原子核物理-第一章
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
原子核物理 第一章 原子核的基本特
性
华南理工大学电力学院
前言
• 原子核物理作为物理学的一个分支，主要研究 物质结构的一个层次，这个层次介于原子和粒 子物理层次之间，称之为原子核
• 通常原子被分为处于原子中心的原子核及绕核 运动的核外电子两部分，核外电子的运动构成 原子物理学的主要内容，而原子核的运动特性 就成了原子核物理学的主要研究对象
• 奇—奇核（质子数Z和中子数N均为奇数） 的自旋为整数，如6Li、10B、14N等
• 奇A核的自旋为半整数，1H、13C、15N等
• 上述统计规律可通过原子核的壳层模型 得到很好的解释
1.4 原子核的自旋和统计性
• 理论和实验分析表明任何微观粒子的自旋量子 数不是整数就是半整数，自旋为半整数的粒子 服从费米-狄拉克统计规律，称为费米子；自 旋为整数的粒子服从玻色-爱因斯坦分布，称 为玻色子
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
• 原子核最后一个核子的结合能是一个自 由核子与核的其余部分组成原子核时所 释放的能量
• 原子核的一个核子分离能是指从原子核 中分离出一个核子所要给予的能量
• 二者在数值上相等，反映了这种原子核 相对临近那些原子核的稳定程度
• 原子核的液滴模型——将核比做荷电的液滴
– 除轻核外，比结合能近似为常数，即结合能近似正 比于A，因为核的体积也正比于A，所以可认为结 合能正比于体积（类似于质量与体积的关系）
– 核物质的密度近似于常数，表明核子具有不可压缩 的特性
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
• 原子核液滴模型比结合能的半经验公式
• 对于轻核，当N=Z时核素具有 较好的稳定性
• 对于重核，Z增加使得库仑力的 排斥作用增强，必须通过增大N 抵消这一作用，从而中质比大 的重核稳定性较好
1.1 原子核的组成
• 将近一半的稳定核为偶偶核 • 稳定核中奇奇核的数目最少，只有2H、6Li、10B、14N
和18073Ta（钽） • 奇A核的数目介于二者之间，而且其中质子、中子为
• 对于N>103的核素，其寿命均不足一小时，有的甚至 只有毫秒数量级
• 理论预测可能在Z=114附近存在一个寿命较长的超重 元素岛，但目前尚未登岛成功
1.1 原子核的组成
• 目前已有的核素均存在于核素图的折线内，而理论所 预告的全部核素则存在于核素图中两条实线内，上面 （下面）实线为质子（中子）泄漏线，表明线上已不 能再结合质子（中子）
1.1 原子核的组成
• 天然存在的核素中有280多个是稳定核素，60多个是 寿命很长的天然放射性核素，自1934年以来共1600 多个放射性核素被成功制备
• 从Z=1到94的核素中除Z=43（锝）、61（钷）和93 （镎）外，其它都是自然界天然存在，而从Z=95到 112的核素则是通过人工方法合成
• 超精细结构是由于核的自旋与电子的总角动量相互作 用的结果，且因为核自旋比电子自旋的影响小得多， 所以这种能级分裂比精细结构小得多，此外能级越靠 近原子核，受这种分裂的影响越大
• 核的自旋PI与电子总角动量Pj耦合成原子的总角动量
1.4 原子核的自旋和统计性
• 偶—偶核（质子数Z和中子数N均为偶数） 的自旋为0，如4He、12C、16O等
• A<30时，曲线呈上升趋势，但有明显的起 伏，峰的位置都在A为4的整数倍的地方，且Z 和N相等并均为偶数，为偶-偶核
• A>30时，原子核的比结合能最高，而且几乎 接近于一个常数(ε≈8.6MeV·Nu-1)
• 重核（A>200）的比结合能比中等核的低
• 比结合能曲线的一般趋势是中间高、两边低
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
aS
A2
3
−
aC
Z2
( ) A1 3 − asym N − Z 2
A
+
BP
⎤ ⎦
c2
1.4 原子核的自旋和统计性
• 原子核的角动量通常称为核的自旋 • 中子和质子是具有自旋为1/2的粒子，
且在核内作复杂的相对运动，从而具有 相应的轨道角动量，所有这些角动量的 矢量和就是原子核的自旋
• 原子核的自旋反映了核的内禀特性，与 整个核的外部运动无关
1.4 原子核的自旋和统计性
• 原子核的自旋角动量等于 • 核自旋角动量在外磁场方向的投影等于
• 自旋量子数I是自旋角动量PI在外磁场方向投影的最大 值，通常用这个值来表示核的自旋的大小
• 核的自旋可以通过原子光谱的超精细结构进行测量 电子自旋是如何通过实验观察到的？
1.4 原子核的自旋和统计性
• 当比结合能从小变大将有核能释放，因 此也就决定了原子能的两种利用方式
– 重核裂变：一个重核分裂成两个中等质量的 核，如235U吸收一个中子变成236U并裂变成 两个中等质量核，一次放出约200Mev能量
– 轻核聚变：两个很轻的核聚合成一个重一些 的核，如氚和氘聚变成氦，一次放出约 20Mev能量
• 稳定核素几乎全部落在β稳定线上或紧靠曲线两侧， 该区域称为稳定区；对于轻核（Z<36）这条曲线与直 线Z=N重合，当N、Z增大至一定值后，稳定线逐渐向 N>Z的方向偏离，即轻稳定核素中质子数与中子数相 等，而重稳定核素中中子数多于质子数
1.1 原子核的组成
• 右图中，位于稳定线上侧的属 丰中子区，下侧属缺中子区， 左上侧（右下侧）的核素通过 β-（β+）衰变向β稳定线靠拢
1.1 原子核的组成
• 卢瑟福于1911年提出了原子的核式模型
– 正电荷和原子质量集中在原子中心r<10-12 cm的小范围内，这就是原子核
– 核外电子在核的库仑场中运动，这种核式结 构决定了原子的性质
• 原子核的大小只有原子大小的万分之 一，但却占了原子质量的99.9%以上
1.1 原子核的组成
• 那么结合能可以通过质量过剩进行计算
• 定义原子核中每个核子的平均结合能为比结合能
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
比结合能表 示了若把原 子核拆成自 由核子，平 均所需做的
功
原子核的比结合能ε的大小可以表征原子 核结合松紧的程度，ε越大的原子核结合
得越紧，ε较小的原子核结合得越松
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
• 实验指出核电荷分布（质子）半径近似正比于A1/3， 故R~ A1/3
1.2 原子核的大小（半径）
• 实验测得核力的作用半径也近似正比于A1/3，这一半 径反映了核物质的分布半径
• 核物质的分布半径略大于核电荷的分布半径，这表明 中子分布半径略大于质子分布半径，相当于核有一个 中子皮
• 原子核的质量分布近似正比于核子数A • 单位体积中的核子数近似等于常量 • 核物质的密度相当大
• 从广义角度考虑，当反应后系统质量减少则反应时系 统将释放能量，称之为放能变化，这一能量对应于系 统前后的动能差；反之系统需要吸收能量，称之为吸 能变化
• 当系统存在正的质量亏损，就伴随着能量的释放，该 能量称为原子核的结合能
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
• 所以原子核的结合能等于
• 通常在数据表中直接给出质量过剩——原子与构成该 原子全部核子的质量差与光速平方的乘积
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
• 原子核物理中常用的能量单位——电子伏特ev
• 质能方程 • 系统中质量的变化必然伴随着能量的变化，对于孤立
系统，总能量守恒、质量也必然守恒 • 质量与速度的变化规律
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
• 通过实验发现，原子核质量总小于组成它的核子质量 之和，即所有核素都存在正的质量亏损。设一原子核 质量为M，有Z个质子，N个中子，则质量亏损为
• 实验表明原子核是接近球形的，因此通常用核半径来 表示原子核的大小，核半径通常为（10-12~10-13）cm 数量级
• 均方根半径
∫ ∫ < r2 >1 2 = ⎡⎣ r2ρ (r ) dτ ρ (r ) dτ ⎤⎦1 2
• 等效均匀半径（假设原子核为一半径为R的均匀圆球）
∫ ∫ • 核< r电2 >荷1 2 =或⎢⎣⎡ 核0R 4物π r质4dr的0分R 4π布r2是dr⎥⎦⎤影1 2 响= 核3 5半R 径⇒ 的R =关5键3因< r素2 >1 2
• 通过液滴模型得到的比结合能与实验值总体上 具有较好的一致性，其中体积能在其中贡献最 大；对于轻核，表面能影响较大，而对于重核 则库仑能影响较大
• 由于液滴模型只能给出平均结果，所以计算值 在轻核处没有出现起伏现象
• 液滴模型的质量半经验公式
M
Baidu Nhomakorabea
(Z,
A)
=
ZM H
+(
A−
Z
) mn
−
⎡ ⎣
aV
A−
B = BV − BS − BC − Bsym + BP
• BV：体积能，结合能中贡献最大的项
• BS：表面能，考虑表面核子没有受到四周核子的包 围，因而相比之下结合能将减弱
• BC：库仑能，核内存在Z个质子，彼此之间存在库仑 力，导致比结合能的下降
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
• Bsym：对称能，当核内质子数与中子数不相等时将降 低比结合能
• 1913年莫塞莱提出了根据元素所放射出的特征 X射线频率测量原子核电荷的方法
1.1 原子核的组成
• 任何一个原子核都可以用AZXN来表示， N为核内中子数，Z为质子数，A=N+Z 为质量数，X代表与Z相联系的元素符号
• Z相同而N不同的核素称为同位素 • N相同而Z不同的核素称为同中子异荷数 • A相同但Z不同的核素称为同量异位素
1.2 原子核的大小（半径）
• 实验测量得到核的电荷分布在中心近似为常数，然后 随着距离增加而迅速衰减（c>>a）
ρ (r ) = ρ0 ⎡⎣1+ e(r−c) a ⎤⎦
• 定义电荷密度从初始值的0.9下降至0.1时对应的距离 为边界厚度t，a对于不同核素近似于常量，故t也近似 于常数
t = (4ln 3) a = 4.4a
• 因为原子是电中性，所以原子核的带电 量必定等于核外电子的总电量，且二者 符号相反
• 假设原子的原子序数为Z则核外电子数 为Z，原子核的电量为Ze，通常Z也叫做 核的电荷数
1.1 原子核的组成
• 原子核由不同数目的质子和中子组成
• 中子质量近似等于质子质量，但中子不带电， 质子带正一价电，中子与质子统称为核子，并 把中子和质子看作核子的两个不同状态
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
• 核素最后一个中子的结合能
或
• 核素最后一个质子的结合能
或
不同核素的最后一个核子结合能具有较大差异， 16O与临近的17F、17O相比具有更好的稳定性
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
• 因为从数学上还不能准确解释核子之间的相互 作用，所以对原子核的研究通常采用模型法， 即提出原子核结构或原子核反应机制的某种模 型进行研究
前言
• 元素的化学、物理性质和光谱特性基本 上只与核外电子有关，而放射现象则归 因于原子核
• 原子核物理是研究物质结构的一个层次 的基本学科，主要研究这一层次是由什 么组成，这些组成是怎样运动，相互之 间的作用等
内容
• 原子核的组成 • 原子核的大小（半径） • 原子核的结合能和半经验公式 • 原子核的自旋和统计性 • 原子核的磁矩 • 原子核的电四极矩 • 原子核的宇称
激发态向 基态退激 发射光子
• 电子的自旋与精细结构：电子具有与轨道角动量无关 的固有角动量，称为自旋角动量，用Ps表示
• 精细结构是由电子的自旋与轨道运动相互作用而产生 • 轨道角动量Pl与自旋角动量Ps耦合成电子总角动量Pj
1.4 原子核的自旋和统计性
• 因为电子的自旋等于1/2，所以j只能等于l+ ½，l½ ；从而使得l为定值的能级分裂为两个具有不同j值 的子能级，产生了光谱的精细结构
( N − Z )2
• BBsPym：= a对sym能项A ，同类核子成对相处时比结合能将增大， 反之则减弱，奇A核作为该能量的参考零点
• 结合能半经验公式
B ( Z , A) = aV A − aS A2 3 − aC Z 2 ( ) A1 3 − asym N − Z 2 A + BP
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
奇数的核素接近各占一半
1.1 原子核的组成
• 忽略核外电子结合能，原子核的质量等于原子与核外 电子的质量差；通常一个原子的质量单位如下定义
• 根据定义，原子质量单位与g或kg的换算关系为 • 以前还曾采用16O的1/16作为原子单位（amu）
• 常采用质谱仪进行原子质量的测量
1.2 原子核的大小（半径）
性
华南理工大学电力学院
前言
• 原子核物理作为物理学的一个分支，主要研究 物质结构的一个层次，这个层次介于原子和粒 子物理层次之间，称之为原子核
• 通常原子被分为处于原子中心的原子核及绕核 运动的核外电子两部分，核外电子的运动构成 原子物理学的主要内容，而原子核的运动特性 就成了原子核物理学的主要研究对象
• 奇—奇核（质子数Z和中子数N均为奇数） 的自旋为整数，如6Li、10B、14N等
• 奇A核的自旋为半整数，1H、13C、15N等
• 上述统计规律可通过原子核的壳层模型 得到很好的解释
1.4 原子核的自旋和统计性
• 理论和实验分析表明任何微观粒子的自旋量子 数不是整数就是半整数，自旋为半整数的粒子 服从费米-狄拉克统计规律，称为费米子；自 旋为整数的粒子服从玻色-爱因斯坦分布，称 为玻色子
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
• 原子核最后一个核子的结合能是一个自 由核子与核的其余部分组成原子核时所 释放的能量
• 原子核的一个核子分离能是指从原子核 中分离出一个核子所要给予的能量
• 二者在数值上相等，反映了这种原子核 相对临近那些原子核的稳定程度
• 原子核的液滴模型——将核比做荷电的液滴
– 除轻核外，比结合能近似为常数，即结合能近似正 比于A，因为核的体积也正比于A，所以可认为结 合能正比于体积（类似于质量与体积的关系）
– 核物质的密度近似于常数，表明核子具有不可压缩 的特性
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
• 原子核液滴模型比结合能的半经验公式
• 对于轻核，当N=Z时核素具有 较好的稳定性
• 对于重核，Z增加使得库仑力的 排斥作用增强，必须通过增大N 抵消这一作用，从而中质比大 的重核稳定性较好
1.1 原子核的组成
• 将近一半的稳定核为偶偶核 • 稳定核中奇奇核的数目最少，只有2H、6Li、10B、14N
和18073Ta（钽） • 奇A核的数目介于二者之间，而且其中质子、中子为
• 对于N>103的核素，其寿命均不足一小时，有的甚至 只有毫秒数量级
• 理论预测可能在Z=114附近存在一个寿命较长的超重 元素岛，但目前尚未登岛成功
1.1 原子核的组成
• 目前已有的核素均存在于核素图的折线内，而理论所 预告的全部核素则存在于核素图中两条实线内，上面 （下面）实线为质子（中子）泄漏线，表明线上已不 能再结合质子（中子）
1.1 原子核的组成
• 天然存在的核素中有280多个是稳定核素，60多个是 寿命很长的天然放射性核素，自1934年以来共1600 多个放射性核素被成功制备
• 从Z=1到94的核素中除Z=43（锝）、61（钷）和93 （镎）外，其它都是自然界天然存在，而从Z=95到 112的核素则是通过人工方法合成
• 超精细结构是由于核的自旋与电子的总角动量相互作 用的结果，且因为核自旋比电子自旋的影响小得多， 所以这种能级分裂比精细结构小得多，此外能级越靠 近原子核，受这种分裂的影响越大
• 核的自旋PI与电子总角动量Pj耦合成原子的总角动量
1.4 原子核的自旋和统计性
• 偶—偶核（质子数Z和中子数N均为偶数） 的自旋为0，如4He、12C、16O等
• A<30时，曲线呈上升趋势，但有明显的起 伏，峰的位置都在A为4的整数倍的地方，且Z 和N相等并均为偶数，为偶-偶核
• A>30时，原子核的比结合能最高，而且几乎 接近于一个常数(ε≈8.6MeV·Nu-1)
• 重核（A>200）的比结合能比中等核的低
• 比结合能曲线的一般趋势是中间高、两边低
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
aS
A2
3
−
aC
Z2
( ) A1 3 − asym N − Z 2
A
+
BP
⎤ ⎦
c2
1.4 原子核的自旋和统计性
• 原子核的角动量通常称为核的自旋 • 中子和质子是具有自旋为1/2的粒子，
且在核内作复杂的相对运动，从而具有 相应的轨道角动量，所有这些角动量的 矢量和就是原子核的自旋
• 原子核的自旋反映了核的内禀特性，与 整个核的外部运动无关
1.4 原子核的自旋和统计性
• 原子核的自旋角动量等于 • 核自旋角动量在外磁场方向的投影等于
• 自旋量子数I是自旋角动量PI在外磁场方向投影的最大 值，通常用这个值来表示核的自旋的大小
• 核的自旋可以通过原子光谱的超精细结构进行测量 电子自旋是如何通过实验观察到的？
1.4 原子核的自旋和统计性
• 当比结合能从小变大将有核能释放，因 此也就决定了原子能的两种利用方式
– 重核裂变：一个重核分裂成两个中等质量的 核，如235U吸收一个中子变成236U并裂变成 两个中等质量核，一次放出约200Mev能量
– 轻核聚变：两个很轻的核聚合成一个重一些 的核，如氚和氘聚变成氦，一次放出约 20Mev能量
• 稳定核素几乎全部落在β稳定线上或紧靠曲线两侧， 该区域称为稳定区；对于轻核（Z<36）这条曲线与直 线Z=N重合，当N、Z增大至一定值后，稳定线逐渐向 N>Z的方向偏离，即轻稳定核素中质子数与中子数相 等，而重稳定核素中中子数多于质子数
1.1 原子核的组成
• 右图中，位于稳定线上侧的属 丰中子区，下侧属缺中子区， 左上侧（右下侧）的核素通过 β-（β+）衰变向β稳定线靠拢
1.1 原子核的组成
• 卢瑟福于1911年提出了原子的核式模型
– 正电荷和原子质量集中在原子中心r<10-12 cm的小范围内，这就是原子核
– 核外电子在核的库仑场中运动，这种核式结 构决定了原子的性质
• 原子核的大小只有原子大小的万分之 一，但却占了原子质量的99.9%以上
1.1 原子核的组成
• 那么结合能可以通过质量过剩进行计算
• 定义原子核中每个核子的平均结合能为比结合能
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
比结合能表 示了若把原 子核拆成自 由核子，平 均所需做的
功
原子核的比结合能ε的大小可以表征原子 核结合松紧的程度，ε越大的原子核结合
得越紧，ε较小的原子核结合得越松
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
• 实验指出核电荷分布（质子）半径近似正比于A1/3， 故R~ A1/3
1.2 原子核的大小（半径）
• 实验测得核力的作用半径也近似正比于A1/3，这一半 径反映了核物质的分布半径
• 核物质的分布半径略大于核电荷的分布半径，这表明 中子分布半径略大于质子分布半径，相当于核有一个 中子皮
• 原子核的质量分布近似正比于核子数A • 单位体积中的核子数近似等于常量 • 核物质的密度相当大
• 从广义角度考虑，当反应后系统质量减少则反应时系 统将释放能量，称之为放能变化，这一能量对应于系 统前后的动能差；反之系统需要吸收能量，称之为吸 能变化
• 当系统存在正的质量亏损，就伴随着能量的释放，该 能量称为原子核的结合能
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
• 所以原子核的结合能等于
• 通常在数据表中直接给出质量过剩——原子与构成该 原子全部核子的质量差与光速平方的乘积
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
• 原子核物理中常用的能量单位——电子伏特ev
• 质能方程 • 系统中质量的变化必然伴随着能量的变化，对于孤立
系统，总能量守恒、质量也必然守恒 • 质量与速度的变化规律
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
• 通过实验发现，原子核质量总小于组成它的核子质量 之和，即所有核素都存在正的质量亏损。设一原子核 质量为M，有Z个质子，N个中子，则质量亏损为
• 实验表明原子核是接近球形的，因此通常用核半径来 表示原子核的大小，核半径通常为（10-12~10-13）cm 数量级
• 均方根半径
∫ ∫ < r2 >1 2 = ⎡⎣ r2ρ (r ) dτ ρ (r ) dτ ⎤⎦1 2
• 等效均匀半径（假设原子核为一半径为R的均匀圆球）
∫ ∫ • 核< r电2 >荷1 2 =或⎢⎣⎡ 核0R 4物π r质4dr的0分R 4π布r2是dr⎥⎦⎤影1 2 响= 核3 5半R 径⇒ 的R =关5键3因< r素2 >1 2
• 通过液滴模型得到的比结合能与实验值总体上 具有较好的一致性，其中体积能在其中贡献最 大；对于轻核，表面能影响较大，而对于重核 则库仑能影响较大
• 由于液滴模型只能给出平均结果，所以计算值 在轻核处没有出现起伏现象
• 液滴模型的质量半经验公式
M
Baidu Nhomakorabea
(Z,
A)
=
ZM H
+(
A−
Z
) mn
−
⎡ ⎣
aV
A−
B = BV − BS − BC − Bsym + BP
• BV：体积能，结合能中贡献最大的项
• BS：表面能，考虑表面核子没有受到四周核子的包 围，因而相比之下结合能将减弱
• BC：库仑能，核内存在Z个质子，彼此之间存在库仑 力，导致比结合能的下降
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
• Bsym：对称能，当核内质子数与中子数不相等时将降 低比结合能
• 1913年莫塞莱提出了根据元素所放射出的特征 X射线频率测量原子核电荷的方法
1.1 原子核的组成
• 任何一个原子核都可以用AZXN来表示， N为核内中子数，Z为质子数，A=N+Z 为质量数，X代表与Z相联系的元素符号
• Z相同而N不同的核素称为同位素 • N相同而Z不同的核素称为同中子异荷数 • A相同但Z不同的核素称为同量异位素
1.2 原子核的大小（半径）
• 实验测量得到核的电荷分布在中心近似为常数，然后 随着距离增加而迅速衰减（c>>a）
ρ (r ) = ρ0 ⎡⎣1+ e(r−c) a ⎤⎦
• 定义电荷密度从初始值的0.9下降至0.1时对应的距离 为边界厚度t，a对于不同核素近似于常量，故t也近似 于常数
t = (4ln 3) a = 4.4a
• 因为原子是电中性，所以原子核的带电 量必定等于核外电子的总电量，且二者 符号相反
• 假设原子的原子序数为Z则核外电子数 为Z，原子核的电量为Ze，通常Z也叫做 核的电荷数
1.1 原子核的组成
• 原子核由不同数目的质子和中子组成
• 中子质量近似等于质子质量，但中子不带电， 质子带正一价电，中子与质子统称为核子，并 把中子和质子看作核子的两个不同状态
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
• 核素最后一个中子的结合能
或
• 核素最后一个质子的结合能
或
不同核素的最后一个核子结合能具有较大差异， 16O与临近的17F、17O相比具有更好的稳定性
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
• 因为从数学上还不能准确解释核子之间的相互 作用，所以对原子核的研究通常采用模型法， 即提出原子核结构或原子核反应机制的某种模 型进行研究
前言
• 元素的化学、物理性质和光谱特性基本 上只与核外电子有关，而放射现象则归 因于原子核
• 原子核物理是研究物质结构的一个层次 的基本学科，主要研究这一层次是由什 么组成，这些组成是怎样运动，相互之 间的作用等
内容
• 原子核的组成 • 原子核的大小（半径） • 原子核的结合能和半经验公式 • 原子核的自旋和统计性 • 原子核的磁矩 • 原子核的电四极矩 • 原子核的宇称
激发态向 基态退激 发射光子
• 电子的自旋与精细结构：电子具有与轨道角动量无关 的固有角动量，称为自旋角动量，用Ps表示
• 精细结构是由电子的自旋与轨道运动相互作用而产生 • 轨道角动量Pl与自旋角动量Ps耦合成电子总角动量Pj
1.4 原子核的自旋和统计性
• 因为电子的自旋等于1/2，所以j只能等于l+ ½，l½ ；从而使得l为定值的能级分裂为两个具有不同j值 的子能级，产生了光谱的精细结构
( N − Z )2
• BBsPym：= a对sym能项A ，同类核子成对相处时比结合能将增大， 反之则减弱，奇A核作为该能量的参考零点
• 结合能半经验公式
B ( Z , A) = aV A − aS A2 3 − aC Z 2 ( ) A1 3 − asym N − Z 2 A + BP
1.3 原子核的结合能和半经 验公式
奇数的核素接近各占一半
1.1 原子核的组成
• 忽略核外电子结合能，原子核的质量等于原子与核外 电子的质量差；通常一个原子的质量单位如下定义
• 根据定义，原子质量单位与g或kg的换算关系为 • 以前还曾采用16O的1/16作为原子单位（amu）
• 常采用质谱仪进行原子质量的测量
1.2 原子核的大小（半径）