原子核的基本性質

關于原子核的基本性質第一頁，共三十頁，2022年，8月28日第一節(jié)原子核的電荷、質量和半徑一、組成原子核＝質子＋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)＝質子數(shù)實驗上，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、質子或者其它原子核與核作用，得到經(jīng)驗公式：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.改進公式：4.實驗表明：對中質比大的原子核，中子的分布半徑比質子的大，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量為：核物質的密度：即，一個火柴盒那樣大體積的核物質的重量為10億噸。第六頁，共三十頁，2022年，8月28日四、質量和結合能原子核的液滴模型1.質量：核質量＝原子質量－核外電子總質量實際中，常近似用原子質量。原子質量單位：由質能關系：電子靜止質量：第七頁，共三十頁，2022年，8月28日2.結合能（1）質量虧損：（2）結合能：上式說明核子結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，此即結合能B(Z,A)（3）比結合能：第八頁，共三十頁，2022年，8月28日1.當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A>30時，比結合能大約等于8MeV，說明原子核的結合能與核子數(shù)成正比。3.曲線的形狀是中間高，兩邊低。中等質量的核結合的比較緊，輕核核重核結合的比較松，核能的利用。例如：吸收一個中子后可以裂變成兩個中等質量的碎片核，比結合能由7.6Mev增大到8.5Mev。同理輕核的聚變，結合能也由小變大，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：以實驗為根據(jù)，提出原子核結構或者反應機制的某種模型，通過理論和更多實驗結果比較，以檢驗模型的正確性，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）液滴模型的實驗根據(jù)。一、原子核的比結合能幾乎為常量，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，結合能半經(jīng)驗公式：由B可以得到相應的質量半經(jīng)驗公式：局限性：只能給出一個平均變化趨勢，不能反映核內(nèi)部的精細結構。(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＝中子和質子的自旋角動量+相對軌道角動量二、實驗上可以測定核的自旋（原子光譜線的超精細結構）。原子發(fā)光？精細結構？光譜的超精細結構：由于核的自旋與電子的總角動量相互作用的結果。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）利用超精細結構譜線的相對強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日實驗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，分別是譜線的相對強度，則有：超精細結構譜線的相對強度正比于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驗數(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:軌道運動的磁矩:二.核子的磁矩質子自旋的磁矩:中子自旋的磁矩:第十九頁，共三十頁，2022年，8月28日理論上，應該與電子類似，但，實驗證明：這說明：核子不是點粒子，應該具有內(nèi)部結構。三.原子核的磁矩：所有核子軌道磁矩與自旋磁矩矢量和。實驗上，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驗表明，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，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驗上，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？在實驗室坐標系中，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立運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：只有當原子核的狀態(tài)改變時，即核內(nèi)中子和質子狀態(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)計性質費米子：自旋為半整數(shù)。電子，質子，中子，中微子，介子等。符合Feimi－Dirac統(tǒng)計律。玻色子：自旋為整數(shù)。光子，粒子，介子等。符合Bose－Einstein統(tǒng)計律。對于原子核的自旋，由質量數(shù)A決定，所以，奇A核是費子，偶A核是玻色子費米子系統(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.