核子

实验测量证明，一个原子核的质量，总是比它所包含的等量自由质子和中子的总质量要小，这一差值称为原子核的质量亏损，也叫结合能。这意味着质子和中子组成原子核时放出了能量。反过来说，将原子核拆散时，需要输入与结合能相等的能量，这时的能量称为分离能。 1936 年开始，物理学家将原子核视为一个电荷均匀分布的球形液滴(液滴模型)，并将其的结合能可分为几部分：体积能BV(正值)、表面能BS(负值)、电荷(库仑)能BC。其中，前两项与质子和中子无关，库仑能是排斥的，所以为负。这样，对于给定核子数目的原子核，最稳定的几乎全由中子组成，这与事实不符。所以，需要考虑额外的效应。实际上，较轻的原子核中，质子数和中子数相等时最稳定，中子数的增加或者减少，其结合能都会减小，也就是说原子核中，质子数和中子数有趋于相等的趋势。这需要增加与此有关的一项，称为对称能项Ba，数值也应该是负的。随着质子数与中子数差别的增大，这一项的作用远比库仑项的大。这也是重原子核中，中子数要比质子数多很多的原因。另外，实验数据显示，原子核中核子成对时，也比不成对时稳定些，所以还应该增加与对效应有关的一项BP，对偶偶核(质子数和中子数都是偶数)该项为正，对奇奇(质子数和中子数都是奇数)核，该项为负，其余情况为0。原子核最后一个质子/中子的结合能(分离能)的大小表示了这个核相对临近核的稳定性。质子数或/和中子数为幻数时，最后一个核子的分离能变化非常剧烈。近年来对原子核结合能(质量)进行了更加深入的理论和实验研究，在考虑了核的对称能、壳效应和残余效应等的修正后，理论计算了2000 多个寿命较长的原子核的质量，可精确到大约350 keV。要知道原子核的总质量为931494.0×A(核子数)(keV)。原子核质量的实验测量最高精度可达到10-10，甚至更高。原子核质量的经验公式如下： B(Z,A) = BV + Bs + Bc + Ba + Bp。 总之，液滴模型初步解释了核子为什么能结合成原子核的问题。通过比结合能的变化趋势可以看出，非常重的一个原子核裂变成两个较轻的原子核时，或者是两个非常轻的原子核结合成一个原子核时，都会放出能量。这为核能的利用提供了理论基础