原子核的电四极矩详细资料大全

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原子核的电四极矩(nuclear electric quadrupole moment),简称核电四极矩,是原子核的重要性质之一。任意带电体系的电性质用多级展开为电多极矩描述,可分为零级描述球对称分布,一级描述电偶极性质,二级描述电四极性质,级更高则描述更细致。原子核的电偶极矩为零,电四极矩则成为表征核电荷分布偏离球对称程度的重要参数。

基本介绍

  • 中文名 :原子核的电四极矩
  • 外文名 :nuclear electric quadrupole moment
  • 简称 :核电四极矩
  • 测定原理 :原子光谱的超精细结构
  • 特征 :原子核的重要性质之一
理论诠释,概念扩充,

理论诠释

原子核一般可看成回转椭球形,当核内电荷均匀分布时,电四极矩为 Q =2 Z ( b 2 - a 2 )/5。式中 Z 是核电荷数, b 为对称轴方向上的半轴, a 为垂直于对称轴方向上最大圆截面半径。电四极矩具有面积量纲,单位为靶恩,1靶恩=10 -28 2 。有的核电四极矩 Q =0,则 a = b ,说明核为球形;有的核 Q >0,则 b > a ,说明核是长椭球形;有的核 Q <0,则 b < a ,说明核是扁椭球形。一般核的电四极矩都不大,说明核偏离球对称并不大。核电四极矩的改变会影响原子光谱的超精细结构,由此可测定核的电四极矩。另外,通过散射实验也是测量核电四极矩的重要方法。

概念扩充

原子核不是点电荷,不但有自旋和磁矩,而且凡自旋大于1/2的核,电荷分布都不是球对称的。早在20世纪30年代中期,就发现铕(Eu)同位素的核电荷分布是偏离球对称的,这类核具有核的电四极矩,若以自旋的方向为轴、电荷分布为长球形的电四极矩为正,电荷分布为扁球形的为负。自然界的近 300个稳定同位素中,约三分之一的核有电四极矩。原子核处存在由价电子产生的不均匀场,其梯度的分布也有对称轴,轴的方向依原子在分子或晶体中的键结构而定。高低子能态上布居数也依照玻耳兹曼分布律分布(见玻耳兹曼统计)。因能态能量是自旋 I 的二次方函式,如 I >3/2则相邻能态间距不相等。若用频率同能态间距相吻合的电磁场激励,就产生核四极共振(通常温度下,低能态布居数大于高能态的,因此共振一般是吸收性的)。共振频率是固定的,随原子和核的化学结构的不同而异,一般为几十兆赫,也可高到数百或数千兆赫,或低到一兆赫或更小(一百多千赫)。




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