原子核高自旋态
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둘째 수준
1셋.째重수粒준 子多重库仑激发
2넷다.째섯重째수粒준수준子诱发裂变
3.重粒子融合蒸发反应
高自旋及回弯现象
重 核마스裂터变텍：트应스用타重일核을 的편집自합发니裂다变，产生丰中子核
的둘高째自수旋준态。重核裂变同时能够产生大量裂变碎 片셋，째一수次준实验可以研究很多核的高自旋态，但是 这넷些째核수也준会在数据分析时互相干扰。
(2) 回弯机制
早期, B. Mottelson and J. Valatin提出, 对崩溃 (带Pa态7ir2마둘셋넷,i年n스째째째gF터C수수수.oS텍준준준rltilgea트,pp转hs스ee动n)타,s惯일a>n量을dc急편时R.剧집,S对합增im니关加o다n联.提受出扰, 回动弯, 超处导实态际是正 内部 다颇섯不째同수的준两个转动带的交义(band crossing), 一个 是基带, 内部核子配对, 小, J, EJ; 另一个是激发带S带(Superband)内部是高j低闯入轨道上一对核子拆
重다离섯째子수库준仑激发：通过长程电磁相互作用产生
非弹性散射，使靶核处于高自旋态。库仑激发容
易激发起集体运动，但是激发能不太高。适用于
稳定线附近的核，需要稳定的靶。
高自旋及回弯现象
熔마合스蒸터发텍反트应스：타일用을加편速집到합一니定다 能量的重离子束流， 打둘在째靶수核준上,与靶核熔合产生复合核。复合核通过 蒸셋发째粒수子준（中子、质子或α粒子 ）可以退激掉大 部넷分째的수能준量，但发射的粒子不能带走很多角动量， 于다是섯形째成수具준有高自旋的剩余核，它通过级联跃迁
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5. 高自旋态中的回弯现象
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5. 高自旋态中的回弯现象
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散, 受很强的Coriolis力作用, 角动量沿集体转动轴方向
(R)顺排, 急剧增大, 出现图示的回弯.
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高自旋及回弯现象
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셋째 수준
넷째37 L수i 준14186Cd 15118Sb 5n 다섯37째Li 수14준186Cd 15210Sb 3n
7 3
Li
14184Cd
15116Sb
5n
7 3
Li
14184Cd
14194In
3n
7 3
Li
14186Cd
15108Sn
1
p
4n
高自旋及回弯现象
1마97스1年터A텍.J트oh스ns타on일等을人편通집过합니160G다d(, 4n)160Dy 反应研究 了둘16째0Dy수核준的高自旋态。他们在分析转动惯量 与
退激到基态。即所谓的重离子反应(HI,(xn,xp))。 熔合蒸发反应适用于缺中子核。熔合蒸发反应
是比较好的一种研究高自旋态的方法，最高可以 获得约60ℏ的角动量。
120核区高自旋态实验研究
7Li轰击114,116Cd，束流能 量 分마别스为터4텍8和트3스0 타M일eV을。편집합니다
둘째 수준
图4.8.1、回弯现象
图4.8.2、晕线
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(2) 回弯机制
早期, B. Mottelson and J. Valatin提出, 对崩溃 (带Pa态7ir2마둘셋넷,i年n스째째째gF터C수수수.oS텍준준준rltilgea트,pp转hs스ee动n)타,s惯일a>n量을dc急편时R.剧집,S对합增im니关加o다n联.提受出扰, 回动弯, 超处导实态际是正 内部 다颇섯不째同수的준两个转动带的交义(band crossing), 一个 是基带, 内部核子配对, 小, J, EJ; 另一个是激发带S带(Superband)内部是高j低闯入轨道上一对核子拆介绍
原子核具有的角动量称为原子核的自旋,属于原子 核重要的量子力学性质.实验上是从原子光谱存在超精 细结构发现的。
原子核是由核子组成的,每个核子有自旋,同时在核 内作复杂的相对运动,具有相应的轨道角动量,这些角 动量和原子核的集体转动角动量耦合,构成了原子核的 自旋。
一般将原子核自旋量子数大于10的核态称为高自 旋态。
七十年代，人们由晕谱的转动惯量出现回弯而 发现的普遍的“回弯现象”导致了高自旋态核物 理学的出现和发展。
核谱学研究的三个主流方向
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둘째 수준
1셋.激째 수发준能自由度(高激发能)
2넷다.同째섯째수位준수준旋自由度(高同位旋)
3自旋自由度(高自旋)
高自旋态的布居
转셋动째角수频준率ω的变化关系时，发现晕谱在I = 14+
附넷近째转수动준惯量突然增加，出现回弯现象 (b다ac섯k째ben수d준ing)，这里我们给出另一清晰的回弯现
象的图，如图4.8.1 所示。所谓晕态是指同角动量 下，能量最低的态，这些态构成的线称为晕线 (yrast line),如图4.8.2所示。
散, 受很强的Coriolis力作用, 角动量沿集体转动轴方向
(R)顺排, 急剧增大, 出现图示的回弯.
마스터 텍트 스타일을 편집합니다 둘째 수준 셋째 수준 넷째 수준 다섯째 수준
从六十年代后期开始，由于重离子加速器的建 立，探测器技术、电子学技术和计算机技术的发 展，在衰变谱学(由原子核的自然衰变而得到能谱) 的基마础스上터逐텍渐트形스成타了일을一个편집新합的니研다究领域—现代核 谱学둘,째大大수준扩大传统核谱学研究的疆界。现代核谱 学一셋方째面수可준以通过某些核反应使人们观测到原子 核的넷多째种수激준发模式和多种退激模式，另一方面， 也可다以섯通째过수某준些反应将反应产物中的生成核布居 到更高的激发态和更高的自旋态。
查一下核右移的名词解释
查一下核右移的名词解释核右移是一个在核物理学和量子力学领域中使用的名词，它指的是某些核粒子在原子核内部的“右移”现象。
在这个过程中，核内的粒子被移动到核的右侧，从而改变了核结构和性质。
一、核右移的起源核右移最早由日本物理学家山中信男于20世纪60年代提出。
他的研究表明，部分核内粒子在高自旋和高荷质比条件下，会发生向右移动的现象。
这一发现打破了原有的核模型，成为核物理学研究中的重要突破。
二、核右移的过程核右移通常发生在原子核高自旋态下。
在高速旋转的核中，由于离心力等因素的影响，部分核内的质子或中子会受到向外的排斥力，从而向右移动。
这种右移过程是一个非常复杂的动态过程，其中涉及到多种因素的相互作用。
三、核右移的效应核右移的发生会导致核结构发生变化，进而影响到核的性质和行为。
一方面，核右移可以改变核的形状和大小，使得原本对称的核变得不规则和不对称。
另一方面，核右移还会对核的能级结构和能带分布产生重要影响，从而改变核的光谱特性和核反应的发生率。
四、核右移的应用核右移理论的提出和研究为核物理学和量子力学的发展做出了重要贡献，并且在许多实际应用中发挥了重要作用。
在核能源的开发和利用中，核右移的研究可以帮助科学家理解核反应的机制和路径，从而优化核能发电和核废料处置的方法。
此外，核右移还可以应用于核物理实验中，用来研究和分析不同核素的特性和行为，解析核反应的发生过程。
五、未来的研究方向虽然核右移理论已经取得了一系列重要成果，但仍存在许多未解之谜和待解决的问题。
未来，研究人员可以继续深入探索核右移的机制和效应，结合新的实验数据和计算模型，进一步完善核右移的理论框架。
同时，还可以将核右移与其他核物理现象进行联系，探索其潜在的关联和相互作用，以期在核物理学的前沿领域取得更多的突破和进展。
总之，核右移作为一个重要的核物理学名词，代表了核内粒子发生“右移”的现象。
它的研究对于揭示核结构和性质的本质，以及促进核能源的研发和利用具有重要的科学意义和实际应用价值。
原子结构知识：原子结构中电子自旋和核自旋
原子结构知识：原子结构中电子自旋和核自旋原子是构成物质的基本单位，其结构包括核和围绕核运动的电子。
在原子结构中，电子自旋和核自旋是两个非常重要的物理概念，它们对原子的性质和行为都有重要影响。
一、电子自旋1.电子自旋的概念电子自旋是电子固有的一种内禀性质，它并不是电子真正的旋转运动，而是描述电子的一种量子性质。
电子自旋可以用两种态来描述，即上自旋态和下自旋态，分别用↑和↓表示。
这两种态是对应于电子自旋在空间中的两个方向，它们之间没有中间态。
2.电子自旋的测量电子自旋的测量是基于量子力学的原理，它具有不确定性。
当进行电子自旋的测量时，不可能同时测量出电子的位置和自旋方向。
根据量子力学的测不准原理，测量电子的自旋方向会使得其位置的不确定性增加，反之亦然。
3.电子自旋的性质电子自旋在原子结构中具有重要的作用。
它决定了原子在外加磁场下的行为，从而影响了原子的磁性。
电子自旋还与化学键的形成和原子光谱的性质有关。
由于电子自旋的存在，原子的能级结构会呈现出一些特殊的规律，如Pauli不相容原理等。
4.康普顿散射电子自旋还与康普顿散射现象相关。
康普顿散射是指X射线与物质中的自由电子相互作用而发生散射的现象。
在康普顿散射中，X射线会与电子的自旋磁矩相互作用，使得散射角度发生变化，从而可以用来测量电子的自旋。
二、核自旋1.核自旋的概念核自旋是核子固有的自旋角动量，通常用I来表示。
与电子自旋类似，核子的自旋也具有量子性质，即其自旋角动量只能取离散的数值。
在自然界中，存在很多核素，它们的核自旋可以是整数或半整数。
2.核自旋的性质核自旋是核物理研究的重要参数之一，它与原子核的稳定性、核衰变、核磁共振等现象密切相关。
核自旋还可以影响原子的磁性和核荷分布，从而影响原子的化学性质。
3.核自旋共振核自旋可以通过核磁共振技术来研究。
核磁共振是一种利用核自旋的方法来研究物质结构和性质的技术。
在核磁共振中，外加磁场使得具有核自旋的原子核产生共振吸收信号，从而可以得到有关原子核的信息。
高自旋态低自旋态
高自旋态低自旋态
高自旋态和低自旋态是指在原子或分子中，电子的自旋取向不同而导致的能级差异。
电子的自旋有两种可能性：自旋向上或自旋向下。
当一个原子或分子中的所有电子的自旋方向都相同时，这种状态被称为低自旋态。
相反，当一个原子或分子中的某些电子自旋向上，而另一些电子自旋向下时，这种状态被称为高自旋态。
高自旋态和低自旋态之间的能量差异可以用于分离和分析分子。
例如，在核磁共振谱分析中，分子中的原子核在不同的自旋态下表现出不同的共振频率，因此可以使用核磁共振谱仪来识别分子中的不同部分。
此外，高自旋态和低自旋态还可以被用于控制光谱学和量子计算中的量子比特。
通过控制电子的自旋状态，可以实现量子比特的储存、传递和操作。
因此，高自旋态和低自旋态在化学、物理、分析化学和计算机科学等领域都有广泛的应用。
- 1 -。
核磁共振量子力学原理
核磁共振量子力学原理核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是一种重要的物理现象，它在医学、化学、物理等领域都有广泛的应用。
核磁共振量子力学原理是解释核磁共振现象的基础理论，通过量子力学的观点，揭示了核磁共振现象的本质和机理。
量子力学是研究微观领域的物理学理论，它描述了微观粒子的行为和性质。
核磁共振现象可以解释为原子核在外加磁场的作用下，由于其自旋而产生的磁矩在外加射频场的作用下发生共振吸收和发射的过程。
我们来了解一下原子核的自旋和磁矩。
原子核由质子和中子组成，它们带有1/2的自旋。
自旋可以看作是一个旋转的量子态，类似于地球的自转。
由于带电粒子的旋转会产生磁场，因此原子核也具有磁矩。
不同的原子核由于质子和中子数目的不同，具有不同的自旋和磁矩。
当一个外加静态磁场作用在原子核上时，原子核的磁矩会朝向磁场方向排列，形成一个总磁矩。
这个总磁矩可以用一个经典物理学中的矢量来表示，称为磁化强度。
在没有外界干扰时，原子核的磁化强度与外加磁场方向一致。
接下来，我们考虑外加射频场对原子核的作用。
外加射频场是一个高频交变磁场，其频率与核磁共振频率相同。
当外加射频场的频率与核磁共振频率一致时，它会与原子核的磁矩发生相互作用。
根据量子力学的原理，原子核的自旋和磁矩只能在某些特定的能级上存在，而不能连续变化。
当外界射频场的频率与核磁共振频率相同时，它会引起原子核从一个能级跃迁到另一个能级，产生能量的吸收和发射。
具体来说，当外界射频场的频率与核磁共振频率一致时，它会引起原子核自旋状态的翻转。
这个过程可以看作是原子核吸收射频能量，从低能级跃迁到高能级。
当射频场停止作用时，原子核会自发地从高能级跃迁到低能级，释放出吸收的能量。
核磁共振现象的观测是通过探测原子核吸收和发射的射频信号来实现的。
在核磁共振实验中，我们可以通过改变外加磁场的强度和方向，调节外界射频场的频率和强度，来研究原子核的磁共振现象。
原子核的自旋
39K
3/2
40K
4
41K
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1.2 原子核的自旋
µ´I（核磁子） +0.40365 - 0.28299
0 +2.21711 +0.309 -1.291 +0.215
1.2 原子核的自旋
可得规律： （1）偶A核的自旋为整数；（玻色子） （2）其中偶偶核（质子数和中子 数都为偶数）的自旋为0；（玻色子） （3）奇A核的自旋为半整数。（费米子）
一、核的自旋
1、来源
1.2 原子核的自旋
核中质子子与电子一样存在自旋，
角动量为
1
2
复杂的相对运动，产生Fra bibliotek轨道角动量
合成的角动量，即称为核的自旋。
1.2 原子核的自旋
图1-4 质子的转动
2、表示
根据量子力学有：
1.2 原子核的自旋
PI I (I 1) h / 2 ；h为普朗克常数，h 6.62621034 J S
n 1H 2H 4He 6Li 7Li 9Be
1.2 原子核的自旋
表1 各原子核的自旋和核磁子数
I
µ´I（核磁子）
1/2
-1.91280
1/2
+2.79255
1
+0.857348
0
0
1
+0.82189
3/2
+3.25586
3/2
-1.1774
原子核 I
14N
1
15N
1/2
20Ne
0
23Na 3/2
I为自旋量子数，整数或半整数
1.2 原子核的自旋
原子核自旋角动量PI在空间给定z方向的投影
原子核的基本性质
ρ = nmn =1.66×1014 g / cm3
即，一个火柴盒那样大体积的核物质的重量为10亿吨。
四、 质量和结合能
原子核的液滴模型
1.质量：核质量＝原子质量－核外电子总质量
实际中，常近似用原子质量。 原子质量单位：
u 1 =
12 1 ⋅ 1.6605387×10−27 kg NA 12
由质能关系： E = mc2
一、原子核的比结合能几乎为常量， B ∝ A 说明核子之间的相互作用力具有饱和性，与液体分子力的饱和性类似。 二、体积近似正比于核子数，即核物质密度几乎是常量，不可压缩性，与液体类似。 因此，把原子核看成带电的液滴。
（2）魏扎克（Weizsacker）公式
1935年，结合能半经验公式： (2).8页
2I −1 Q 0 2(I +1 )
第五节 原子核的宇称
宇称：微观物理领域中特有的概念，描述微观体系状态
波函数的一种空间反演
宇 算 ：ˆ 称 符 P
ˆ PΨ(x) =Ψ(−x) ˆ PΨ(x) = kΨ(x), Ψ P 本 态 k 本 值 （ (x)是ˆ的 征 ， 是 征 ）
ˆ P2Ψ(x) = k2Ψ(x) =Ψ(x)
原子核的磁矩
µs =−
µl =−
r
r
e r e r ps = gs ( ) ps (gs =−2) m 2m e e
e r e r pl = gs ( ) pl (gs =−1 ) 2m 2m e e
二.核子的磁矩 质子自旋的磁矩: 中子自旋的磁矩:
µp = gp (
e r ) ps 2mN e r r µn = gn ( ) ps 2mN
（1） 当 ≤ j时 有 I ， 2I+1个 , 值能级分裂成2I+1个 级 能 ，
核磁共振波谱分析报告
核磁共振波谱分析1946 年美国科学家布洛赫(Bloch) 和珀塞尔( Purcell )两位物理学家分别发现在射频* (无线电波*0.1〜1OOMHZ,10〜109卩m的电磁波能与暴露在强磁场中的磁性原子核相互作用, 引起磁性原子核在外磁场中发生磁能级的共振跃迁, 从而产生吸收信号，他们把这种原子对射频辐射的吸收称为核磁共振(NMR> NMR 和红外光谱，可见—紫外光谱相同之处是微观粒子吸收电磁波后在不同能级上跃迁。
引起核磁共振的电磁波能量很低, 不会引起振动或转动能级跃迁, 更不会引起电子能级跃迁。
.根据核磁共振图谱上吸收峰位置、强度和精细结构可以研究分子的结构。
化学家们发现分子的环境会影响磁场中核的吸收，而且此效应与分子结构密切相关。
1950年应用于化学领域，发现CHCHOH中三个基团H吸收不同。
从此核磁共振光谱作为一种对物质结构 (特别是有机物结构) 分析的确良非常有效的手段得到了迅速发展。
1966 年出现了高分辨核共振仪，七十年代发明了脉冲傅立叶变换核磁共振仪，以及后来的二维核磁共振光谱( 2D-NMR,从测量1H到13C 31P、15N,从常温的1〜2.37到超导的5T以上，新技术和这些性能优异的新仪器都核磁共振应用范围大大扩展，从有机物结构分析到化学反应动力学，高分子化学到医学、药学、生物学等都有重要的应用价值。
§ 4-1 核磁共振原理一、原子核自旋现象我们知道原子核是由带正电荷的原子和中子组成，它有自旋现象原子核大都围绕着某个轴作旋转运动，各种不同的原子核，自旋情况不同。
原子核的自旋情况在量子力学上用自旋量子数I 表示，有三种情况：①1=0,这种原子核没有自旋现象，不产生共振吸收(质量数为偶数(M),电子数,原子数为偶数(z) 为12G,16O,32S)②1=1、2、3、…、n,有核自旋现象，但共振吸收复杂，不便于研究。
③匸n/2 (n=1、2、3、5、…)有自旋现象，n〉1时，情况复杂，n=1时，1=1/2，这类原子核可看作是电荷均匀分布的球体，这类原子核的磁共振容易测定，适用于核磁共振光谱分析，其中尤以1H最合适。
核磁共振(NMR)
驰豫：低能级核向高能级跃迁,高能态必须放 出能量回到低能态，使低能态核始终维持 优势。非辐射到低能态的过程称为驰豫。
一个体系通过驰豫过程达到平衡状态
的半衰期需要一定时间，用T1表示，T1越小， 这种驰豫效率越高。
• 2 、 因 为 Si 的 电 负 性 （ 1.9 ） 小 于 碳 的 电 负 性 （2.6），TMS质子处于高电子密度区，产生较大 的屏蔽效应，其质子信号比产生一般质子信号所 需磁强度均大，处于最高场，因此，不干扰样品 信号。
• 3、TMS是烷烃，化学性质不活泼，与样品无作用。 • 4、TMS易溶于有机溶剂 • 5、沸点低（27℃），易于回收样品。
合物结构测定的基本原理
• 6. 了解脉冲傅立叶变换核磁共振测定方法的原理 • 7. 了解1H-NMR及13C-NMR的测定条件以及简化图谱
的方法，并能综合应用图谱提供的各种信息初步判 断化合物的正确结构
主要内容
• 1. 核磁共振原理 • 2. 核磁共振仪器 • 3. 氢核磁共振（1H-NMR） • 碳核磁共振（13C-NMR） •
1.原子核的自旋
氢原子核的自旋会沿着它的自转轴产生一个 微小的磁场，它本身就好象一个小磁铁。
Nuclear magnetic dipole moment caused by spinning nucleus
+
Direction of Spin of hydrogen
nucleus
1.原子核的自旋
• 如要B的0为频2率.3是5T1,010HM发H生z,而核1磁3C共是振25所M需Hz.
3.内标（基准物质）的选择
原子核高自旋态
마스터 텍트 스타일을 편집합니다 둘째 수준 셋째 수준 넷째 수준 다섯째 수준
高自旋及回弯现象
마스터 텍트 스타일을 편집합니다 둘째 수준 셋째 수준 넷째 수준 다섯째 수준
图4.8.1、回弯现象
图4.8.2、晕线
마스터 텍트 스타일을 편집합니다 둘째 수준 셋째 수준 넷째 수준 다섯째 수준
形状共存(Shape 二．形状共存(Shape Coexistence)
在130过渡区核中观测到的核形状共存现象之多样为其它核区少 130过渡区核中观测到的核形状共存现象之多样为其它核区少 一种是如前所述,由于h 质子转动排列,把原子核驱向γ 见。一种是如前所述,由于h11/2质子转动排列,把原子核驱向γ=0 마스터 텍트 스타일을 편집합니다 的长椭球形状, 中子转动排列又把原子核驱向γ 60° °的长椭球形状,而h11/2中子转动排列又把原子核驱向γ=-60°的 둘째 수준 扁椭球形状。第二种虽然也是γ 的形状共存, 扁椭球形状。第二种虽然也是γ=00与γ=-600的形状共存,但其产 셋째 수준 生原因却不同。它们分别是基于核的质子h 支壳的K=1/2 K=1/2和 生原因却不同。它们分别是基于核的质子h11/2支壳的K=1/2和K=1 1/2轨道上的。位能面(PES)的理论计算表明,在奇质子I核中[55 轨道上的。 (PES)的理论计算表明 1/2넷째 수준 位能面(PES)的理论计算表明,在奇质子I核中[55 轨道上的 0]1/2−与[505]11/2−两个h11/2轨道有可相比的极小,前者为长椭 다섯째 수준 两个h 轨道有可相比的极小, 球形状,而后者相应于扁椭球形状。 中除观测到ΔI= 球形状,而后者相应于扁椭球形状。在119I和117I中除观测到ΔI= K=1/2带之外 都已观察到了K=11/2的带。 带之外, K=11/2的带 2的K=1/2带之外,都已观察到了K=11/2的带。这个带的显著特点 是有很强的ΔI=1跃迁,并且ΔI=1跃迁的混合比率为负， ΔI=1跃迁 ΔI=1跃迁的混合比率为负 是有很强的ΔI=1跃迁,并且ΔI=1跃迁的混合比率为负，同时没 Signature劈裂 但是， 劈裂。 有Signature劈裂。但是，最近不同的实验室对117I，119I的高自 旋态研究中得到了不同的结论。 旋态研究中得到了不同的结论。要澄清其分歧还需要作大量的 实验和理论工作。第三种形状共存是γ=0°的长椭球与γ=60° 实验和理论工作。第三种形状共存是γ=0°的长椭球与γ=60°的 非集体运动的扁椭球形状, 非集体运动的扁椭球形状,其产生的原因是就是下面要论述的带 终结现象。 终结现象。
原子核的自旋
If: j≥I, F有2I+1个值 I≥j, F有2j+1个值。
由此可见，原来F为定值的能级又分裂成2I+1或2j+1个具有不同F 值的子能级，这种子能级之间的距离，比由不同j值的能级之间的 距离要小得多。从而造成了原子光谱的超精细结构。
如Na的3S1/2能级，它最靠近原子核，受核自旋影响最大。 对于3S1/2态，l=0, 则其电子的角动量j=1/2 则原子的总角动量取值为：F=I+1/2，I-1/2。 所以：3S1/2能级分裂成具有不同F值的两个能级。 3P1/2和3P3/2能级也将分裂，但它们分裂非常小。 由于3S1/2能级一分为二，则由3P1/2跃迁到3S1/2的D1线变成双线， 由3P3/2跃迁到3S1/2的D2线也变成双线。
当前两种方法都不适用时，则可用此方法。
例如：Na原子D线的超精细结构。
由于它是由3S1/2能级分裂成两个子能级而引起，且j=1/2。 则：I ≥j，第一种方法不适用。
又因为：3S1/2能级只可能分裂为两个子能级，所以只有一个能 量间距，则第二种方法也不行。
实验测得D1线（或D2线）的两超精细谱线的相对强度之比为5:3.
说明：间距法仅适用于I>1/2, j>1/2情况。
例：实验发现铋的λ=4722Å谱线分裂成6条。
λ=4722Å对应于 D3 的S跃1 迁，发现能级的分裂数分别为4和2，
2
2
即分裂成2j+1个子能级。
所以： I > j
实验测得D3/2的四个子能级的间距比为 6:5:4 则由间距法有：I + j = 6
§1.4 原子核的自旋
1、核自旋的提出