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更新時間:2016/11/9 12:00:23 人氣:

  在核子結合成原子核時,原子核的質量并不是,會釋放出一定的能量,這就是結合能.相應地生成的原子核將損失一部分質量.原子核中平均每個核子的結合能稱為平均結合能.  原子世界中能量常常采用電子伏(eV)作為單位,電子伏就是一個電子經過1V的電壓所獲得的能量.對于一個氫原子,如果要把電子從氫原子中拉出去,需要加進去13.6eV的能量.原子世界中其它的能量變化,一般也是電子伏的量級.原子世界中能量變化的尺度是電子伏.  凱氏快3彩票快3彩票官网原子核的能量變化的尺度是兆電子伏(MeV),比原子世界中能量變化6的尺度大10倍.氦原子的相對原子質量是4.002602,一個原子質量單2位相當于931.494MeV/c,氦的原子核是由兩個中子和兩個質子組成的,2核外有兩個電子,每一個電子的質量為0.511MeV/c.一個自由中子的質22量是939.566MeV/c,一個自由質子的質量是938.272MeV/c,因此,在中子和質子結合成氦原子核時,由于釋放了結合能,相應地質量損失了228.296MeV/c.氦原子核的結合能是B=28.296MeV,每個核子的平均2結合能稱為比結合能 ε,氦原子核的比結合能是 ε原子核的運動性質和結構   87   從這個表中可以看到,除了氫原子核由一個質子構成,沒有結合能,所有的原子核都是由質子和中子組成的,都有不為零的結合能,比結合能的量級是MeV.要把一個核子從原子核中拉出來,需要加進去的能量是MeV量級的量.原子核的比結合能比原子的平均結合能大6個數量級.電子被束縛在原子核周圍構成原子時是通過電磁相互作用力,核子被束縛到原子核里面是通過一種比電磁相互作用要強得多的強相互作用結合的.由于原子核的空間尺度為-1210cm,比原子的空間尺度小4個數量級,可以估計這種強相互作用在這個尺度下的強度應該比電磁相互作用大2個數量級.這種強相互作用是一種只在-1210cm范圍以內起重要作用的短程力. 


 從這個表中還可以看到,原子核的比結合能隨原子核的質量數的增加而增加,到中等質量數的原子核時達到一個極大值,質量數再增加時比結合能又隨原子核的質量數的增加而減少.這就表明如果能夠把兩個很輕的原子核合成一個原子核,就可能釋放出大量的能量;如果能夠把很重的原子核分裂成兩個中等質量的原子核,也可能釋放出大量的能量.這正是原子核聚變反應和裂變反應的出發點.  原子核的比結合能越大,原子核就越穩定.在質量數較小的原子核中,4He(即 α粒子)的比結合能最大,這說明4He原子核是特別穩定的輕原子核.質量數很重的放射性原子核的衰變射出的是 α粒子也是與這個性質有關.  §5.3 原子核的運動性質和結構  原子核的結構有它的特點.最輕的原子核是氫核,它就是一個質子;最重的原子核由116個質子和173個中子,總共289個核子組成.原子核中包含的核子數從很少的到很多的都有.原子核的組成結構上的這個情況顯示出幾方面的特點.  第一方面,許多核子相互吸引結合在一起,像原子核外許多電子運動組成原子的情形.核子是費米子,電子也是費米子.人們期望,核子的能級分布也將和原子中的電子能級分布類似,也是分層的.原子核外有Z個電子在原子核周圍運動,在基態時這Z個電子分層分布.如果基態時最外層是第一層,則有2個電子就是 “滿殼層”了.這個原子在化學上是特別穩定的,它就是氦原子.如果基態時最外層不是第一層,則最多可以有8個電子.有8個電子就是 “滿殼層”了,這樣的原子在化學上也是特別穩定的,它們是其它惰性氣體:氖、氬、氪、氙、氡原子.原子的電子殼層結構決定了Z=2,10,18,36,54,86,.的原子在化學性質上是最穩定的,表現為惰性氣體.  888   第五章 原子核、核能與核技術  原子核的結構和原子不同,原子核是由質子和中子組成的,原子核中并沒有一個原子核的 “核”.核子之間有短程的強相互作用吸引力,質子和中子靠這種強相互作用互相吸引聚集成原子核.由于質子和中子是不同的粒子,需要分別考慮它們的殼層分布.通過分析實驗資料發現,原子核確實具有


類似的周期性質,質子數Z或中子數N為2,8,20,28,50,82以及中子數N為126的原子核特別穩定,核子的平均結合能特別大,在自然界中的含量也比相鄰的原子核豐富.這些數值稱為幻數.  確實,質子數或中子數為幻數的原子核很穩定,而質子數和中子數都是幻數的 “雙幻核”就特別穩定,質子數和中子數都離幻數很遠的原子核則很不穩定.質量數最小的3個雙幻核是4He、16O、40Ca,它們的平均結合能確實比鄰近的別的原子核大得多,表現得特別穩定.  根據這方面的特點發展了原子核結構的殼層模型理論,對原子核結構的許多性質給出了成功的描述和預言.根據原子核結構的殼層模型理論推測質子數Z的下一個幻數可能是114,中子數N的下一個幻數可能是184,因此Z=114、A=298的原子核將是一個超重的雙幻核,這個原子核和它鄰近的原子核將表現出比較高的穩定性,這就是理論上推測可能存在的超重核穩定島.  第二方面,重原子核由許多核子組成,顯現出原子核像是由核子作為組元的微觀粒子聚集狀態.  根據這方面的特點發展了原子核結構的費米氣體模型理論,對原子核的許多性質和行為給了成功的描述和預言.由于原子核的密度基本上是一個常量,原子核可以看作是一個 “液滴”,在原子核物理學發展的早期提出了原子核的液滴模型,對原子核的許多性質和行為,如原子核的裂變機理給出了很好的描述. 


第三方面,原子核既然是許多核子聚集的系統,必然會表現出大量核子的集體運動,例如原子核整體的轉動和振動,都是典型的集體運動,不能歸結為單個核子的運動根據這方面的特點發展了原子核結構的綜合模型理論,也對原子核的許多性質和行為給了成功的描述和預言這幾方面的理論各自從一方面反映了原子核結構的特點,在它們的基礎上,發展了許多理論,進一步揭示原子核結構的運動行為和動力機理.  1963年,戈佩特-邁耶(MariaGoepppert-Mayer)和詹森(J.Hans.D.Jensen)由于發現原子核的殼層結構而獲諾貝爾物理學獎,1975年,阿格·玻爾(AageBohr)、莫特森(BenR.Motttelson)和雷恩沃特(L.JamesRainwater)由于發現并研究原子核的集體運動和內部結構而獲諾貝爾物理學獎. §5.4 原子核的衰變、反應和核反應的守恒定律   89   §5.4 原子核的衰變、反應和核反應的守恒定律



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