原子

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。 通过分析各种实验数据，人们发现，当中子数和质子数为2、8、20、28、50 和82，或中子数为126时，相对邻近核更稳定。这使得人们想起原子中电子的壳层分布，从而认为原子核中质子和中子也是一层一层填充的，而且每个核子都是在其余核子产生的平均场中独立运动(平均场的分布形式有着不同的假设，但都是一个中心力场)。这就是早期的壳层结构模型概念。但是按照中心力场的假设进行理论计算，并不能重现出这些幻数。后来，M.G.迈耶和J.H.D.詹森独立地指出在平均场中包含强的核子自旋-轨道(核子围绕原子核中心运行的轨迹)耦合力，这种耦合力可引起的能级*，导致某两个能级之间的差别明显变大，从而成功地解释了这些幻数的存在。他们利用壳模型还成功地解释了原子核的自旋、宇称、磁矩、β衰变和同质异能核素岛(同质异能核素是原子核的一种激发态，由于此激发态的角动量与该核基态的角动量相差较大，使其具有较长的寿命。在幻数核附近会存在许多同质异能核素，由此得名同质异能素岛)等实验事实。由于原子核壳层结构模型所获得的成功，及其在核物理研究中的重要作用，迈耶和詹森共同获得1963年诺贝尔物理学奖。 虽然平均场的思想使壳模型得了多方面的成功，但是它毕竟忽略了核子之间的剩余相互作用。所以，在20 世纪50 年代以后实验发现的一些新现象，如大电四极矩、磁矩、电磁跃迁几率，核激发的振动谱、转动谱，以及重偶偶核能谱中的能隙等，都不能用独立粒子壳模型解释。 1953 年，著名物理学家玻尔等人在壳模型的基础上，提出了原子核的集体模型，认为原子核内，除了核子在平均势场中的独立运动而形成壳层结构外，还存在一些核子的集体运动，而且，核子的独立运动与集体运动之间相互影响。核内一些核子的集体运动使得原子核发生了变形，从而产生了振动和转动。满壳核是球形的，满壳层外的核子有一定的运行轨道，因此，其分布就不会是球形的。这就会引起满壳内的核子分布形状发生变化。原因在于原子核内除平均场外，核子间还有剩余的相互作用，剩余作用引起核子之间关联。其中短程关联引起核子配对，描述这种关联的对模型可解释偶-偶核能谱中的能隙等现象。核子间的长程关联使核偏离球形、引起形变，从而原子核可以产生集体转动或振动；原子核大的电四极矩、电磁跃迁几率等就是这种集体运动的结果。集体模型解释了大量核转动能级的跃迁规律。为此，玻尔等人获得了1975年诺贝尔物理学奖。 核子到底为什么会结合能在一起？这还要从核子更深层次的结构说起。 原子核是由中子和质子两种费米子组成的微观量子体系。随着核物理，尤其是中高能核物理研究的深入，发现中子和质子并不是点状粒子，各自都有内部结构。它们是由夸克和胶子组成，夸克间通过交换胶子发生强相互作用(图6)。好像是胶子将夸克粘在一起而形成核子。这种强相互作用主要局限在夸克之间，但是，在核子之外也会有些残余，这就形成了核力。因此，核力不是一种基本的相互作用。弄清核子间相互作用即核力的性质，是核物理研究的终极目标之一。通过一个多世纪的持续努力，已对核力有了一些了解，但仍有很多不清楚的地方。 核力的有效力程约为3 费米(1 费米=10-15 米)，主要是吸引的作用(见图7)。这一性质导致核力的饱和性，即原子核中某个核子只与临近的几个核子之间存在着核力的作用，与那些远离的核子之间没有核力作用。这可以解释平均结合能的饱和性，即每个核子的平均结合能最大只有8 MeV左右。另一方面，核力具有排斥芯，即当两核子的距离小于0.4 费米时，相互之间出现排斥力，随着核子之间距离的进一步接近，排斥力急剧增加，从而阻止两核子继续接近，所以原子核具有不可压缩性，核密度接近常数。当然，如果施加更加巨大的外力，可以将核子间的距离进一步接近。两个核子重叠到一定程度后，就看不到独立的核子，会产生夸克-胶子等离子体。 操作点赞(1) 全部回复共85条 64x64 回复 1F 陕西科技大学-郭静怡 06-04 核力的有效力程约为3 费米(1 费米=10-15 米)，主要是吸引的作用(见图7)。这一性质导致核力的饱和性，即原子核中某个核子只与临近的几个核子之间存在着核力的作用，与那些远离的核子之间没有核力作用。这可以解释平均结合能的饱和性，即每个核子的平均结合能最大只有8 MeV左右。另一方面，核力具有排斥芯，即当两核子的距离小于0.4 费米时，相互之间出现排斥力，随着核子之间距离的进一步接近，排斥力急剧增加，从而阻止两核子继续接近，所以原子核具有不可压缩性，核密度接近常数。当然，如果施加更加巨大的外力，可以将核子间的距离进一步接近。两个核子重叠到一定程度后，就看不到独立的核子，会产生夸克-胶子等离子体。 64x64 回复 2F 陕西科技大学-张赢颢 06-04 核力的有效力程约为3 费米(1 费米=10-15 米)，主要是吸引的作用(见图7)。这一性质导致核力的饱和性，即原子核中某个核子只与临近的几个核子之间存在着核力的作用，与那些远离的核子之间没有核力作用。这可以解释平均结合能的饱和性，即每个核子的平均结合能最大只有8 MeV左右。另一方面，核力具有排斥芯，即当两核子的距离小于0.4 费米时，相互之间出现排斥力，随着核子之间距离的进一步接近，排斥力急剧增加，从而阻止两核子继续接近，所以原子核具有不可压缩性，核密度接近常数。当然，如果施加更加巨大的外力，可以将核子间的距离进一步接近。两个核子重叠到一定程度后，就看不到独立的核子，会产生夸克-胶子等离子体。 64x64 回复 3F 陕西科技大学-李燕 06-04 核力的有效力程约为3 费米(1 费米=10-15 米)，主要是吸引的作用(见图7)。这一性质导致核力的饱和性，即原子核中某个核子只与临近的几个核子之间存在着核力的作用，与那些远离的核子之间没有核力作用。这可以解释平均结合能的饱和性，即每个核子的平均结合能最大只有8 MeV左右。另一方面，核力具有排斥芯，即当两核子的距离小于0.4 费米时，相互之间出现排斥力，随着核子之间距离的进一步接近，排斥力急剧增加，从而阻止两核子继续接近，所以原子核具有不可压缩性，核密度接近常数。当然，如果施加更加巨大的外力，可以将核子间的距离进一步接近。两个核子重叠到一定程度后，就看不到独立的核子，会产生夸克-胶子等离子体。 64x64 回复 4F 陕西科技大学-叶宇峰 06-04 核力的有效力程约为3 费米(1 费米=10-15 米)，主要是吸引的作用(见图7)。这一性质导致核力的饱和性，即原子核中某个核子只与临近的几个核子之间存在着核力的作用，与那些远离的核子之间没有核力作用。这可以解释平均结合能的饱和性，即每个核子的平均结合能最大只有8 MeV左右。另一方面，核力具有排斥芯，即当两核子的距离小于0.4 费米时，相互之间出现排斥力，随着核子之间距离的进一步接近，排斥力急剧增加，从而阻止两核子继续接近，所以原子核具有不可压缩性，核密度接近常数。当然，如果施加更加巨大的外力，可以将核子间的距离进一步接近。两个核子重叠到一定程度后，就看不到独立的核子，会产生夸克-胶子等离子体。 64x64 回复 5F 陕西科技大学-孔思宇 06-04 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。 64x64 回复 6F 陕西科技大学-翟英凯 06-04 核力的有效力程约为3 费米(1 费米=10-15 米)，主要是吸引的作用(见图7)。这一性质导致核力的饱和性，即原子核中某个核子只与临近的几个核子之间存在着核力的作用，与那些远离的核子之间没有核力作用。这可以解释平均结合能的饱和性，即每个核子的平均结合能最大只有8 MeV左右。另一方面，核力具有排斥芯，即当两核子的距离小于0.4 费米时，相互之间出现排斥力，随着核子之间距离的进一步接近，排斥力急剧增加，从而阻止两核子继续接近，所以原子核具有不可压缩性，核密度接近常数。当然，如果施加更加巨大的外力，可以将核子间的距离进一步接近。两个核子重叠到一定程度后，就看不到独立的核子，会产生夸克-胶子等离子体。 64x64 回复 7F 陕西科技大学-闫一和 06-04 核力的有效力程约为3 费米(1 费米=10-15 米)，主要是吸引的作用(见图7)。这一性质导致核力的饱和性，即原子核中某个核子只与临近的几个核子之间存在着核力的作用，与那些远离的核子之间没有核力作用。这可以解释平均结合能的饱和性，即每个核子的平均结合能最大只有8 MeV左右。另一方面，核力具有排斥芯，即当两核子的距离小于0.4 费米时，相互之间出现排斥力，随着核子之间距离的进一步接近，排斥力急剧增加，从而阻止两核子继续接近，所以原子核具有不可压缩性，核密度接近常数。当然，如果施加更加巨大的外力，可以将核子间的距离进一步接近。两个核子重叠到一定程度后，就看不到独立的核子，会产生夸克-胶子等离子体。 64x64 回复 8F 陕西科技大学-程鑫涛 06-05 )，主要是吸引的作用(见图7)。这一性质导致核力的饱和性，即原子核中某个核子只与临近的几个核子之间存在着核力的作用，与那些远离的核子之间没有核力作用。这可以解释平均结合能的饱和性，即每个核子的平均结合能最大只有8 MeV左右。另一方面，核力具有排斥芯，即当两核子的距离小于0.4 费米时，相互之间出现排斥力，随着核子之间距离的进一步接近，排斥力急剧增加，从而阻止两核子继续接近，所以原子核具有不可压缩性，核密度接近常数。当然，如果施加更加巨大的 64x64 回复 9F 陕西科技大学-李超 06-05 ，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