原子核的電四極矩

原子核的電四極矩（nuclear electric quadrupole moment），簡稱核電四極矩，是原子核的重要性質之一。任意帶電體系的電性質用多級展開為電多極矩描述，可分為零級描述球對稱分布，一級描述電偶極性質，二級描述電四極性質，級更高則描述更細緻。原子核的電偶極矩為零，電四極矩則成為表征核電荷分布偏離球對稱程度的重要參數。

基本介紹

• 中文名：原子核的電四極矩
• 外文名：nuclear electric quadrupole moment
• 簡稱：核電四極矩
• 測定原理：原子光譜的超精細結構
• 特徵：原子核的重要性質之一

理論詮釋

原子核一般可看成迴轉橢球形，當核內電荷均勻分布時，電四極矩為Q=2Z(b²－a²)/5。式中Z是核電荷數，b為對稱軸方向上的半軸，a為垂直於對稱軸方向上最大圓截面半徑。電四極矩具有面積量綱，單位為靶恩，1靶恩=10^－28米²。有的核電四極矩Q=0，則a=b，說明核為球形；有的核Q>0，則b>a，說明核是長橢球形；有的核Q<0，則b<a，說明核是扁橢球形。一般核的電四極矩都不大，說明核偏離球對稱並不大。核電四極矩的改變會影響原子光譜的超精細結構，由此可測定核的電四極矩。另外，通過散射實驗也是測量核電四極矩的重要方法。

概念擴充

原子核不是點電荷，不但有自旋和磁矩，而且凡自旋大於1/2的核，電荷分布都不是球對稱的。早在20世紀30年代中期，就發現銪（Eu）同位素的核電荷分布是偏離球對稱的，這類核具有核的電四極矩，若以自旋的方向為軸、電荷分布為長球形的電四極矩為正，電荷分布為扁球形的為負。自然界的近 300個穩定同位素中，約三分之一的核有電四極矩。原子核處存在由價電子產生的不均勻場，其梯度的分布也有對稱軸，軸的方向依原子在分子或晶體中的鍵結構而定。高低子能態上布居數也依照玻耳茲曼分布律分布（見玻耳茲曼統計）。因能態能量是自旋I的二次方函式，如I>3/2則相鄰能態間距不相等。若用頻率同能態間距相吻合的電磁場激勵，就產生核四極共振（通常溫度下，低能態布居數大於高能態的，因此共振一般是吸收性的）。共振頻率是固定的，隨原子和核的化學結構的不同而異，一般為幾十兆赫，也可高到數百或數千兆赫，或低到一兆赫或更小（一百多千赫）。