物質(zhì)的密度：即，一個火柴盒那樣大體積的核物質(zhì)的重量為10億噸。第六頁，共三十頁，2022年，8月28日四、質(zhì)量和結(jié)合能原子核的液滴模型1.質(zhì)量：核質(zhì)量＝原子質(zhì)量－核外電子總質(zhì)量實(shí)際中，常近似用原子質(zhì)量。原子質(zhì)量單位：由質(zhì)能關(guān)系：電子靜止質(zhì)量：第七頁，共三十頁，2022年，8月28日2.結(jié)合能（1）質(zhì)量虧損：（2）結(jié)合能：上式說明核子結(jié)合成原子核時要放出能量，或者說把原子核打碎成自由核子要給予能量，此即結(jié)合能B(Z,A)（3）比結(jié)合能：第八頁，共三十頁，2022年，8月28日1.當(dāng)A<30時，曲線的趨勢是上升的，但有明顯的起伏，峰的位置是偶偶核。2.當(dāng)A>30時，比結(jié)合能大約等于8MeV，說明原子核的結(jié)合能與核子數(shù)成正比。3.曲線的形狀是中間高，兩邊低。中等質(zhì)量的核結(jié)合的比較緊，輕核核重核結(jié)合的比較松，核能的利用。例如：吸收一個中子后可以裂變成兩個中等質(zhì)量的碎片核，比結(jié)合能由7.6Mev增大到8.5Mev。同理輕核的聚變，結(jié)合能也由小變大，有巨大能量釋放出來。第九頁，共三十頁，2022年，8月28日例：第十頁，共三十頁，2022年，8月28日3.液滴模型模型法：以實(shí)驗(yàn)為根據(jù)，提出原子核結(jié)構(gòu)或者反應(yīng)機(jī)制的某種模型，通過理論和更多實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，以檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼_性，并確定其適用范圍。由于核子之間的作用還不清楚，所以常用一種唯象的方法。（1）液滴模型的實(shí)驗(yàn)根據(jù)。一、原子核的比結(jié)合能幾乎為常量，說明核子之間的相互作用力具有飽和性，與液體分子力的飽和性類似。二、體積近似正比于核子數(shù)，即核物質(zhì)密度幾乎是常量，不可壓縮性，與液體類似。因此，把原子核看成帶電的液滴。第十一頁，共三十頁，2022年，8月28日（2）魏扎克（Weizsacker）公式1935年，結(jié)合能半經(jīng)驗(yàn)公式：由B可以得到相應(yīng)的質(zhì)量半經(jīng)驗(yàn)公式：局限性：只能給出一個平均變化趨勢，不能反映核內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)。(2).8頁第十二頁，共三十頁，2022年，8月28日第二節(jié)原子核的自旋一、原子核的自旋＝原子核的角動量＝中子和質(zhì)子的自旋角動量+相對軌道角動量二、實(shí)驗(yàn)上可以測定核的自旋（原子光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)）。原子發(fā)光？精細(xì)結(jié)構(gòu)？光譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)：由于核的自旋與電子的總角動量相互作用的結(jié)果。I是原子核的自旋量子數(shù)第十三頁，共三十頁，2022年，8月28日（1）所以，只要定出子能級的數(shù)目就可以確定原子核的自旋（2）采用“能級間距法則”來求得原子核自旋（3）利用超精細(xì)結(jié)構(gòu)譜線的相對強(qiáng)度測定核的自旋能級分裂成第十四頁，共三十頁，2022年，8月28日第十五頁，共三十頁，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)測得這些能級間距比值后，即可由上式定出核的自旋。前提是只有能級分裂不止兩個時。第十六頁，共三十頁，2022年，8月28日設(shè)，分別是譜線的相對強(qiáng)度，則有：超精細(xì)結(jié)構(gòu)譜線的相對強(qiáng)度正比于2F+1，第十七頁，共三十頁，2022年，8月28日通過分析核自旋的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到以下兩條規(guī)律：一、偶A核的自旋為整數(shù)。其中，偶偶核的I＝0二、奇A核的自旋為半整數(shù)。第十八頁，共三十頁，2022年，8月28日第三節(jié)原子核的磁矩一.原子中電子的磁矩自旋的磁矩:軌道運(yùn)動的磁矩:二.核子的磁矩質(zhì)子自旋的磁矩:中子自旋的磁矩:第十九頁，共三十頁，2022年，8月28日理論上，應(yīng)該與電子類似，但，實(shí)驗(yàn)證明：這說明：核子不是點(diǎn)粒子，應(yīng)該具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。三.原子核的磁矩：所有核子軌道磁矩與自旋磁矩矢量和。實(shí)驗(yàn)上，測量磁矩的方法主要是核磁共振法。第二十頁，共三十頁，2022年，8月28日第四節(jié)原子核的電四極矩實(shí)驗(yàn)表明，大多數(shù)原子核的形狀是偏離球形不大的軸對稱橢圓，即：原子核具有電四極矩。設(shè)，原子核有電荷Ze，均勻分布于核內(nèi)，在原子核對稱軸Z上的電勢為zdtRyx第二十一頁，共三十頁，2022年，8月28日定義核的電四極矩：第二十二頁，共三十頁，2022年，8月28日電四極矩表示原子核的形狀。設(shè)一個長軸為c，另外一個軸為a，作業(yè)第二十三頁，共三十頁，2022年，8月28日引入形變參量：R為與橢球同體積的球的半徑實(shí)驗(yàn)上，通過測定約化躍遷幾率得出電四極矩說明：以上指的是內(nèi)稟電四極矩？在實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中，第二十四頁，共三十頁，2022年，8月28日第五節(jié)原子核的宇稱宇稱：微觀物理領(lǐng)域中特有的概念，描述微觀體系狀態(tài)波函數(shù)的一種空間反演第二十五頁，共三十頁，2022年，8月28日原子核的宇稱原子核狀態(tài)可以近似地用有心場中獨(dú)立運(yùn)動的諸核子的波函數(shù)的乘積來描寫?？臻g反演下，反演后：則：單核子波函數(shù)為：第二十六頁，共三十頁，2022年，8月28日原子核的宇稱：只有當(dāng)原子核的狀態(tài)改變時，即核內(nèi)中子和質(zhì)子狀態(tài)改變時，原子核的宇稱才會發(fā)生變化在弱相互作用下，宇稱不守恒。（1956年，楊振寧，李政道最早提出）第二十七頁，共三十頁，2022年，8月28日第六節(jié)原子核的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)費(fèi)米子：自旋為半整數(shù)。電子，質(zhì)子，中子，中微子，介子等。符合Feimi－Dirac統(tǒng)計(jì)律。玻色子：自旋為整數(shù)。光子，粒子，介子等。符合Bose－Einstein統(tǒng)計(jì)律。對于原子核的自旋，由質(zhì)量數(shù)A決定，所以，奇A核是費(fèi)子，偶A核是玻色子費(fèi)米子系統(tǒng)，波函數(shù)是交換反對稱的玻色子系統(tǒng)，波函數(shù)是交換對稱的第二十八頁，共三十頁，2022年，8月28日第七節(jié)原子核的同位旋一.