关于核性质介绍

[拼音]：hexingzhi

[外文]：nuclear properties

原子核作为一个整体所具有的静态性质。原子核是由Z个质子和N个中子所组成的(Z和N分别为正整数)，质子数和中子数之和为核子数 A。质子带一个单位的正电荷，中子则不带电，所以原子核带有正电荷Ze（e为元电荷）。质子和中子都具有一定的质量，故原子核有一定的质量；当忽略核外电子的结合能时，原子核的质量是原子质量与核外电子质量之差。原子核中的 A个核子分布在一个很小的区域，这个区域的大小通常用核半径来描述。原子核还有确定的自旋、宇称及电磁矩。

原子核中的核子分布在一个近似球对称的范围内，虽然它没有明显的边界，但人们总还是用核半径来象征原子核的大小。原子核的半径与A劆成正比，即：

R≈r0A劆用不同的方法定出的常数r0可以略有不同，一般地说，r0＝(1.1～1.5)×10-13厘米。

从实验角度看，原子核的核子分布范围难以直接测量，所以往往用下述两种相似的概念来代替。一种概念是原子核的电荷分布范围，即原子核中质子的分布范围；另一种概念是核力的作用范围。由于核力是一种短程力，入射强子与核内核子将近接触时才进入原子核的核力作用范围，故核力的作用范围差不多就是核内核子的分布范围，也就是核物质的分布范围。

由于原子核没有明显的边界，而只是说核子有一定的空间分布几率ρN(r)，人们通常以均方根半径<r2>┩来描述原子核的大小。对于半径为R 的均匀球形分布的原子核，其均方根半径为<r2>┩＝。

要把原子核分解成单个的核子需要给它一定的能量，这个能量叫做原子核的结合能EB。按照A.爱因斯坦的质能关系，原子核的结合能与这个核的质量以及组成它的各个核子质量相联系。各个核子的质量和，与它们所组成的原子核的质量之差称为质量亏损 Δm。质量亏损乘以光速的二次方就等于原子核的结合能，即：

EB(Z，N)＝Δmc2＝[Zmp＋Nmn－m(Z，N)]c2式中mp是质子的质量，mn是中子的质量，m(Z，N)是质子数为Z、中子数为N的原子核的质量，c是光速。EB/A为单位核子的结合能(或称比结合能)，对于中等质量核及重核，比结合能大致是一个常数（约8兆电子伏），这样大的比结合能反映核子之间有很强的吸引力。比结合能大致是一个常数这一事实，与原子中电子的结合能不同，在这方面，原子核很像固体或液体。

把一个粒子 b（质子、中子或其他核子集团）从核内分离出去所需要的最小能量叫粒子b的结合能。

组成原子核的核子是具有自旋s为啚/2(啚是普朗克常数除以2π) 的粒子，核子在原子核内又具有一定的轨道角动量。各个核子的自旋和轨道角动量的向量耦合，组成原子核的总动量矩，它就叫核自旋。核自旋是用总角动量量子数J 来表示的。J 的数值是啚 的整数或半整数倍。归纳关于基态原子核的实验结果，人们发现：

（1）偶偶核（即质子数Z和中子数N为偶数的核）的自旋J 为零，没有一个例外；

（2）奇奇核的自旋大多数为不等于零的整数；

（3）奇A核的自旋J为啚的半整数倍。

宇称是描述：在空间坐标反演变换(r→-r)下， 量子力学系统波函数变化性质的一个量。例如，描述一个单粒子的波函数，当空间坐标反演时，波函数不变的叫正宇称（或偶宇称），波函数改变符号的叫负宇称（或奇宇称）。原子核系统的宇称决定于组成这个系统的各个单粒子的宇称。原子核的状态有一定的宇称，通常用加在自旋数值右上角的“+”或“-”号来表示，“+”号代表正宇称，“-”号代有负宇称。在核过程中，宇称通常是守恒的；在某些过程中，例如β衰变，宇称是不守恒的，这是1956年由李政道和杨振宁首先提出，并被实验所证实的。

核磁矩是原子核所具有的一种电磁性质。电荷作轨道运动可以产生磁偶极矩，这个磁偶极矩与轨道角动量成正比。组成原子核的质子带有正电荷，由于轨道运动，它可对原子核的磁偶极矩有贡献。核子的自旋可以引起自旋磁矩，所以原子核的磁偶极矩等于各核子的自旋磁矩以及质子的轨道磁矩之和。偶偶核处在基态时，总自旋为零、磁偶极矩也为零。

原子核的磁矩和核外电子的作用引起核外电子的附加能量，这种附加能量形成原子光谱的超精细结构。

原子核的电四极矩是描述原子核的电荷分布的非球对称的一个量。（见核四极矩共振）

参考书目

1. 卢希庭主编：《原子核物理》，原子能出版社，北京，1981。