原子核的电荷质量和半半径
原子核的结构和核能级
原子核的结构和核能级原子核的结构是由质子和中子组成的。
质子带正电荷，中子不带电荷。
在原子核内，质子和中子通过强相互作用力相互作用，维持着原子核的稳定性。
而核能级则是指原子核中核子所处的能量状态。
原子核的结构如下所示：1. 质子：质子是原子核中的一种粒子，具有正电荷。
质子的质量约为1.67×10^-27千克。
2. 中子：中子是原子核中的一种中性粒子，不带电荷。
中子的质量约为1.67×10^-27千克。
3. 质子数和中子数：原子核中的质子数决定了元素的化学性质，而质子数和中子数的总和决定了元素的质量数。
4. 原子核半径：原子核的直径一般在10^-15米的数量级，比整个原子的尺寸小了几万倍，但占据了原子的绝大部分质量。
核能级是指原子核中核子所处的能量状态。
核能级的概念类似于电子在原子外层轨道上所处的能量状态。
原子核中的核子也具有一定的能量级别，能量级别越高，核子的能量越大。
核能级的特点如下：1. 离散性：核能级的能量是离散的，即只能取特定的值。
这是由于原子核处于限定的空间中，只有特定波长的波函数才能在此空间内存在。
2. 填充原理：核能级满足填充原理，即按照一定的顺序填充核子，每个核子占据不同的核能级。
填充原理与保里不相容原理相类似，即每个核能级最多只能容纳一定数目的核子。
3. 能级跃迁：核能级之间的能级差决定了核反应的发生。
当核子从一个能级跃迁到另一个能级时，核反应就会发生，释放出能量。
核能级的研究对于理解核物理和核反应有着重要的意义。
通过研究核能级的分布和填充规律，科学家可以揭示原子核的结构和性质，进而推测更深层次的核力学规律。
总结起来，原子核的结构由质子和中子组成，核能级则是描述原子核中核子所处能量状态的概念。
深入研究原子核的结构和核能级有助于我们更好地了解核物理的奥秘，推动核能的应用及相关技术的发展。
核外电子-原子物理学
原子核和原子一样也具有角动量，这是因为每个核子都 有量自）旋，，与且电自子旋一都样为，都1/是2，因3 此 具。有固有角动量（自旋角动
2
核子在核内还有轨道运动，核子的自旋和轨道角动量的 矢量和就是原子核的角动量,习惯上也称它为原子核的自旋， 并用PI表示， PI是量子化的。
PI I (I 1)
四、原子核的大小
1、半径：
多数原子核基本上是球形，实验测量出 原子核的半径，得到核半径的经验公式：
R = r0 A1/3 r0=1.4×10-15m=1.4fm
2、体积： 原子核的体积近似地与质量数成正比：
V
4 R3
3
A
4 3
r03
AV0
3、密度：
M Au Au 3 u
V
V
A
4 3
r03
• （3）宇称守恒： 孤立体系的宇称不会从偶性变为奇性或从奇性变 为偶性。
（4）原子核的宇称：
一个原子核的宇称不会改变、除非发射或吸收具有 奇宇称的光子或其它粒子（光子宇称是奇性）。
= 1 2 3 ………….; （x，y，z）= (-1)（-x，-y，-z） (…..ri…...) = (-1)i (….-ri……)
（“+”号交换对称） （“-”号交换反对称）
• （2）费米子和玻色子：
• 费米子：自旋为半整数的粒子，如电子、质子、中子
等遵从费米-狄拉克统计规律，受泡利原理限制，波函数 是交换反对称的。
• 玻色子：自旋为零或整数的粒子，如光子、中子等遵 从玻色-爱因斯坦统计规律，不受泡利原理限制，波函数 是交换对称的。
4 r03
u= 1.6610-27Kg ; r0 = 1.4 fm
第一章 原子核的基本性质
式中
r0 (1.4 1.5) 10 cm (1.4 1.5) fm
1fm=10-13cm = 10-15m
R r0 A
1/ 3
(1.1 8)
13
（2） 电荷分布半径
测量方法：利用高能电子在原子核上的散射，电 子波长小于核半径
E E m c 2 k 0 1 2 2 4 2 E (c p m0 c ) h p hc 解之得 1 2 [ Ek ( Ek 2m0c )] 2
3. 测量方法---质谱仪
三部分: 离子源、电磁场、探测器
质量为M的离子通过加速电极后所具有的速度v,满足下列关系：
M 2 qV 2
(1.1 2)
被加速的离子在磁场B的作用下，将在垂直磁场的平面内以半 径R作圆弧运动，最后通过狭缝 S 2到达接收电极。于是有
由以上两个式子消去v可得
Mv 2 qvB R
e e l Pl gl P l 2me 2me
（1.3-2）
s g s B Ps
（1.3-3）
和
l g l B Pl
（1.3-4）
e 式中 B 9.2740 10 24 A · m 2,称之为玻尔磁子。 2me
qB 2 R 2 M 2V
3作用半径
中子、质子等粒子的散射 快中子---核散射
2 ( R )
2
散射截面等于单位时间的散射粒子数除以入射 粒子通量[表示一个入射粒子被单位面积靶上 一个靶核散射的几率]
测得R
实验表明：核半径与质量数A有关。它们之间的关系可近似地表 示作下面的经验公式：
设F=I+j，I+j-1，…时的相互作用能E分别为E1， E2,…，由（1.2-8）式就容易算得两相邻能级的间距
原子核的基本性质
1 12
12
1 1 =1.6605655×10 27kg = NA 12 6.022045×1023
8
第一章 原子核的基本性质
测质量的质谱仪方法（电磁方法）：
首先让原子电离，然后在电场中加速以获得一定动能，接着在磁场中偏 转，由偏转的曲率半径的大小可求得离子的质量。 D 为一扁平的真空盒，放于磁铁间隙内；
实际仪器中，B和R都已固定，q也已知，只要改变加速电势差V就可测得 不同的粒子质量M。
例：设离子带一个单位电荷，B=0.3580T，R=0.05m，实验测得V=672V
时，离子电流有一极大值，则由公式可以算出所测离子质量
19 ×(0.358)2 ×(0.05)2 qB2R2 1.6×10 Kg = 3.81×10 26kg = 2×672 2V
13
第一章 原子核的X ：元素符号
Z ：核电荷数 N ：中子数 A ：核子数（A＝Z＋N）
Li4
A
元素符号X与Z具有唯一的确定关系，
Z可省略， N＝A－Z 也可省略。
X
7
Li
14
第一章 原子核的基本性质
§1.3．核的半径
(1)核力作用半径：核力有一作用半径，在半径之外，核力为零。这
7
第一章 原子核的基本性质
§1.2．核的质量
原子的质量是原子核质量与核外电子质量之和，同时考虑结合能时：
MA=MN+Me-We
一般不必推算原子核质量，对于核的变化（核反应），变化前后的
电子数目不变，电子的质量可以自动相消 一个原子质量单位定义如下：
1u=12C原子质量的
原子质量单位与kg的关系为：
种半径叫做核半径，这样定义的核半径是核力作用的半径
原子核分子的介绍
原子核分子的介绍
原子是物质的基本结构单位,由原子核和围绕其运动的电子组成。
原子核位于原子的中心,是由质子和中子组成的紧密团簇。
质子带正电荷,中子带零电荷,由强相互作用力将它们牢牢束缚在一起。
原子核的半径大约等于 1.2×10^(-15)米,非常小但质量却占据整个原子质量的99.9%以上。
原子核内部极其致密,平均密度约为10^17千克/立方米,是常见物质密度的数十亿倍。
分子是由两个或更多原子通过共价键结合而成的微粒。
分子内部原子是通过共享外层电子的方式形成稳定结构。
分子的性质主要取决于其内部原子的排列和化学键的类型。
分子可以是同种原子组成的单质分子,如氧气(O2)、氮气(N2)等;也可以是由不同种类原子组成的化合物分子,如水(H2O)、二氧化碳(CO2)等。
气体、液体和固体物质中均存在大量的分子。
原子核和分子是自然界普遍存在的两种基本微观结构,对构成物质的各种形式、性质和现象起着决定性的作用。
了解原子核和分子的结构、组成和规律,对科学研究和生产实践都具有重要意义。
chap_1_1-3
ρ = nmN ≈ 1.66 × 1014
即每立方厘米的核物质有亿吨重。
(g ·cm 3)
-
§1.2 原子核的自旋
原子核的自旋: 原子核的总角动量 所有核子自旋和轨道角动量的矢量和 (*可否从夸克迭加？) 原子核自旋角动量量子数为 I 时，角动量 PI 的本征值：
P = I ( I +1)h ， I
“中子晕”：指远离核芯的外围很宽范围的中子分布。这种核 称为中子晕核。6He,
11Li，11Be, 14Be等。是一种量子效应。
放射性核束物理是近20年发展起来的核物理新领域，它 研究的对象是在新型大科学装置上已经或即将产生的数千个 非稳定（unstable）也就是弱束缚（weak-binding）的核 素,而过去近百年只研究了几百个在稳定区附近的核素。在初 期的研究中，已经发现了晕结构、集团自组织、新幻数、非 线性多中子关联、连续态强耦合、同位旋相变等量子多体的 新现象，并观察到 反常截面增大、多反 应道耦合、集团破裂 和转移等新的反应机 制和效应。放射性核 束物理研究是对广阔 的核科学未知领域的 探索，正在极大地改 变对原子核的传统认 识。
测定原子核电荷 Rutherford方法：N ∝ Z2 Moseley方法： ν = AZ − B 对于特定的X射线，A, B=常数 *对短寿命重元素，需采用复杂的电荷辨别方法( 相对论效应） *1-94号元素：天然存在（43、61、93号元素除外） 95-114号元素：人工产生 超重岛？
2. 核的质量
1、259Db合成：首次进入超重核区
测量结果: Eα = 9.47MeV,
T1/2 = 0.47 s， Qα=9.70MeV 我国新核素合成首次进入超重区!
22Ne+241Am→259Db
原子核的基本性质
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。 原子质量单位：
1u
12 1 1.6605387 1027 kg N A 12
由质能关系： E
mc 2
1uc 2 931.494MeV
电子静止质量：
me c 2 0.511MeV
R 1.1 A1/ 3 fm
高能电子
3.改进公式：
R rp z1/ 3 , rp 1.64 fm
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”。
6 2
He, 48 Be
11 3
Li
5.估计核的密度
4 4 V R 3 r03 A A 3 3
不能直接测量，通过原子核与其它粒子相互作用间接测量.
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：
R r0 A1/ 3 , r0 (1.4 1.5) fm
n, p 原子核
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
第一节
一、 组成
原子核的电荷、质量和半径
原子核＝质子＋中子 核子
A Z
X A Z
同位素(Isotope):
Z相同
同中子素(Isotone):
同量异位素(Isobar): 同量异能素(Isomer):
A-Z相同
A相同 能量状态不同
60
Co, 60 mCo
7 3 7 Li4 , 4 Be3
镜像核(mirror nuclei): A相同,质子数和中子数互换
核力作用半径和电荷分布半径
核力作用半径和电荷分布半径首先，核力作用半径是指核力在原子核内部的作用范围。
原子核由质子和中子组成，而质子和中子之间的相互作用力称为核力。
核力是一种非常强的作用力，可以使质子和中子紧密地结合在一起形成原子核。
核力的范围非常短，仅限于原子核内部，通常只有几个费米（1fm=10^-15m）的量级。
核力的强度很大，可以克服质子之间的库仑斥力，使原子核保持稳定。
在核力作用范围外的核子将不受核力的约束，因此可能被引力或电磁力所影响。
核力作用半径的大小取决于原子核中的质子和中子数目、核子的能级分布以及核子间的相互作用力强度。
不同的核子组成和相互作用将导致不同的核力作用半径。
一般来说，原子核越大，核力作用半径就越大；而原子核越小，核力作用半径就越小。
当原子核的大小接近核力作用范围时，核力开始减弱，核子可能会变得不稳定。
其次，电荷分布半径是指原子中电子云的半径范围。
在原子中，质子带有正电荷，而电子带有负电荷。
质子和电子之间由于库仑排斥力，会使得电子云在原子核周围形成，电子云波动性很大。
电子云最外层的电子就处于最大的波动状态，因此电子云的半径描述了原子的尺寸。
电荷分布半径的大小取决于原子中电子云的波动性质。
由于电子云波动的不确定性原理，电子的位置不可确定，只能给出一个概率分布图。
电子云的大小与电子的能量和波函数有关，而电子的能量和波函数则取决于原子的电子结构和能级分布。
因此，电荷分布半径也与原子的尺寸有关。
需要注意的是，核力作用半径和电荷分布半径可以是不同的。
在一些情况下，原子核的尺寸可能比电子云的尺寸小，这意味着核力在原子核内部仍然起作用，但电子云已经扩散到远离原子核的区域。
这种情况下，原子核和电子云之间会有空间的分离。
相反，在一些大型原子中，电子云可能扩散到比原子核更远的范围，这意味着核力的作用范围仅限于原子核内部，而电子云在原子核周围的区域也是活动的。
总结起来，核力作用半径和电荷分布半径是描述原子核和电子云尺寸范围的概念。
原子核的质量,电荷,半径
2
d
sin4
2
d Z 2
d
（结果比较粗糙）
1.1 原子核的电荷、质量和半径
方法二： 1913年莫塞莱（Moseley）关系式：
AZ B
式中： A≈5.2×107 s-1/2，B≈1.5×108 s-1/2 — 特征射线的频率。 （结果较精确）
➢ 特征射线：高能激发内层电子，电子被激发电
1930年Bothe完成了9Be+a 12C+ n实 验，但他认为产生的中性射线是g 射线。
1.1 原子核的电荷、质量和半径
1932年Chadwick利用 9Be+a 12C+ n 实验
中所产生的中子轰击14N的实验结果，并根据动量 和能量守恒关系，估算出中性射线的质量为 1.15u，并大胆预言该射线是中子。
1.1 原子核的电荷、质量和半径
大量的实验结果表明，电荷分布（如图1-2） 近似有如下形式 ：
r 0 rR 1 e d
图1-3 核内电荷分布情况
核的电荷分布半径R：核的电荷密度减少到一半处。
边界厚度t：电荷密度从90%下降到10%所对应的厚度。
由这种方法，大量的实验确定，核的电荷分
布半径R是：
1
2 1
3 1
186O,187O,188O
3）同中异位素—N相同Z不同的核素
30 14
Si16
,1351P16
4）同量异位素—A相同Z不同的核素
90 38
Sr
,
Y 90
39
5）镜像核―N和Z互换的一对60Coh原e 子核
7 3
Li4和47
Be3
6)同核异能素―N， Z相同，但能态不同。 在质量数后面加写m，它表示这种核素的能量状态比较高，如
原子核基本知识简介
全部裂变所释放出可利用的核能，
约相当于 2500t 标准煤燃烧所释
放出的热能！ (2) 1954年6月27日, 第一座功率为
5000 千瓦的核电站在前苏联建
已提纯的 235U, 准备 再加工为实弹弹头
成，功率为 60 兆瓦。立陶宛大约82％的电靠核电，此比
例为世界之最。
(3)秦山核电站是我国于1991年自行设计并建成的，其功率为
T ln2 λ
τ 1 T λ ln2
说明
(1) 平均寿命为衰变常量的倒数，是半衰期的 1.44 倍
(2) 经过时间 后，剩下的原子核数约为原来的 37％ 17
4. 放射性活(强)度 I 一个放射源在单位时间内发生衰变的原子核数
I d N d tN I 0 e t
I0 = N0 为 t = 0 时放射源的强度。常用单位居里 (Ci)，国际
偶-偶核的自旋量子数都等于零
奇-奇核的自旋量子数都等于非零整数
(3)核奇自A旋核的PI 自在旋给量定子方数向都的等投于影半为整m数I
mI 为原子核的磁量子数，取值 I, (I–1), … , – (I–1), –I
2. 原子核的磁矩
I g IP I2 m ep g I II 1 2 e m p g I II 1 N
最大可能值为 'I gIIN。
(4) 质子的磁矩几乎是核磁子的三倍，而中子具有负磁矩， 数值约为核磁子的两倍。这表明不能把质子和中子看成
是无内部结构的粒子。
(5) 氘核的磁矩虽然非常接近于质子磁矩和中子磁矩之和， 但并不完全相等，其它原子核的磁矩也是如此，都不等
于组成它的所有核子磁矩之和。这一事实说明核内各核
子间存在着复杂的相互作用。
8
原子核的性质
1920年J.Chadwick用已知Z的金属箔进行α粒子散射实验，直 接确定出核电荷。
3、核电荷数守恒
电荷具有两种功能：
1）表示电磁作用的强度 a e2 / c
2）服从相应的守恒定律
在核物理所研究的所有相互作用中，电荷均守恒。
电荷守恒定律已为实验所证实。实验的基本思想是试图记录相 应于原子内电子向K层跃迁的电磁辐射，而K层中的空穴是由违反 电荷守恒定律的电子衰变所形成。
M 4.81010 (3.58103 )2 52 3.821023 g 2 672 ( 1300) (31010 )2
A
M 1.66 1024
23
实验测得的接收电极的离子电流I随加速电势差V的变化关系 的典型曲线如图2所示。根据曲线峰值电压之比V1:V2，可求得 质量之比M2:M1。因此如果利用已知质量的峰值电压，可以得出 待测离子的质量。
M Dc2 (M A M B MC )c2 TA TB TC TD
(M A M B MC )c2 Q
D的质量为：
M D M A M B M C M
M
Q 931.50
Q TC TD TA TB
Q称为反应能
4、核子的质量
为了分析原子核的性质，非常重要的是要知道构成原子核的成
3、核质量的测量方法
原子核质量的测定常用以下方法 1）质谱测定法 2）核反应能量平衡分析 3）α衰变平衡 4）β衰变平衡 5）微波放射光谱测定法 1）、质谱仪测定法 基本原理：首先让原子电离，然后在电场中加速以获得一定 动能，接着在磁场中偏转，由偏转的曲率半径的大小可求得离 子的质量。
图1是早期所用的一种质谱仪的原理图。D为一扁平的真空 盒，它放置在一磁铁间隙内。磁铁产生的均匀磁场，其磁场强度 H垂直于真空盒平面。真空盒内主要有离子源K，加速电极E1， E2和接收电极A。由离子源产生的被测离子，通过加速电极的狭 缝S1后，获得动能：
原子核的电荷、质量和半半径
r03
A
A
23
24
C)原子核的密度：
n
A V
A
4 / 3 R3
3
4 r03
~ 1038
/ cm3
代入： mN 1.66 1024 g
得： N nm N ~ 1.66 108 t / cm3
结论：原子核密度为常数，氦核(质量数4，电荷数＋2)的大小为： r 5 fm
镜像核：中子数N、质子数Z互换的核素。
7 3
Li4
7 4
Be3
16
2) 核素图及β稳 定曲线 核素图
β稳定曲线`
17
核素图及β稳定曲线的特点： A.核素图包括300多个天然存在的核素(其中稳定核 素280多个，放射性核素30多个)及1600多个人工放 射性核素。
B.稳定同位素几乎全落在一条光滑的曲线，稳定曲 线在轻核靠近 Z＝N 线，而对重核则 N > Z. C.偏离稳定曲线上方的核素为丰中子核素，易发生β －衰变；下方的核素为缺中子核素，易发生β＋衰变。
原子核的形状作为一级近似可以看作球形。
由于原子核有角动量，略呈旋转椭球形。 原子核的半径,根据测量方法： （a）核力作用半径
与 A1/3 成正比。 R r0 A1 3
核力半径： R 1.40 0.10A1 3 fm
重要结论：
原子核半径近似正比于A1/3， 原子核体积近似正比于A。
V
4 R3
3
4 3
18
稳定核素的奇偶分类表：
ZN ee eo oe oo
名称 偶偶核 偶奇核 奇偶核 奇奇核
稳定核素数目 166 56 53 9
偶偶核最稳定，稳定核最多；其次是奇偶核和偶奇 核；而奇奇核最不稳定，稳定核素最少。
原子核物理
mn 1.008665u 939.565330MeV c2
注意：中子质量略大于质子质量
原子核物理选讲(孙小军) •原子核的基本性质•
二．原子核的质量
核素：具有相同质子数Z和中子数N 的一类原子核，称为一种核素。 同位素：Z同，N不同 同中子素（同中异位素）：Z不同，N同 同量异位素：A同，Z不同 同核异能素：A同，Z同（N同），能量状态不同的核素。60Co，60mCo 镜像核：质子数和中子数互换的一对原子核，如： 37 Li4和 47 Be3
原子质量：MA, 常表示成原子量与原子质量单位u的乘积。
核外轨道电子的静止质量：me，核外电子的结合能很小。
1u
1 1 27 -2 g 1.6605387 10 kg=931.494MeV c N A 6.022142 1023
m p 1.007825u 938.271998MeV c2
A Z A 4 4 X Z Y 2 2 He
（2）β衰变：放射出β射线，即电子，β射线电离作用较弱，贯穿本领较高。
衰变:
A Z
A X Z Y e 1 A X Z Y e 1
九．原子核的结合能（补充质能关系及相对论公式）
E mc 2 p mv m m0 1 (v / c )
2
经典粒子(v << c)的动能:
2 4 c 2 p 2 m0 c
1/ 2 2 2 p2 p c Ek m0c 2 1 2 4 1 m0 c 2m0
原子核物理选讲(孙小军) •原子核的基本性质•
三．原子核的壳模型
3．壳模型的基本思想：
可以把原子核中的每个核子看作是在一个平均场中运动，这个平均场是 所有其它核子对一个核子作用场的总和（多体问题变成一体问题）。对 于接近球形的原子核，可以认为这个平均场是一个近似的有心场。 泡利原理不但限制了每一能级所能容纳的核子数目，也限制了原子核中
原子物理第九章原子核
三. 衰变
是核电荷数改变而核子数不变的核衰变。主要有： -衰变，+衰变，K俘获
1.- 衰变能谱与中微子假设
-衰变中，放出负电子，原子核变为原子序数增加1的核。
衰变面临的难题
衰变连续谱导致了下列无法解释的难题：
1）连续谱的出现与能量守恒以及核能级量子 化相矛盾 由 衰变知核能级是量子化的， 而衰变能 是一定的，等于 E， 一定的衰变能在核与 粒 子之间分配时， 若 粒子分得的能量是连续 的，那就意味着核能级也是连续的，如果核能 级不连续,那么在没有核能级的地方， 系统能 量不守恒；
它的两侧，构成稳定核素区。
②、稳定核素中质子数与中子数之比：轻核
为1；最重的核 N / Z 1.6
③、Z<84的核素有一个或几个稳定的同位素;
Z>84的以及质子数或中子数过多的核都
是不稳定的放射性的同位素。
4.原子核的大小和形状
原子核的形状一般为近似椭球，其长短半轴之比一般不大于 5/4，可近似看作球形。核电四极矩是核偏离球形的量度。
1930年，泡利针对上述矛盾，大胆地提出 了中微子假说。他预言，在 衰变的同时，还 发射一个自旋为 1 2 ，不带电, 静质量几乎为0 的粒子。 称其为中微子 ( ) ， 引入中微子之 后，上述矛盾迎刃而解。并且人们在1956年从 实验中找到了中微子。 中微子特性 中微子 的静质量几乎为0--不大于 10eV ； 穿透本领极大，在原子密度为 10 (个 cm ) 的 物质中，其平均自由程约为 1016 km ；即使在 核物质中，平均自由程也达 1km，因此，它 穿越地球被俘获的几率是 1012 ，它的自 旋为 2
µ ´I（核磁子） -1.91280
+2.79255 +0.857348 0 +0.82189 +3.25586 -1.1774 表6.2续
原子原子核公式库
原子原子核公式库原子核公式库指的是一个集合了多种原子核性质和变化过程的公式及相关数据的库。
这个库是一个重要的工具，用于研究原子核结构、核反应、核能量等领域。
以下是一些常见的原子核公式和相关数据，用于描述原子核的性质和变化过程：1.原子核质量：原子核质量可以通过原子核的质子数和中子数来计算。
质子和中子的质量有确定的数值，可通过公式m=A×m_p+(Z-A)×m_n来计算，其中A为原子核的质量数，Z为原子核的原子序数，m_p和m_n分别为质子和中子的质量。
2.原子核半径：原子核的半径可以通过公式R=1.2×A^(1/3)来计算，其中A为原子核的质量数。
这个公式是根据实验数据得到的经验公式。
3.原子核电荷分布：原子核的电荷分布可以通过电荷半径来描述，电荷半径是指原子核内部电荷密度的分布情况。
电荷半径可以通过公式R_c=R_p×(Z/A)^(1/3)来计算，其中R_p是质子的半径。
4.能级结构：原子核的能级结构是描述原子核内部粒子排列的信息，能级结构通过描述核壳模型、壳模型等方式来表示，这些描述可以通过不同的公式和算法来计算。
5.核衰变：核衰变是指原子核在放射性变化过程中发生的变化，可以通过公式描述核衰变的概率。
常见的核衰变公式有放射性衰变公式、半衰期公式等。
6.核反应截面：核反应截面是指核反应发生的概率。
可以通过公式描述核反应截面的大小，这些公式通常与入射粒子能量、反应产物质量数等因素相关。
7.转动力学：原子核的转动运动可以通过转动力学公式来描述。
转动力学可以用来研究原子核的角动量和角动量的变化过程。
以上只是一些常见的原子核公式和相关数据，实际上原子核的性质和变化过程非常复杂，需要综合运用多种公式和理论来进行研究。
原子核公式库在核物理研究中扮演着非常重要的角色，帮助科学家们理解和解释原子核的性质和变化过程。
原子物理-原子核物理
二同号点电荷及其 等效电荷分布
图7.1.2Biblioteka 旋转椭球所以旋转椭球式的电荷分布等效于一个单电荷和一个四极
子的迭合。令Q=2a3/e，称为电四极矩。可以证明原子核的电 四极矩可以用下式表示：
2.原子核的自旋 在§4.8节已经讲过原子核的自旋与磁矩的内容。这里我们给
出由实验测得原子核基态时的自旋I有如下规律：
第七章
§7.1
原子核物理学
原子核的基本性质
7.1.1
原子核的电荷、质量和密度
1.原子核的电荷和电荷数
2.原子核的质量和质量数
3.原子核的大小和密度
核半径与A 1/3成正比，这说明以下两点： (1)原子核的体积V正比于核内核子数A，即
也就是说，在不同的原子核内，每个核子所占的体
例题7.2.3:已知 235U原子的质量为235.043
944u，试计算其结
合能和比结合能。
解:由(7.2.1)式和(7.2.2)式知235U的结合能为
EB(235，92)=(92×1.007 825+143×1.008 665
-235.043
944)×931.5 MeV≈1783.87MeV 783.87MeV/235≈7.59MeV
(2)核力的电荷无关性
(3)核力是具有饱和性的交换力
(4)非有心力的存在
3.核力的介子理论
P=n+π+
n= p+π -
p=p±π0
n=n±π0
图7.2.2π介子作为核力的传播子 §7.3
原子核的结构模型
:(1)原子核的结合能近似地正比于核中的核子 数A，即比结合能近似为常数，这说明核子间相互作用力具有 饱和性，这与液体分子间相互作用力的饱和性类似。
原子核的结构和性质
原子核的结构和性质原子核是构成原子的重要组成部分，它包含着丰富的结构和性质。
本文将重点探讨原子核的结构和性质，以及它们在化学和物理学领域的应用。
一、原子核的结构原子核由质子和中子组成，质子带有正电荷，中子不带电。
质子和中子的总质量为原子核质量的绝大部分，质子和中子的质量约为1.67×10^-27千克。
原子核的半径通常在1.7×10^-15米左右。
原子核内部的结构也是非常有趣的。
实验证明，原子核是由质子和中子组成的。
质子和中子都被称为核子，它们共同构成原子核的核子数可以通过元素周期表的质子数来确定。
不同元素的原子核可以具有不同的质子和中子的比例，从而形成不同的同位素。
二、原子核的性质1. 质量和能量原子核的质量和能量是原子核性质的重要方面。
原子核的质量可以通过原子核的质子数和中子数来计算。
原子核的能量可以通过核的结合能来描述，即保持原子核完整所需的能量。
核的结合能与原子核的质量之间存在关系，根据爱因斯坦的质能方程，E=mc^2，质量可以转换为能量。
2. 同位素和放射性原子核的同位素是指具有相同质子数但中子数不同的核。
同位素的存在使得我们可以利用它们进行同位素示踪和放射性测量。
放射性是指原子核发生自然变化并释放出能量的过程。
通过研究放射性衰变和半衰期，我们可以对物质的年龄和放射性元素的浓度进行测量。
3. 核反应和核能核反应是指核发生变化，形成新核和释放能量的过程。
核反应可以通过核裂变和核聚变来实现。
核裂变是指重核分裂成轻核的过程，核聚变是指轻核结合成重核的过程。
核能是指核反应释放出的能量，核能在核电站的运行中得到利用。
三、原子核在化学和物理学中的应用1. 放射性示踪放射性同位素可以被用作生物和地球科学实验中的示踪剂。
通过追踪放射性同位素的分布和浓度，科学家们可以研究生物体内的化学反应、物质在地壳中的迁移以及环境中的污染问题。
2. 核能的利用核能被广泛应用于核电站和核武器等领域。
核电站通过核裂变来产生能量，为人们提供了廉价高效的电力。
原子核的电荷和质量
2、原子核电荷的测量
核电荷的测量方法有多种，比较精确的方法是在1913年 由莫塞莱（H.G.J.Moseley）提出的。他发现元素所放出的特 征X射线的频率ν与原子序数Z之间有下列关系
AZ B
式中A，B是常数，对于一定范围内的元素，它们不随Z改变。
例如：由元素钇（39Y）到银（47Ag）的K 线的频率可定出：
E=M0c2+T 运动粒子的质量增加为：ΔΜ=T/c2 其质量为：
M M 0 T c2 M 0 M 0 1 2
其中：
1 1 2
v c
所以：
E M0c2 T M0c2
Mc2
1 2
这里：
MEMM00c2 T
1 2
是总能量 是相对论质量
Ek qV
其中：q是离子的电荷；V是加速 电极E1和E2之间的电势差。
则质量为M的离子通过加速电极 后所具有的速度v满足下列关系：
1 Mv2 qV 2
被加速的离子在磁场H的作用下，将在垂直磁场的平面内以半径R 作圆弧运动，最后通过狭缝S2到达接收电极，有：
qvH Mv2
cR
消去v则有：
分析实验结果得出：原子中存在一个带正电的核心，叫做原 子核。原子核的大小约为10-12cm数量级，只有原子大小的万分 之一。原子核的质量却占整个原子质量的99.9%以上。
由于原子是电中性的，因而原子核带的电量必定等于核外电 子的总电量，但两者符号相反。
任何原子的核外电子数就是该原子的原子序数Z。因此原子序 数为Z的原子核的电量为Ze。
q M
2Vc 2 H 2R2
M
qH 2R2 2Vc 2
原子核的结构和组成
原子核的结构和组成原子核是原子的核心部分，是由质子和中子组成的，负责维持原子的稳定性和确定原子的性质。
本文将详细介绍原子核的结构和组成。
1. 质子质子是一种带正电的基本粒子，其电荷为+e，质量约为1.67×10^-27千克。
质子存在于原子核内，它们借着恒定强度的电磁力相互吸引，保持原子核的稳定结构。
每种元素的原子核中都有一个或多个质子。
2. 中子中子是没有电荷的基本粒子，其质量与质子相近，质量约为1.67×10^-27千克。
中子也存在于原子核内，但不带电荷。
质子和中子组成了原子的核子，所以中子负责增加原子核的质量，同时也起到稳定原子核的作用。
3. 原子核的半径原子核的半径约为10^-14米，比整个原子的尺寸小得多。
这意味着原子中大部分的体积是由电子所占据的。
4. 质子数和中子数原子核的质子数决定了原子的化学性质，被称为元素的原子序数。
例如，质子数为1的是氢元素，质子数为6的是碳元素。
而中子数可以不同，相同元素的不同同位素就是由质子数相同但中子数不同的原子核组成的。
5. 核子的稳定性对于原子核来说，稳定的核子比不稳定的核子要多。
稳定核子有特定的质子数和中子数比例，使得核力和库伦排斥力保持平衡，从而维持了原子核的稳定。
6. 核力核力是一种非常强大的作用力，它使原子核内的质子和中子保持在一起。
核力比库伦排斥力要强很多，使得电荷相同的质子相互靠近，维持了原子核的结构稳定。
总结起来，原子核是由质子和中子组成的，质子带正电，中子没有电荷。
质子数决定了元素的原子序数，中子数可以不同，构成了不同的同位素。
原子核的稳定性是由核力和库伦排斥力之间的平衡决定的。
以上就是关于原子核的结构和组成的详细介绍。
本文共计604字。
- 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)。
第一章
原子核的基本性质
1）原子的核式模型
1871～1937
19081908年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖其他主要贡献：1919年，1920年，预言中子存在O
H N 17
1
14
+→+α培养了12位诺贝尔奖获奖者
1909年卢瑟福α散射试验，1911年提出原子的核式模型。
卢瑟福散射实验结论：
•正电荷集中在原子的中心，即原子核；
•线度为10–12cm量级，为原子的10–4量级；
•质量为整个原子的99.9%以上；
从此建立了原子的有核模型。
从此建立了原子的有核模型。
原子的电中性，要求：
•原子核所带电量与核外电子电量相等，•核电荷与核外电子电荷符号相反。
即：核电荷Ze，核外电子电荷–Ze。
2）中子的发现与原子核的组成
发现中子之前，人们猜测原子核是由质子和电子组成的。
这个假设可以解释原子核的质量和电荷。
但也遇到了不可克服的困难。
与实验和理论不符。
*小论文：用三种不同方法证明原子核中不含电子？
19321932年查德威克年查德威克年查德威克(J. Chadwick)(J. Chadwick)(J. Chadwick)发现
发现中子。
(据此获据此获193519351935年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖))1891～1974
用
用 α 粒子轰击铍，铍放射出穿透力很强的中性粒子，可以将含氢物质中的质子击出，并证明其有与质子相近的质量。
实验中放出的不是高能γ，而是中子。
C
n Be 12
9+→+α
核电荷数Z 同时表示：
核内质子数，核的电荷数，核外电子数，原子序数。
原子核由质子和中子组成， 中子和质子统称为核子。
中子不带电。
质子带正电，电量为e 。
电荷数为Z 的原子核含有Z 个质子。
中子发现后，海森堡(W.Heisenberg )很快提出，原子核由质子和中子组成，并得到实验支持。
1901～1976因量子力学方面贡献，获1932年诺贝尔物理奖
3）测量原子核电荷数方法----莫塞莱方法
2）原子核物理常用术语及意义A.核素（nuclide ）
具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一种原子核或原子称为核素。
核子数、中子数、质子数和能态只要有一个不同，就是不同的核素。
N A Z X
1266C
126
C 12C
Tl 20886Pb 20882 两种核素，A 同，Z 、N 不同。
Sr 9038Y 9139两种核素，N 同，A 、Z 不同。
60
Co 58
Co 两种核素，Z 同，A 、N 不同。
60
Co 60m Co
两种核素，A 、Z 、N 同，能态不同。
某元素中各同位素天然含量的原子数百分比称为同位素丰度。
具有相同原子序数但质量数不同的核素称为某元素的同位素。
(即Z 相同，N 不同，在元素周期表中处
于同一个位置，具有基本相同化学性质。
于同一个位置，具有基本相同化学性质。
)
)B.同位素（isotope ）和同位素丰度
235
92U 23892
U 铀的二种同位素。
1
1H
21H 31H 氢的三种同位素；16O 17O 18O 99.756%、0.039%、0.205%
1
1H 21H
99.985%、0.015%
C.C.同中子异荷素（
同中子异荷素（isotone ）D.D.同量异位素（
同量异位素（isobar ）质量数A 相同，质子数Z 不同的核素。
中子数N 相同，质子数Z 不同的核素。
12
1H 231He 6148C 8168
O 也称为同中子素或同中异位素。
1840
Ar 1940K 4095Zr 4195N b
E.E.同质异能素（
同质异能素（isomer ）（同核异能素）质子数质子数 Z 和中子数中子数
N 均相同，而能态不同的核素。
87
38Sr 同质异能态：
同质异能素所处的能态，是寿命比较长的激发态。
同质异能素所处的能态，是寿命比较长的激发态。
8738m Sr 激发态半衰期为激发态半衰期为2.81hr 2.81hr 2.81hr。
87
38m Sr 锶
核素图及ββ稳2) 核素图及
定曲线
核素图
β稳定曲线
稳定曲线``
核素图及核素图及β
β稳定曲线的特点：
A.A.核素图包括
核素图包括300多个天然存在的核素(其中稳定核素280280多个，放射性核素多个，放射性核素多个，放射性核素303030多个多个多个)
)及1600多个人工放射性核素。
B.B.稳定同位素几乎全落在一条光滑的曲线，稳定曲
稳定同位素几乎全落在一条光滑的曲线，稳定曲线在轻核靠近轻核靠近 Z ＝N 线，而对重核则对重核则
N > Z .C.C.偏离稳定曲线上方的核素为
偏离稳定曲线上方的核素为丰中子核素，易发生β－衰变；下方的核素为缺中子核素，易发生易发生β
β＋衰变。
3）核的质量测量。