当前课程知识点:核辐射物理及探测学 > 第一章 原子核的基本性质 > 1.3 原子核的大小与稳定性规律 > 1.3.1 原子核的大小
下面我们来看一看
原子核的大小
我们知道
卢瑟福的α散射实验
揭示了原子的核式模型
认为原子是由原子核
加上核外电子构成的
其中原子核占据了
原子质量的99.9%以上
并携带有与核外电子
一样多的正电荷
那么原子核的构成
又是怎么样的呢
人们对原子核所形成的认识
是经历了一个曲折的过程的
早期人们认为原子核
是由质子和电子构成的
但是直到1932年
人们才确认原子核
是由质子和中子构成的
原子核是由若干
质子和中子构成的
可以认为它看上去
是由许多质子小球和中子小球
构成的一个大球吗
首先质子或者中子
在原子核内的形状是不确定的
它们有可能是球形的
也有可能不是球形的
这与具体的原子核是有关系的
另外也没有办法看上去
因为我们没有办法
利用肉眼看的原子核的大小
原子核的尺寸很小
它只有一费米到10费米
这样一个尺寸
那什么叫费米呢
就是10的-15次方米
这是很小的
我们的可见光的波长
在几百纳米
这几乎是原子核尺寸的
1亿分之一
那么我们怎样才能看到
原子核的大小呢
那么要想看的原子核
我们必须借助某种介质的帮助
那么基于波粒二象性
我们需要该介质表现出粒子性
那么就需要它有足够大的动量
对于原子核1到10费米
这样一个尺度而言呢
那么要求该介质动量
至少在124个兆电子伏每光速
这样一个大小
那一般用什么介质
来观测原子核的大小呢
严格的讲
这是取决于作用力的
有两种作用力
一种作用力是电磁作用力
另外一种是强相互作用力
那么电磁能力的探查介质
可以是高能的电子 μ-子
那么强相互作用力
它的探查介质可以是α粒子
π介子等等
实验表明原子核是很小的
它的大小多大呢
大约10^-14到10^-15m这样一个量级
也就是
一个费米到10个费米
这样一个范围
并且大多数原子核的形状
是球状的
有一些原子核
由于原子核存在角动量的缘故
它略微呈长的椭球
或者扁的椭球形状
那么原子核的大小
是怎么测量出来的呢
实际上原子核的大小到底有多大
是取决于我们用什么手段去测它
我们用两种手段来测它
一种手段是基于电磁作用力的
那么利用电磁作用力
所得到的原子核的尺寸
我们就称之为
原子核的电荷半径
目前实验结果给的是
这样一个公式
一个原子核
如果我们把它
当作球来看待的时候
这个球的半径等于
一个常数1.21×A^(1/3)
这个A就是原子核的核子数
这个公式反映了
原子核的电荷半径
如果我们用的是强相互作用力
或者核力来测量原子核的话
得到的结果就称为核力半径
这时候得到的结果是
R=1.2×A^(1/3)
注意这是R单位都是费米(fm)
我们发现无论是电磁作用力
还是强相互作用力
所得的结果是很相像的
即原子核的半径
和A^(1/3)是成正比的
前面这个正比系数是r0
r0在电磁作用力的时候
是1.21
在强相互作用力的时候
是1.20
几乎是一样
所以根据实验结果
我们知道一个原子核的半径
和它的核子数的1/3次方
是成正比的
这个正比系数是r0
我们知道球的体积是
4/3πR^3
因此不难得到的结果就是
一个原子核的体积
将会正比于
这个原子核内的质量数
也是核子数或者质量数
根据这个公式
我们会得到一个结论就是
原子核的密度是不变的
它的密度并不会随着
原子核内核子数的增多而增多
也就是我们现在看到这个图
所表达的含义
这里边有一个重要的结论
就是这样的
原子核的半径
近似正比于A^(1/3)
原子核的体积
则近似正比于A
这就反映了
核力是有“饱和性”的
一个原子核内核子的核力
而只会和有限的核子发生关系
不会和无限的核子发生关系
那么这就是核力的饱和性
背后的含义
-1.1 基础知识、常量与单位
-1.2 原子核的构成、表示方法与相关术语
-1.3 原子核的大小与稳定性规律
-1.4 原子核的结合能
-1.5 原子核的自旋
-1.6 原子核的磁矩与电矩
-1.7 原子核的统计性质、宇称与能态
-课后作业--作业
-2.1 放射性衰变的基本规律
-2.2 递次衰变规律
-2.3 放射系
-2.4 放射规律的一些应用
-课后作业--作业
-3.1 原子核的衰变方式
-3.2 α衰变
-3.3 β衰变
-3.4 γ跃迁
-课后作业--作业
-4.1 核反应的概况
-4.2 核反应能和Q方程
-4.3 核反应截面和产额
-4.4 反应机制及核反应模型
-课后作业--作业
-6.1 辐射与物质相互作用概述
-6.2 重带电粒子与物质的相互作用
-6.3 快电子与物质的相互作用
-6.4 γ射线与物质的相互作用
-课后作业--作业
-7.1 统计学的基础知识
-7.2 放射性测量的统计误差
-7.3 电离过程的涨落与法诺分布
-7.4 粒子束脉冲的总电离电荷量的涨落
-7.5 时间间隔的统计分布
-课后作业--作业
-8.1 气体中离子与电子的运动规律
-8.2 电离室
--8.2.3 脉冲电离室的主要性能指标第一部分:能量分辨率
--8.2.4 脉冲电离室的主要性能指标第二部分:饱和特性、坪特性等
-8.3 正比计数器
-8.4 G-M计数管
-8.5 气体探测器小结
-课后作业--作业
-9.1 闪烁体
-9.2 光电倍增管
-9.3 闪烁探测器
-9.4 单晶闪烁谱仪
-课后作业--作业
-10.1 半导体与半导体探测器
-10.2 PN结半导体探测器
-10.3 锂漂移和高纯锗半导体探测器
-10.4 其他半导体探测器
-课后作业--作业
-12.1 活度测量方法
-12.2 符合测量法
-12.3 γ能谱解析
-课后作业--作业
-13.1 中子的基本特性与分类
-13.2 中子源
-13.3 中子与物质的相互作用
-13.4 中子探测的特点与探测方法分类
-13.5 常用的中子探测器
-课后作业--作业