§5 核模型.ppt

1、什么是模型？模特是奧地利的火車時(shí)刻表。奧地利的火車經(jīng)常誤點(diǎn)，乘客們問列車員：“為什么需要時(shí)刻表？”售票員回答說?！耙袝r(shí)間表才能知道火車的誤點(diǎn)！”V.F.Weisskopf，5原子核模型，關(guān)于原子核結(jié)構(gòu)的理論面臨兩個(gè)重要問題：1 .核力的性質(zhì)問題；使用楊紫動(dòng)力學(xué)。因此，今天有關(guān)原子核結(jié)構(gòu)的理論大部分是反相理論。也就是說，在特定實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)原子核進(jìn)行某種模型假說，描述和解釋原子核的某些性質(zhì)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其正確性，不斷修改和完善。1 .費(fèi)米氣體模型，氣體模型是E.Fermi在1932年提出的最原始人獨(dú)立粒子模型。他把原子核(中子和質(zhì)子)看作幾乎沒有相互作用的氣體分子，將原子核簡(jiǎn)化為球體，使

2、原子核在其中運(yùn)動(dòng)，并遵守Pauli不相容原理。每一個(gè)核都充當(dāng)由另一個(gè)核形成的總力場(chǎng)，好像都在一個(gè)勢(shì)阱中。因?yàn)楹耸琴M(fèi)米子，所以核可以看作費(fèi)米子，所以制約原子核中子運(yùn)動(dòng)的主要因素是Pauli不相容原理。(阿爾伯特愛因斯坦，Northern Exposure，原子核)中子和質(zhì)子有電荷差異，因此原子核的形狀和深度各不相同。實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)合能，基態(tài)中核的最高能級(jí)位置，費(fèi)米能級(jí)費(fèi)米半徑能量狀態(tài)數(shù)，能量狀態(tài)數(shù)為1/8球體體積，D為勢(shì)阱寬度，三維勢(shì)阱只有一個(gè)基態(tài)：(1，1，1)；但是，第一個(gè)引用狀態(tài)(能量相同且簡(jiǎn)潔)有三種：(2，1，1)、(1，2，1)和(1，1，2)。隨著能量的增加，簡(jiǎn)潔也隨之提高。中子數(shù)費(fèi)

3、米能，在每個(gè)能量狀態(tài)下，有兩個(gè)粒子，原子核體積，原子核的最大動(dòng)量原子核的平均動(dòng)能原子核的平均動(dòng)能，對(duì)稱能量設(shè)定Z-N=原子核平均動(dòng)能，氣體模型的成功是可以證明質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)相同的原子核是最穩(wěn)定的。這個(gè)結(jié)論與事實(shí)相符。此外，用氣體模型計(jì)算的核深度與其他方法的結(jié)果相似。但是這個(gè)模型不考慮核之間的強(qiáng)大相互作用，太簡(jiǎn)單了，很難解釋后來發(fā)現(xiàn)的很多新事實(shí)。2 .外殼模型、原子核外殼模型是邁爾夫人和簡(jiǎn)森(J.H.D.Jensen)在1949年分別獨(dú)立提出的。在此之前，關(guān)于原子核的實(shí)驗(yàn)事實(shí)不斷積累，1930年后不久，我想到原子核的結(jié)構(gòu)可以從原子外殼的結(jié)構(gòu)中借用。因?yàn)樽匀唤缰写嬖谝幌盗谢煤?。也就是說，當(dāng)質(zhì)子和中

4、子的數(shù)量分別等于幻數(shù)時(shí)，原子核特別穩(wěn)定。這與元素的周期性很相似，原子的殼結(jié)構(gòu)理論是基于周期性這一事實(shí)。但是，最初的嘗試失敗了。人們?cè)诤俗舆\(yùn)動(dòng)中解了薛定諤方程，但沒有得到實(shí)驗(yàn)這樣的幻數(shù)。此外，觀念與外殼模型相反的水滴模型也相當(dāng)成功，對(duì)外殼模型自然采取了否定態(tài)度。之后，支持幻核存在的實(shí)驗(yàn)事實(shí)不斷增加，無論是氣體模型還是水滴模型，都無法說明這一事實(shí)。到1949年，邁爾和簡(jiǎn)森在權(quán)力井中添加了自旋軌道耦合，所以終于成功地解釋了幻數(shù)，計(jì)算了與實(shí)驗(yàn)完全一致的結(jié)果。1，提出的依據(jù)：核素豐度：自然界中4HE，16O，40ca，60ni，88sr，90zr，120ba，140ce，208pb的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過附近核素

5、的含量。穩(wěn)定核素中中子數(shù)N=20，28，50，82的中子最多。質(zhì)子數(shù)Z=20，28，50，82的穩(wěn)定同位素?cái)?shù)比緊鄰的元素多。中子結(jié)合能是指原子核俘獲中子并釋放的能量。實(shí)驗(yàn)表明，如果原子核的中子數(shù)為8，20，中子耦合可能小于相鄰的原子核。這表明幻數(shù)核具有更好的穩(wěn)定性，對(duì)質(zhì)子數(shù)為幻數(shù)的核俘獲質(zhì)子的情況也是如此。(莎士比亞、溫斯頓、質(zhì)子、質(zhì)子、質(zhì)子、質(zhì)子、質(zhì)子、質(zhì)子、質(zhì)子)，液滴模型建立的半經(jīng)驗(yàn)公式和核結(jié)核能量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本上隨著核數(shù)的變化而平滑。它反映了核的平均特性，對(duì)于某些特殊核的特性，沒有反映液滴模型。因此，中子數(shù)或質(zhì)子數(shù)等于幻數(shù)時(shí)，液滴模型的半經(jīng)驗(yàn)公式與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差很大。Bexp比Bth大得

6、多，這表明幻核比一般原子核更堅(jiān)硬。Pb的第一個(gè)發(fā)生狀態(tài)，衰變的能量可以對(duì)大多數(shù)放射性元素直線連接同一元素的各種同位素的衰變，其斜率為負(fù)值。但是，在A209213范圍內(nèi)，Bi、Po、At、Rn出現(xiàn)異常，吳宣儀傾斜變?yōu)檎龜?shù)。這個(gè)可用中子數(shù)N126被解釋為幻數(shù)。最后中子的結(jié)合能，電死矩Q隨著奇數(shù)中子數(shù)或奇數(shù)質(zhì)子數(shù)的變化而變化，2，基本思想：與原子的核外電子的運(yùn)動(dòng)相比，如果原子核具有殼結(jié)構(gòu)，就必須滿足以下幾個(gè)要求。原子核的各能量級(jí)，可以內(nèi)納的原子核數(shù)有一定的限制。原子核對(duì)類似于球體的原子核有心的平均場(chǎng)。(阿爾伯特愛因斯坦，Northern Exposure，核)每個(gè)核的運(yùn)動(dòng)幾乎是獨(dú)立的。兩個(gè)假設(shè)：原子

7、核沒有與原子相似的心力場(chǎng)，但我認(rèn)為仍然存在這樣的平均場(chǎng)。也就是說，原子核的每個(gè)核在剩余(A-1)核的平均球?qū)ΨQ勢(shì)場(chǎng)(磁協(xié)商場(chǎng))內(nèi)運(yùn)動(dòng)。核的平均自由過程很短，但pauli不相容原理限制了同一能量級(jí)的核數(shù)。也就是說，核徐璐碰撞的可能性不是很高，認(rèn)為核在進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。質(zhì)子和中子從低能級(jí)到高能級(jí)，分別按照自己的軌道排列，原子核的自旋和軌道有很強(qiáng)的耦合。3，理論計(jì)算：選擇使用Schrodinger方程計(jì)算單個(gè)粒子能量水平的晶體力場(chǎng)。通過對(duì)正交勢(shì)阱、Woods-Saxon勢(shì)阱、諧振勢(shì)阱、上述兩個(gè)勢(shì)阱能量的調(diào)查，可以看出，即使在邊界上分別使用這兩個(gè)勢(shì)阱，如果在中間使用插值方法，我們也不能得到所有的幻數(shù)，但只

8、能得到前三個(gè)2，8，問題的本質(zhì)是勢(shì)阱的邊界也很重要，但是勢(shì)阱的邊界也很重要。(2) 2，(6) 8，(10)，(2) 20，(14) 34，(6) 40，1949年梅爾和詹森在勢(shì)阱中添加了自旋，順序，柱頭核子數(shù)在50以下時(shí)質(zhì)子和中子的能量等級(jí)相同。但是如果原子核超過50個(gè)，質(zhì)子和中子的能量差距就會(huì)擴(kuò)大，排序順序也會(huì)發(fā)生變化。殼理論預(yù)言，82以后的質(zhì)子幻數(shù)可能是114。126以后的中子幻數(shù)為184。并且理論上預(yù)測(cè)，質(zhì)子數(shù)為114、中子數(shù)為184的核是雙幻核，其核及其附近的核可能具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性。它們比普通的中核重，所以被稱為超重核。但是實(shí)驗(yàn)中還沒有發(fā)現(xiàn)。這也是未來核物理的重要研究方向。4，應(yīng)用殼

9、模型：1。關(guān)于原子核基態(tài)的自旋和宇稱的說明閉合殼內(nèi)的核對(duì)角動(dòng)量的貢獻(xiàn)為零，因此閉合殼外有核(或?qū)觾?nèi)有一個(gè)孔)的原子核的基態(tài)自旋和宇稱取決于這個(gè)核(或空穴)。偶數(shù)中子或偶數(shù)質(zhì)子對(duì)角動(dòng)量沒有貢獻(xiàn)。偶核的基態(tài)自旋必須為0，叫正。氣A核的基態(tài)自旋和宇稱取決于最后的那個(gè)核。奇核的自旋和宇稱取決于最后一個(gè)中子和最后一個(gè)質(zhì)子之間的結(jié)合，自旋必須是整數(shù)。2 .原子核的紀(jì)寧狀態(tài)磁矩的預(yù)測(cè)偶核的紀(jì)寧狀態(tài)自旋為零，因此磁矩為零。氣A核，磁矩由最后一個(gè)核的角動(dòng)量(單粒子模型)I=j確定。因?yàn)椋浩鏀?shù)A核gl=1，GS=5.58奇數(shù)中子的奇數(shù)A核gl=0，GS=-3.82，奇數(shù)Z核的磁矩隨著自旋而變化。當(dāng)你知道Schmi

10、dt線，Schmidt線，奇數(shù)N核的磁力矩器A核的自旋時(shí)，通過磁矩測(cè)量，你可以根據(jù)Schmidt線確定這個(gè)原子核最外層核的軌道角動(dòng)量和原子核的宇稱。3 .原子核的基態(tài)電射極矩的預(yù)測(cè)單粒子殼模型：氣A原子射極矩完全由最外層的核決定。奇數(shù)中子不會(huì)充電，因此不會(huì)產(chǎn)生電、四極矩。在奇數(shù)Z偶N核的整個(gè)殼外，P個(gè)質(zhì)子在角動(dòng)量為J的能量級(jí)時(shí)，計(jì)算如下：雙幻1質(zhì)子，4。原子核殼模型的其他應(yīng)用原子核衰變的轉(zhuǎn)移級(jí)二次原子核的轉(zhuǎn)移概率的定性說明表明，核反應(yīng)對(duì)原子核的低發(fā)生狀態(tài)自旋和宇明的說明核有平均場(chǎng)，核在平均場(chǎng)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，有強(qiáng)自旋-軌道。殼模型在幻數(shù)附近的應(yīng)用比較好，離幻數(shù)較遠(yuǎn)的原子核的應(yīng)用有一定的困難?？茖W(xué)家在人

11、工硅同位素中發(fā)現(xiàn)了新的物理“幻數(shù)”2005.6.16，英國(guó)和美國(guó)的科學(xué)家在16日出版的自然雜志上報(bào)道，人工硅同位素的性質(zhì)證明了14度驚人的物理“幻數(shù)”。原子核由質(zhì)子和中子組成，如果質(zhì)子或中子是特定的數(shù)字，或者兩者都匹配，那么原子核就很穩(wěn)定，科學(xué)家稱之為“幻數(shù)”。到目前為止，發(fā)現(xiàn)的幻數(shù)是2，8，20，28，50，82，126。自然界中廣泛存在的氦、氧、鈣、鎳、錫、鋁的質(zhì)子、中子都符合魔法條件。這些元素很穩(wěn)定，因?yàn)檫@些原子核的質(zhì)子和中子集體填充了某些能量級(jí)，而非有理核轉(zhuǎn)移到更高的能量級(jí)。但是被發(fā)現(xiàn)有其他幻數(shù)。英國(guó)薩里大學(xué)和美國(guó)佛羅里達(dá)州立大學(xué)的科學(xué)家在這份最新報(bào)告中指出，放射性人造硅同位素硅42有

12、14個(gè)質(zhì)子，28個(gè)中子，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，似乎有雙份。研究人員指出，8到20之間有一些小的能量級(jí)，但能量級(jí)的差異不大，無法表示幻數(shù)。這也是為什么普通質(zhì)子和中子都是14的硅沒有其他“神奇元素”那么穩(wěn)定的原因。但是科學(xué)家們指出，隨著原子核數(shù)量的增加，核的相對(duì)能量級(jí)可能會(huì)發(fā)生變化。他們認(rèn)為人造硅42比普通硅核多14個(gè)中子，因此成為14度幻數(shù)。(比爾蓋茨，原子力，原子力，原子力，原子力，原子力，原子力，原子力，原子力，原子力，原子力，原子力，原子力)科學(xué)家們說，尋找幻想數(shù)對(duì)開發(fā)許多“多中子同位素”非常重要。理解原子核的能量級(jí)結(jié)構(gòu)也是對(duì)楊紫理論的考驗(yàn)，對(duì)理解發(fā)生一系列核反應(yīng)的超新星爆炸也很重要。恒星的爆炸和

13、死亡創(chuàng)造了所有比鐵更重的元素。爆炸過程中釋放出大量中子，與原子結(jié)合，短暫出現(xiàn)了類似硅42的“多中子同位素”。，3 .集體模型、殼模型很好地說明了大部分核基態(tài)的自旋和宇稱，核的紀(jì)寧狀態(tài)磁矩也能得到與實(shí)驗(yàn)大致一致的結(jié)果。但是對(duì)電歷史劇力矩的預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)值大不相同。對(duì)核級(jí)間轉(zhuǎn)移率的計(jì)算也遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)值，因此導(dǎo)致核的集體模型的誕生。(莎士比亞，原子力，原子力，原子力，原子力，原子力，原子力，原子力)，集體模型是1953年A.Bohr和B.B.Mottelson提出的。在他們之前，L.J.Rainwater1950年指出，具有大電極矩的核(牛)不是球形，而是原子被核永久變形。原子核內(nèi)的大部分核都在核里，核也

14、占據(jù)了大部分電荷，因此即使發(fā)生小的形變，也會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的偶極矩?；谶@個(gè)思想，玻爾和莫特森提出了集體模型。他們指出，不僅要考慮核的單一運(yùn)動(dòng)，還要考慮核的集體運(yùn)動(dòng)。集體模型(綜合模型)實(shí)際上是原子核中單一粒子運(yùn)動(dòng)和集體運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一描述的反現(xiàn)象理論。群組模型：以殼模型為基礎(chǔ)。也就是說，核在平均場(chǎng)中獨(dú)立移動(dòng)，并形成殼結(jié)構(gòu)。同時(shí)，原子核會(huì)變形，引起旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)等集體運(yùn)動(dòng)。原子核變形的原因：殼核的概率分布不是球形對(duì)稱的，核發(fā)生非球形變化，但變化較少。殼核的運(yùn)動(dòng)使整個(gè)殼核產(chǎn)生一定的力作用(極化作用)，從而使核心變化變形。偶核的低激發(fā)能量準(zhǔn)則雙幻核附近：粒子能量準(zhǔn)級(jí)殼模型可以解釋為離雙幻數(shù)核稍遠(yuǎn)。振動(dòng)能量級(jí)具有諧振子能量級(jí)的特征離雙幻方水核很遠(yuǎn)。旋轉(zhuǎn)能量級(jí)是雙原子分子的旋轉(zhuǎn)能量級(jí)的特征，60A150 190A220，150A190 220A，原子核的旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)，原子核的勢(shì)能和形變的關(guān)系，原子核的旋轉(zhuǎn)：原子核的勢(shì)能場(chǎng)的方向與空間變化引起的旋轉(zhuǎn)不同，或者說，原子核的旋轉(zhuǎn)不同于剛體的旋轉(zhuǎn)，也就是說，原子核的旋轉(zhuǎn)使原子核受到一定的離心力，能量水平低時(shí)旋轉(zhuǎn)緩慢，離心力小，可以忽略。能量水平越高，旋轉(zhuǎn)越快，離心力越大，產(chǎn)生的變形也越大，轉(zhuǎn)動(dòng)