原子核基态性质
原子核的结构与稳定性
原子核的结构与稳定性原子核是构成原子的基本组成部分之一，它的结构和稳定性对于理解物质的性质和发展原子理论有着重要的意义。
首先，让我们来了解原子核的结构。
原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，中子不带电。
质子和中子集中在原子核的中心，形成了原子核的主要质量部分。
质子和中子的数量决定了原子核的质量数，同时也决定了原子的化学元素。
原子核中的质子数量称为原子核的原子序数，决定了元素的化学性质。
原子核的稳定性是指原子核在各种核反应和衰变中能够维持相对长时间的状态。
稳定的原子核通常具有特定的质子和中子数量比，这种比例能够使核中的质子和中子相互吸引并保持平衡。
而不稳定的原子核则会通过核衰变释放出能量，转化为更稳定的核。
稳定性的决定因素之一是核力。
核力是一种非常强大的作用力，它能够克服质子之间的相互排斥力，保持原子核的结构稳定。
核力比电磁力要强大得多，它是由短程作用力引起的，只作用于极近距离的核子之间。
质子和中子之间的核力可以抵消电磁力的排斥作用，从而维持原子核的稳定。
除了核力以外，还有其他因素会影响原子核的稳定性。
其中之一是质子和中子的数量比例。
有些元素的原子核中的质子和中子数量比是非常稳定的，而其他比例则是不稳定的。
当质子和中子的比例偏离稳定比例时，原子核就会变得不稳定，发生核衰变以调整其比例。
另一个影响原子核稳定性的因素是核子的总能量。
原子核中的质子和中子都具有自己的能量状态，当核子能量较低时，原子核可能会较稳定。
而当能量较高时，原子核就更容易发生核反应或衰变。
原子核的结构和稳定性是理解核物理和核化学的基础。
通过研究原子核的结构和稳定性，科学家们可以预测和解释核反应和衰变，以及探索核能的利用和应用。
这些研究不仅在能源领域有着重要的应用，还有助于我们更深入地了解宇宙的起源和演化过程。
总而言之，原子核的结构和稳定性对于理解物质的性质和发展原子理论具有重要意义。
通过研究原子核的组成和稳定性机制，我们可以更好地理解核物理和核化学，并探索核能的应用和宇宙的奥秘。
第24章 原子核物理和粒子物理简介
M (Z , A) m(Z , A) Zme Be (Z ) / c
例如，对于氢原子，我们有
2
Be (Z ) 13.6eV
mHc 13.6eV mpc mec
2 2
2
二、原子核的模型
卢瑟福用粒子轰击金箔的散射实验
1 1 (2 e )(79 e ) 2 mα v 2 4π 0 2R
I I0et
国际单位：贝克勒尔(Bq) 1Bq表示每秒发生一次核衰变的放射源的活度。 常用单位：居里( Ci)
1Ci 3.7 10 Bq
10
二、原子核的三种衰变方式
1、 粒子衰变
是不稳定核自发地放出氦核的过程。 射线是粒子流，是带正电的氦核。
一般的过程可以表示为：
A Z
X
A4 Z 2
T1
2
ln 2
0.693
平均寿命
每个原子核衰变前存在的时间的平均值。
原子核的寿命：
L t (dN ) t Ndt t N 0 e
0
t
0
dt
N0
平均寿命：
L 1 N0
平均寿命与半衰期的关系：
T1 2 ln 2
几种放射性同位素的半衰期 同位素 衰变方式 半衰期
原子核的自旋和磁矩
原子核
2 1
6 3 7 3
自旋量 子数
1 1 3/2 1
磁矩
0.8565p
自旋量 原子核 子数
16 8
磁矩
——
1.16p
H
O
0 3/2 3/2 9/2
Li Li
0.8213p
原子结构知识：的基态和激发态原子
原子结构知识：的基态和激发态原子原子结构是一门重要的物理学科，它研究原子的组成和性质，探究原子对化学、光谱和电子学等领域的影响。
原子结构的一个重要概念是基态和激发态原子，这两种状态让我们更好地理解原子的性质和行为。
基态原子是指原子处于能量最低的状态，也就是所有电子都处于它们可能存在的最低能级中的状态。
在这种状态下，原子的各个部分都稳定地排列在一起，不会发生任何变化。
基态原子是原子结构的基础，也是化学中分子和化合物的形成基础。
激发态原子是指原子处于能量高于基态的状态。
在激发态原子中，至少有一个电子不在它可能存在的最低能级中，而是被加入到更高能量的带中。
这个状态会带来很多不同的化学和物理变化，比如光谱、原子核反应和电离。
激发态原子的能量分级由电子组成的电子能级确定。
当原子吸收光或其他形式的能量时，某些电子可以从低能量的能级跃迁到高能量的能级。
在原子处于激发态时，它处于一个不稳定的状态，因为电子在高能级的能量带中存在的时间非常有限。
为了返回基态，电子必须排放出它吸收的能量，通常以光的形式释放出来。
这种现象被人们称为“发射光谱”。
发射光谱的性质有助于确定原子的化学成分和结构。
每个化学元素都有不同的光谱特征，这意味着当一个元素被加热或激发时，它会发射出一系列特定的光谱线，帮助科学家们识别和测量它。
利用这种方法，科学家们可以开发出各种工具和技术来识别和分析物质，例如质谱法和荧光光谱法。
在化学和物理领域，激发态原子的各种变化都是非常重要的。
这些变化不仅是化学反应发生的动力学驱动力，还可以用于生产新的材料和分析化学和生化学变化的机制。
使用激发态原子还可以制造各种设备，例如制造激光的激光器和在化学实验室中分析和识别物质的工具。
尽管激发态原子是具有实际应用的重要科学基础，基态原子仍是原子结构的基础。
基态原子的性质决定了它们对分子和化合物中带有自己固有物理性质的化学键的形成方式。
基态原子的行为在化学中起着重要作用，比如确定分子的空间结构，影响反应的动力学和热力学行为。
原子核物理教案
第一章原子核的基本性质Basic Properties of Nucleus学习与思考•一个深夜，担任英国剑桥大学卡文迪许实验室主任的卢瑟福，披着外衣来检查实验室，发现一位学生还在做实验。
卢瑟福就问他：“你上午干什么了？”学生回答：“在做实验。
”卢瑟福又问：“那你下午做什么了？”学生回答：“做实验。
”卢瑟福提高嗓门问：“那你晚上又做什么呢？”学生挺直了胸脯回答：“我还在做实验。
”卢瑟福对他说：“你整天做实验，还有什么时间用于思考呢？”学习与思考学而不思则罔，思而不学则殆。
孔子《论语·为政》原子核的基本性质为了了解原子核，人们首先是测定了它作为整体所具有的静态特性,以得一个基态核的图像。
这些静态基本特征包括核的组成、质量、大小、自旋和统计性、宇称以及核的磁矩和电四极矩。
这些性质的来源是和核的内部结构及其运动变化密切相关。
卢瑟福散射实验结论：•正电荷集中在原子的中心，即原子核；10一、原子核的发现与原子的核式模型 1909年 散射试验，1911年提出原子的核式模型。
§1.1 原子核的组成、质量•线度为10–12cm 量级，为原子的–4量级；•质量为整个原子的99.9%以上；原子的电中性，要求：•原子核所带电量与核外电子电量相等，•核电荷与核外电子电荷符号相反。
即：核电荷Ze ，核外电子电荷–Ze 。
研究专题:如何测量Z ？质子的发现1919年Rutherford用a 粒子轰击14N( +14N 18O+ p) ，发现了质子。
这个实验第一次实现了原子核的人工转变。
1924年, Patrik Maynard Stuart Blaskett(1897-1974)had taken 23,000 photographs showing 415,000 tracks of ionized particles. Eight of these were forked.通过对a 粒子径迹的照片分析进一步证明，质子是由“复合核”分裂出来的，质子是原子核的组成部分。
卢希庭原子核物理课后习题答案
1.1、实验测得某元素的特征Kα线的能量为7.88KEV，试求该元素的原子序数Z 解：由√ν=AZ-B E=Hν,其中E=7.88KEV,
1EV=1.602176462×10−19J ν=E/H=1.9×1018s−1
代入公式得Z≈29
1.2 用均匀磁场质谱仪，测量某一单电荷正离子，先在电势差为1000V的电场中加速。然后
5
B(197Au) = 79 × 7.289 + (197 − 79) × 8.071 − (−31.157) = 1559.366 MeV ϵ(197Au) = 7.916 MeV B(252Cf ) = 98 × 7.289 + (252 − 98) × 8.071 − 76.027 = 1881.219 MeV ϵ(252Cf ) = 7.465 MeV
解：设该古代人是t年前死亡的，由此可得：
N1 ·e−λt N2
= 0.8 ×
N1 N2
又λ = ln 2/T1/2
可得：t
=
− ln 0.8×T1/2
ln 2
则：t=1844.6a
2.10 已知人体的C含量为18.25%，问体重为63Kg的人体相当于活度为多少贝可勒尔和
微居里的放射源。
解：A
=
λN
=
值6.98 × 10−14(±7%)，试问该长毛象已死了多少年？若用放射性法测量，达到与上法相同
精度(±7%)，至少要测量多长时间？
解 ： 设 大 气 中14C 原 子 数 为N10，12C 原 子 数 为N20， 长 毛 象 肌 肉 样 品 中14C 原 子 数
为N1，12C 原子数为N2。
∴ = N10·e−λt
原子基态的简便确定方法
原子基态的简便确定方法
原子基态是指原子核周围电子能级中最低能量水平的电子配置，包括原子态、分子态、离子态及各类复杂的分子态，它可以描述原子运动及相互作用中的基本状态。
本文将介绍如何通过简单的方法来确定原子基态。
一、通过体系构型确定原子基态
1. 根据原子的价电子数，利用多原子构型排布的规律，可以推断出所有分子态的原子结构。
2. 其中，像氢、氯、氟等碱金属元素，可以根据构型确定其原子态，如He，Ne等元素为1s2 2s2构型，即其原子态是双原子态。
3. 根据原子的化学价，可以通过最低能量配置原理来确定其配置，如果原子与其他原子构型相邻，可以由共价键结构来推断出多原子态配置。
二、利用物理性质确定原子基态
1. 吸光谱法：利用吸收不同电离状态原子和分子发射的光的特性，确定原子的电子结构，从而确定原子的基态。
2. 磁共振法：利用分子或原子核核磁共振信号电磁波的特性，可以对原子的电子配置及所处基态进行研究，以此确定原子基态。
3. 质谱法：利用电离质谱，可以追踪及描述电子电荷分布及构型等特性，以此确定原子的配置及基态。
三、利用数值模型确定原子基态
1. 由于原子的结构可以很好的用数值运算来表示，因此可以利用数值模型来确定原子的基态。
2. 利用Schrödinger方程来确定原子的独立性质，并由此得出原子的最终基态。
3. 利用量子化学计算软件，利用数值模拟方法，从不同关联力和电子交换能中来确定原子的基态。
总之，确定原子基态可以利用体系构型、物理特性和数值模型等简单方法来得出答案。
通过这些方法，可以较为准确地描述原子的电子结构，更加清楚地了解原子的物理行为。
(完整版)原子核物理知识点归纳详解
原子核物理重点知识点第一章 原子核的基本性质1、对核素、同位素、同位素丰度、同量异位素、同质异能素、镜像核等概念的理解。
（P2）核素：核内具有一定质子数和中子数以及特定能态的一种原子核或原子。
（P2）同位素：具有相同质子数、不同质量数的核素所对应的原子。
（P2）同位素丰度：某元素中各同位素天然含量的原子数百分比。
（P83）同质异能素：原子核的激发态寿命相当短暂，但一些激发态寿命较长，一般把寿命长于0.1s 激发态的核素称为同质异能素。
（P75）镜像核：质量数、核自旋、宇称均相等，而质子数和中子数互为相反的两个核。
2、影响原子核稳定性的因素有哪些。
（P3~5）核内质子数和中子数之间的比例；质子数和中子数的奇偶性。
3、关于原子核半径的计算及单核子体积。
（P6）R =r 0A 1/3 fm r 0=1.20 fm 电荷半径：R =（1.20±0.30）A 1/3 fm 核力半径：R =（1.40±0.10）A 1/3 fm 通常 核力半径＞电荷半径单核子体积：A r R V 3033434ππ==4、核力的特点。
（P14）1.核力是短程强相互作用力；2.核力与核子电荷数无关；3.核力具有饱和性；4.核力在极短程内具有排斥芯；5.核力还与自旋有关。
5、关于原子核结合能、比结合能物理意义的理解。
（P8）结合能：),()1,0()()1,1(),(),(2A Z Z Z A Z c A Z m A ZB ∆-∆-+∆=∆= 表明核子结合成原子核时会释放的能量。
比结合能（平均结合能）：A A Z B A Z /),(),(=ε原子核拆散成自由核子时外界对每个核子所做的最小平均功，或者核子结合成原子核时平均每一个核子所释放的能量。
6、关于库仑势垒的理解和计算。
（P17）1.r>R ,核力为0，仅库仑斥力，入射粒子对于靶核势能V (r )，r →∞，V (r ) →0，粒子靠近靶核，r →R ，V (r )上升，靠近靶核边缘V (r )max ，势能曲线呈双曲线形，在靶核外围隆起，称为库仑势垒。
原子核基本知识简介
全部裂变所释放出可利用的核能，
约相当于 2500t 标准煤燃烧所释
放出的热能！ (2) 1954年6月27日, 第一座功率为
5000 千瓦的核电站在前苏联建
已提纯的 235U, 准备 再加工为实弹弹头
成，功率为 60 兆瓦。立陶宛大约82％的电靠核电，此比
例为世界之最。
(3)秦山核电站是我国于1991年自行设计并建成的，其功率为
T ln2 λ
τ 1 T λ ln2
说明
(1) 平均寿命为衰变常量的倒数，是半衰期的 1.44 倍
(2) 经过时间 后，剩下的原子核数约为原来的 37％ 17
4. 放射性活(强)度 I 一个放射源在单位时间内发生衰变的原子核数
I d N d tN I 0 e t
I0 = N0 为 t = 0 时放射源的强度。常用单位居里 (Ci)，国际
偶-偶核的自旋量子数都等于零
奇-奇核的自旋量子数都等于非零整数
(3)核奇自A旋核的PI 自在旋给量定子方数向都的等投于影半为整m数I
mI 为原子核的磁量子数，取值 I, (I–1), … , – (I–1), –I
2. 原子核的磁矩
I g IP I2 m ep g I II 1 2 e m p g I II 1 N
最大可能值为 'I gIIN。
(4) 质子的磁矩几乎是核磁子的三倍，而中子具有负磁矩， 数值约为核磁子的两倍。这表明不能把质子和中子看成
是无内部结构的粒子。
(5) 氘核的磁矩虽然非常接近于质子磁矩和中子磁矩之和， 但并不完全相等，其它原子核的磁矩也是如此，都不等
于组成它的所有核子磁矩之和。这一事实说明核内各核
子间存在着复杂的相互作用。
8
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非相对论模型；非线性相对论模型 密度依赖的相对论平均场模型（SLCd和SLC）优点： 1.模型参数依赖于密度；高密区出现手征极限。 2.参数的密度相关性特别是介子的质量在低密区与实验数据比较一致。 3.对称核物质饱和性质；原子核基态性质；大质量中子星性质；实验符合 的对称能信息。
2.密度依赖的相对论平均场模型
由 =0 解析延拓到 0 ，得到类 似温度Tasy
T 10MeV
P(MeVfm3 )
a=0.235 b=0.175
c=0.12
d=0.098 e=0.08
T 10MeV
p 0.12MeVfm3
几何构造，得出满足吉布斯条 件的数值解
液气两相共存边界：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
非对称核物质的临界温度Tc：
4.总结
1.两个模型的对称核物质的临界温度都为15.7MeV,与实验数值 16 .6 0.9 ΜeV 很符合。
2. 非对称核物质里，对称能越软，Tasy越低。 3.模型的对称能越软，临界温度Tc越高。 4.对称能越软，相共存区域边界越大，临界压强也越大。
谢谢！
2
( n, p)
重排项：
0 = 2C C C 2 2C
C * M * * 2 C (mN M ) s .
正反核子分布函数：
n (k ) exp[( E* (k ) ) kBT ] 1
n (k ) exp[( E* (k ) ) kBT ] 1
对称能与热核物质液气相变 张广华
导师：蒋维洲
东南大学物理系
1.引言
2.相对论密度依赖平均场模型 3.结果与分析 4.总结
1.引言
有限温度和密度下的强子物质性质的研究是核物理中的一个基本问题。 在低密度区，核物质内由于核子与核子的相互作用而存在范德瓦尔斯力的 行为，可能使得在有限温度下发生液气相变。 上个世纪七八十年代开始就已经有很多中低能重离子碰撞的热 动力学性质的理论研究工作： Lamb & Lattimer, et.al.PRL 41, 1623 (1978) . Bertsch & Siemens, PLB 126, 9(1983).
九十年代人们对核物质液气相变的研究工作已经取得了很大的进展 Muller & Serot, PRC 52, 2072(1995). Baldo & Ferreira, PRC 59, 682(1999). 近年来研究核物质液气相变的工作： J. Xu, L. W. Chen,et.al. PLB 650, 348 (2007). Rios, NPA, 845, (2010)58-87 Sharma & Pal, PRC 81,064304 (2010).
( n, p)
3 结果与分析
零温和有限温下的对称能
对称核物质液气相变的临界温度 15.7MeV与实验数值 16 .6 0.9 ΜeV
符合的很好 Natowitz & Hagel, et.al. PRL 89,212701(2002).
p B 0 ，p2 2 B 0
1
1
核子的有效化学势：
* * g g b0 0
( n, p)
核子密度：
2 (2 )3
3 d k[n (k ) n (k )]
吉布斯条件：
(T , L ) (T , G )
p(T , L ) p(T , G )
能量密度：
2 2 2 2 2 2 * 2 = C C C (m* N M )
1 2
1 2
1 2
压强：
2 (2 )
3
p ,n
3 * d kE (k )[n (k ) n (k )].
1 2 2 1 2 2 2 1 2 * P = C C C (mN M * )2 2 2 2 0 1 2 k 3 d k (n (k ) n (k ). ） 3 p ,n (2 )3 E * (k )