7、核素图：是以Z为横坐标，以N为纵坐标构 成的图。每一个核素在图中有一 确定的位置。
核素图
质子数
Z
已知核素半岛
可能的超重元素岛
不稳 定
Z=114
海
洋
N
核 素图
1、稳定核素集中在Z=N的直线上或紧靠 它的两侧，构成稳定核素区。
2、稳定核素中质子数与中子数之比：轻核 为1；最重的核 N / Z 1.6
PF = PJ + PI
PF的数值也是量子化的,其值为：
F=I+J,I+J-1,…I-J
如果JI, F有2I+1个值;如果IJ,F有2J+1个值。不同F 的状态具有不同能量，于是原来不考虑核自旋（F=J为定值 ）的能级又分裂成（2I+1）或（2J+1）个子能级。
2. 原子核的磁矩
（1）核子的磁矩 原子核内的质子带电，它的“轨道”运动
二、原子核的质量与质量数
原子核的另一重要特征是它的质量。 MN = MA– Zme
原子质量单位：
原子质量 = 原子量×原子质量单位
核素 质量数
1H
1
2H
2
3H
3
12C
12
13C
13
14N
14
15N
15
核素质量
1.0078252 2.0141022 3.0160497 12.000000 13.003354 14.0030744 15.000108
（1）原子核的角动量
原子核和原子一样也具有角动量，这是因为每个核子都
有自旋，且自旋都为1/2，因此具有固有角动量（自旋角动
量），与电子一样，都是
。
核子在核内还有轨道运动，核子的自旋和轨道角动量的 矢量和就是原子核的角动量,习惯上也称它为原子核的自旋 ，并用PI表示， PI是量子化的。
I 称为核自旋量子数。
3、Z<84的核素有一个或几个稳定的同位素; Z>84的以及质子数或中子数过多的核都 是不稳定的放射性的同位素。
四、原子核的大小
1、半径：
多数原子核基本上是球形，实验测量出 原子核的半径，得到核半径的经验公式：
R = r0 A1/3 r0=1.4×10-15m=1.4fm
2、体积： 原子核的体积近似地与质量数成正比：
产生“轨道磁矩”，另外质子和中子本身还有 与自旋相关的磁矩，理论和实验都证明原子 核和核子都具有磁矩，中子和质子的磁矩为：
mN为核子质量，gp和gn是朗德因子。
（2）核磁子：
实验上测出 ： 则可算出
=0.505038×10-27焦耳/特斯拉
μp=2.79276μN μn=-1.191315μN
玻尔磁子：
• （2）PI在某特殊方向投影的数值为；
MI称为核磁量子数。PIZ的最大值：PI=I 通常用来表示核角动量的大小.若以为单位, 则角动量的大小就可用I来表示。
根据角动量的相加规则，容易证明，A为奇 数的原子核，它的I一定是半整数，A为偶数的原 子核，它的I一定是整数。这和前面讲的，A为奇 数的原子核是费米子，A为偶数的原子核为玻色 子一致。下表列出了一些原子核的I值。
核外电子-原子物理学(1)
2020/8/14
§ 10.1 原子核的基本性质
一、原子核的电荷和电荷数 二、原子核的质量和质量数 三、原子核的成分 四、原子核的大小 五、原子核的自旋和磁矩 六、原子核的宇称、电四极矩、统计性和同位旋 七、原子核的结合能
一、原子核的电荷与电荷数
• 原子核的一个重要特征是它的电荷。由卢瑟福的原子 核式结构模型可知： • 原子序数为Z的原子的中心有一个带有正电量为Ze 的原子核。即a q=+Ze Z是原子序数，e是基本电荷，其数值为一个电子电量 的绝对值。
由于电子的质量
所以核磁子μN 比玻尔磁子 B 小了三个数量级。
3、原子核的磁矩：就是质子的轨道磁矩，质子、 中子的自旋磁矩的总和。
gI 因子 的数值不能通过公式计算,只能由实验测得 μ。I在给定正方向的投影值为：
1、成分：原子核是由质子和中子组成的多粒子
系统。
2、核子：质子，中子统称为核子。用A表示一
个原子核中所含的核子数，N表示中子 数Z表示质子数，显然：
A =Z+N
3、核素符号：
4、同位素：Z相同，N不同的核素。
5、同量异位素：A相同，Z不同的核素。
6、目前已知的核素：约2000个，其中有300 多个是天然存在的，280个是稳定的， 30多 个是放射性的；1600多个是人 工制造的理论上预言能够制造出Z=114 的超重元素。
3、密度：
u= 1.6610-27Kg ; r0 = 1.4 fm
1017 Kg / m3=1014 / m3
密度大得惊人！原子核是物质紧密集中之处！ 核的质量密度是水的密度的1014倍，也是地球平 均密度的1014倍。
五、原子核的角动量和磁矩
1.原子核的角动量 2.原子核的磁矩
1. 原子核的角动量
原子核 I
n
1/2
1H
1/2
2H
1
4He
0
6Li
1
7Li
3/2
9Be
3/2
µ´I（核磁子）
-1.91280 +2.79255 +0.857348
0 +0.82189 +3.25586 -1.1774
原子核 I
14N
1
15N
1/2
20Ne
0
23Na 3/2
39K
3/2
40K
4
41K
3/2
µ´I（核磁子）
三、原子核的成分
早先人们只知电子和质子这两种基本粒子，当发现原子 核可放出电子（β衰变），自然使人们推测核是由电子和质子 组成的。但这引起许多矛盾。其中，不确定关系指出核“装不 下”电子。1932年查德威克发现了中子后，才知核是由质子和 不带电的中子组成的，它们的质量相近
海森伯统称它们为核子，并认为质子和中子仅仅是核子 的两种不同状态（同位旋 ）。
+0.40365 - 0.28299
0 +2.21711 +0.309 -1.291 +0.215
（3）原子光谱的超精细结构
• 原子核的角动量（核自旋）可以从原子光谱的
超精细结构，或从分子光谱测得。例如，当用分辨
本领更高的光谱仪观察钠的光谱时，会发现钠主线
系第一条谱线D双线的D1线 （
）由相距为
0.023埃的两条线组成,D2线
由相距为0.021
埃的两条线组成.这就是原子光谱的超精细结构。
3P
3S (a)
5893A D
5896A D1
3S1/2
(b)
3P3/2 3P1/2
F2=I+1/2 FI=I-1/2
(c)
产生超精细结构的原因是因为原子核有角动量(核自 旋)。原子的角动量，在考虑了核自旋后，应当等于 电子的角动量与核自旋的矢量和，即