原子核的基本性质.ppt

1、第一章 原子核的基本性质,主要指原子核作为整体所具有的静态性质,一： 电荷、质量、大小、 二： 自旋、 三：磁矩、 四：电四极矩、 五：宇称、统计性、 六：同位旋,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(mirror nuclei): A相同,质子数和中子数互换,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（H.G.J.Moseley）提出， 元素放出的特征X射

2、线频率v与原子序数Z之间的关系:,三、 半径,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：,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”。,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。,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

3、量单位：,由质能关系：,电子静止质量：,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：,1.当A30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。,例：,3.液滴模型,模型法： 以实验为根据，提出原子核结构或

4、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。,（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,第二节 原子核的自旋,一、原子核的

5、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,（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,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。,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，,通过分析核自旋的实验数据，得到以下两条规

6、律：,一、偶A核的自旋为整数。其中，偶偶核的 I0,二、奇A核的自旋为半整数。,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:,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,定义核的电四极矩：,电四极矩表

7、示原子核的形状。,设一个长轴为c，另外一个轴为a，,作业,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,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：,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FeimiDirac统计律。,玻色子：自旋为整数。光子， 粒子， 介子等。 符合BoseEinstein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