§5 核模型专用课件.ppt

由于中子和质子有电荷差异，它们的核势阱的形状和深度都各不相同。 中子数 费米能量 核子的最大动量 核子的平均动能 原子核的平均动能 核素丰度：在自然界中，4He, 16O, 40Ca, 60Ni, 88Sr, 90Zr, 120Ba, 140Ce, 208Pb的含量明显比其附近核素的含量多； 在稳定核素中，中子数N=20，28，50，82的同中子素最多。 质子数Z=20，28，50，82的稳定同位素的数目比紧邻的元素多。 1949年，Mayer和Jensen在势阱中加入了自旋-轨道耦合项，从而成功地解释了幻数的存在。 1. 对核基态的自旋和宇称的解释 ☆闭壳层内的核子对角动量的贡献为0，所以闭壳层外有一个核子（或层内有一个空穴）的原子核的基态自旋和宇称就取决于这个核子（或空穴）。 ☆偶数中子或偶数质子对角动量没有贡献。 ☆偶偶核的基态自旋一定为0，宇称为正。 ☆奇A核的基态自旋和宇称取决于最后那个核子。 ☆奇奇核的自旋和宇称则取决于最后一个中子和最后一个质子之间的耦合，且自旋一定是整数。 3. 对原子核的基态电四极矩的预测 ☆单粒子壳层模型：奇A核电四极矩完全由最外一个核子所决定。 ☆奇中子不带电，所以不会产生电四极矩； ☆当奇Z偶N核的满壳层外有p个质子处于角动量为j 的能级上时，计算给出： 集体模型：以壳层模型为基础，即认为核子在平均场中独立运动并形成壳层结构；同时，原子核可以发生形变并产生转动和振动等集体运动。 原子核产生形变的原因： ☆外壳层核子的概率分布不是球对称的，从而导致原子核出现非球形变化，但变化较小； ☆外壳层核子的运动使满壳层上的核子受到一定的力的作用（极化作用），从而使核心变化导致形变。 偶偶核的低激发能级规律 ☆双幻数核附近：粒子能级 壳层模型可以解释 ☆离双幻数核稍远：振动能级 具有谐振子能级的特点 ☆远离双幻数核：转动能级 具有双原子分子的转动能级的特点 原子核的势能与形变的关系 核的转动：原子核势场的方向在空间发生变化而引起的转动，既不同与刚体的转动，也不同与流体的转动 由于I 为奇数的球谐函数为奇宇称，不满足无自旋核（偶偶核基态）的要求，所以变形偶偶核的基态上的转动能带所允许的 I 值只能为偶数。即 研究表明：λ=2的形变最为重要； λ≥3的形变只在重核中才可能出现，所以我们主要讨论λ=2（五维振动）的情形。 奇N核的磁矩随自旋的变化 Schmidt线 Schmidt线 ☆壳层理论的单粒子模型不能正确预言奇A核的基态磁矩，但给出了与实验一致的趋势。 ☆在已知奇A核的自旋时，通过磁矩的测量，可以根据Schmidt线确定此原子核最外面一个核子的轨道角动量和原子核的宇称。 双幻?1质子 双幻+1质子 Q0 双幻-1质子 Q0 4. 原子核壳层模型的其他应用 ☆原子核?衰变的跃迁级次 ☆原子核的?跃迁概率的定性说明 ☆核反应 ☆同核异能素岛的解释 ☆对原子核低激发态自旋和宇称的解释 核内存在一平均场，核子在平均场中独立运动，存在很强的自旋-轨道耦合； 壳层模型对幻数附近的应用较好，对远离幻数的原子核的应用有一定困难。 科学家在人造硅同位素中发现新的物理学“幻数” 2005.6.16 英国和美国的科学家在16日出版的《自然》杂志上报告说，一种人造硅同位素的性质证明，14也是一个奇妙的物理学“幻数”。　　原子核是由质子和中子构成的，如果质子或中子为某些特定数值或两者均符合这些数值时，原子核就异常稳定，而科学家将这些数值称为“幻数”。迄今已经发现的幻?数有2、8、20、28、50、82和126。自然界广泛存在的氦、氧、钙、镍、锡、铝的质子和中子都符合幻数条件，它们原子核中的质子和中子以集体形式填满了某个能级，没有游离的核子向更高能级跃迁，因此这些元素异常稳定。 　　 不过，事实证明还存在其他的幻数。英国萨里大学和美国佛罗里达州立大学的科学家在这份必威体育精装版报告中指出，他们发现具有放射性的人造硅同位素——硅42具有14个质子，28个中子，结构异常稳定，似乎具有双幻数。　　研究人员指出，8和20之间存在一些小的能级，但由于能级差别不大，因此并不能表现出幻数，这也是普通质子和中子均为14的硅不像其他“幻数元素”那样稳定的原因。不过，科学家指出，随着原子核核子数的增多，核子的相对能级可能就会发生改变，他们认为，人造硅42因为比普通硅原子核中多了14个中子，因此使14也成为了一个幻数。　　科学家说，寻找幻数对开发众多“多中子同位素”相当关键。理解原子核的