核結構即原子核的結構。原子核的結構有些類似於原子，當原子核內的質子數或中子數分別(或同時)等於2、8、20、28、50、82等幻數時，這些原子核就特別穩定，這一點很像惰性氣體的原子，因此原子核也有殼層結構。自1932年以來，人們提出各種核的結構模型，對核子的運動作近似的唯象的描述，但某個模型往往只能反映某一方面的特性。描述核結構的模型有費米氣體模型、殼層模型、集體模型等。
基本介紹
- 中文名：核結構
- 外文名：nuclear structure
- 研究內容：核子運動
- 結構模型：費米模型、殼層模型等
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研究歷史
1911年英國物理學家E.盧瑟福在 α散射實驗中發現了原子核的存在；1932年，J.查德威克又發現了中子；接著，W.K.海森伯提出了原子核是由質子和中子（統稱為核子）組成的概念。這是核結構研究的第一個階段。1935年日本物理學家湯川秀樹提出核力的介子交換理論以及後來發展較快的量子力學理論，使人們對原子核結構的認識不斷深入。
研究意義
核結構的研究包括研究原子核的組成、組成原子核的粒子之間的相互作用和這些粒子在原子核內的運動規律。原子核的結構對於原子核的變化起著決定性的作用。通過研究核結構的各類實驗數據，為核能的利用提供了可靠的基礎；核結構的知識又為物質結構的其他領域提供了借鑑。
費米氣體模型
費米氣體模型是最早的獨立粒子模型。該模型視核子為類似氣體分子的費米子，則核可視為費米氣體。由於質子與中子有電荷的差異，它們的核勢阱不相同。
殼層模型
殼層模型是迄今為止最成功的核模型。核殼層模型的物理基礎是，泡利原理大大地限制了核內有著強相互作用的核子的可能運動狀態，因而可以近似地用平均場中的獨立粒子運動，來描述原子核的狀態。
從實驗中導出的核核心子平均自由程很長，幾乎與原子核的尺寸相當。這也支持核核心子近似獨立粒子運動的假定。
最簡單的獨立粒子運動模型，是費米氣體模型。它能給出原子核的平均密度、平均動能等整體性質的定性估計。但是，真正能定量計算原子核性質的，還是殼模型。早期的殼模型的平均場是帶有大的自旋-軌道耦合項的球形位勢，成功地解釋了幻數和大量球形核的基態性質。Mayer和Jensen為“關於核粒子殼層結構方面的發現”與 Wigner分享1963年物理學諾貝爾獎。
原子核殼模型不斷在發展，出現了各種改進的殼模型。如，針對非球形的原子核，發展了變形的殼層模型，即得到廣泛套用的Nilsson模型；能考慮原子核轉動的推轉殼模型，投影殼模型；以及近年來才發展起來的有可能對重核做“精確”計算的Monte-Carlo 殼模型。這樣，就使得殼模型能解釋的實驗數據越來越多，適用的範圍越來越大，幾乎成為各種巨觀的、唯象模型的微觀基礎。殼層模型是迄今為止最成功的核模型。
集體模型
以殼層模型為基礎，即認為核子在平均場中獨立運動並形成殼層結構；同時，原子核可以發生形變並產生轉動和振動等集體運動。
原子核產生形變的原因：外殼層核子的機率分布不是球對稱的，從而導致原子核出現非球形變化，但變化較小；外殼層核子的運動使滿殼層上的核子受到一定的力的作用（極化作用），從而使核心變化導致形變。
