原子核模型

物理学名词

原子核模型(nuclear models) 在实验事实的基础上建立的描述核结构的模型。由于对于核力还不能作严格而全面的描述，为了说明核结构特性，只能在实验事实的基础上建立有关核结构的唯象的模型，再将由此得出的结果与更多的实验事实作比较，使之完善充实。这种模型的研究方法往往成为新的理论和实验研究的起点。从20世纪30年代认识核由质子和中子组成后，已经提出多种核结构模型，如费米气体模型、液滴模型、壳层模型、综合模型、超导模型、相互作用玻色子模型等等。这些模型都能解释一定的实验事实，但不能说明另外一些事实，还没有一种结构模型能够统一说明各种事实。综合各种模型可以获得比较全面的原子核结构的图像。

概述

原子核模型是原子核物理学的分支学科，从各类原子核物理实验事实出发，运用物理、数学理论和方法，对原子核的性质和规律提出的解释和设想，揭示出原子核某些现象和局部规律。

原子核模型包括：原子核基本性质模型；原子核中核子-核子相互作用模型；原子核结构模型；原子核衰变模型；原子核反应模型；原子核裂变模型；原子核聚变模型等。在以上模型中，有唯象模型和微观模型。

液滴模型

①液滴模型。主要的实验事实依据是核的密度为很大的常数，显示核基本上是不可压缩的；原子核的比结合能近乎为常数，核的结合能正比于核子数，表明核力具有饱和性，核子只与邻近的几个核子相互作用。这与宏观的液滴甚为相似。据此，30年代中期N.玻尔等人提出液滴模型，把原子核看成一个带电的不可压缩液滴，根据液滴的经典运动规律对原子核作动力学描述，并适当加入量子效应引起的修正；以后又逐步增加一些新的自由度，如将质子、中子分别看成两类流体，甚至将自旋取向不同也看成不同流体，并引入可压缩性、粘滞性等性质。根据液滴模型可得出准确度相当高的原子核质量半经验公式，在一定程度上可说明原子核的表面振动，相当成功地说明原子核裂变的机制。其不足是不能说明原子核性质的周期性变化现象。

核壳层模型

②核壳层模型。因研究幻数而提出的核模型。大量实验事实显示随着核内质子和中子数增大，核的性质呈现某种周期性变化，当质子数Z或中子数为2，8，20，28，50，82以及中子数为126时，原子核显得特别稳定，在自然界的含量也比邻近的核素更丰富。这些数称为幻数，具有幻数的核称为幻核。这与核外电子填满壳层时的惰性元素化学性质特别稳定有类似性。因此考虑核子在其余A－1个核子的联合作用下的球对称中心势场中的运动，并考虑核子的自旋轨道强耦合作用，可以得出核子由低到高的能级结构。这些能级构成一些壳层。核子遵从泡利不相容原理，不可能有两个质子或两个中子处于完全相同的状态，由此可说明核子填充各能级（壳层）显示的核性质周期性变化现象，并得出与实验符合的全部幻数。核壳层模型还能很好地说明核基态的自旋和宇称；其不足在于对核的电器极矩、磁矩的定量说明同实验结果有较大的偏离，确定远离满壳层的核自旋也有些偏差。

综合模型

③综合模型，又称集体运动模型。是在壳层模型和液滴模型的基础上发展起来的，一方面考虑核作为集体的转动和振动，另一方面考虑每个核子又在一个变动的非球对称的平均势场中作独立运动，这两种运动还有相互影响。根据综合模型可很好说明核的转动能级和振动能级，关于核的电器极矩、磁矩以及γ跃迁率的计算和实验值的符合程度也都有明显改善。

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