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核模型,即對核子在原子核內的運動提出的解釋和設想。由於核力及核多體問題的複雜性,對原子核的結構還不能做到完全的、精確的理論描述,因而只能根據相當數量的實驗事實,歸納出幾條解釋某些核現象的局部規律。

1簡介

核殼層模型 實驗發現,在原子核中,當質子數或中子數為某些特定的數目(2、8、20、28、50、82、126等)時,原子核的性質有明顯的突變,原子核顯得特別穩定。2、8、20、28、50、82、126就叫做幻數幻數的存在表明原子核像原子一樣,具有殼層結構的特徵。1948年M.G.邁爾和J.H.D.延森總結了已有的實驗,提出了原子核的殼層結構理論,也稱核殼層模型。它是核結構理論的一個重大進展。

2基本思想

原子核內的核子在其餘的核子產生的平均勢場作用下獨立地運動著,核子所受到的作用勢只與它自己的坐標有關。求解這一平均勢場下的薛定諤方程,可以得到這一核子的能級及相應的波函數。核子的能級往往是簡併的,有些能級雖然不是簡併的,但它們有相近的能量。這些具有相等或相近能量的狀態構成一個殼層。一個殼層與下一個殼層有較大的能量差別核子按泡利不相容原理逐一填充這些狀態,填滿一個殼層后,就開始填充能量較高的另一個殼層,這時原子核的能量顯得突然增加。所以,恰巧填滿一個殼層的那些核顯得特別穩定。
殼層模型相當成功地描述了幻數,很好地解釋了原子核基態的自旋和宇稱(見核性質),解釋了長壽命同質異能態的分佈隨核子數變化的規律,給出了核磁矩變化的趨勢等等。
集體模型 實驗表明,原子核的運動形式,除了獨立粒子運動以外,還有振動和轉動等集體運動的形式。1952年丹麥物理學家A.玻爾和B.R.莫特森提出了一種新的核模型──集體模型(或叫做綜合模型)。
集體模型認為,原子核中的核子在平均場中獨立地運動並形成殼層結構,而原子核又可以發生形變,併產生轉動和振動等集體運動。這兩種集體運動的引入是集體模型對殼層模型的重要發展。在原子核處於滿殼時,原子核趨於球形。當滿殼以外存在核子時,滿殼外的核子對於核心部分會產生極化作用,使之產生形變。滿殼層內的核子的運動又有保持球對稱的趨勢,對於極化作用有一種恢復力。在一定的條件下,這兩種作用達到平衡。
集體模型很好地解釋了遠離幻數的原子核磁矩以及殼層模型無法給出的大的電四極矩。它很好地給出了變形核中轉動和振動等低激發態的位置,以及這些態具有的大的躍遷幾率。這一理論在裂變現象的研究方面是有用的。

3液滴模型

這個模型是丹麥物理學家N.玻爾1936年首先提出並在1939年被玻爾和美國物理學家J.A.惠勒用於解釋核裂變現象。它是早期的一種原子核模型,它將原子核比作一種帶電的不可壓縮的液滴,核子比作液滴中的分子。
液滴模型很好地解釋了原子核的比結合能基本上是一個常數,核子間的相互作用具有飽和性這一事實。這個模型再現了原子核的不可壓縮性,即核物質的密度幾乎是一個常數的事實。它是目前計算原子核的結合能以及核裂變的最好的理論基礎。(見裂變機理)

4相互作用玻色子模型

這是70年代起逐步發展起來的一個模型,它是為了解釋滿殼與大變形核中間大量的過渡區原子核的性質而提出的。
由於核子之間的關聯,核內的核子傾向兩兩耦合在一起,形成總角動量量子數為0或2的核子對。該模型把耦合成總角動量量子數為0的核子對叫s玻色子,把總角動量量子數為2的核子對叫 d玻色子(自旋量子數為整數的粒子叫玻色子,自旋量子數為半整數的粒子叫費密子),模型的原子核是由這些相互作用的玻色子組成。
這個模型在統一的框架下,既可以給出振動核的特徵,又可以給出轉動核的極限,還能解釋大量的過渡區原子核的能級特徵及其躍遷。
姜煥清
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