原子核結構

用實驗方法研究核結構的目的，就是要通過對核結構實驗數據的積累，以及對已有實驗數據的系統分析，揭示出某些核結構現象的實驗規律，為檢驗現有的各種理論，以及為提出新的物理思想以改進現有的理論提供實驗依據。

高自旋態的研究是當前核結構研究中的前沿和熱門領域，目前（2013年），立足於利用國內設備做核結構研究的主要有五家，即中國原子能科學研究院、中科院蘭州近物所、中科院上海原子核所、清華大學和吉林大學，五家核結構研究得到國家自然科學重點基金(80萬元，1997-2000年)的支持，從2000年開始，蘭州近代物理研究所、原子能科學研究院、清華大學、北京大學、吉林大學五家聯合承擔了一個國家重大基礎性研究發展規劃項目，五家的研究，各有側重，互不重複，並各有特色。

核模型，即對核子在原子核內的運動提出的解釋和設想。由於核力及核多體問題的複雜性，對原子核的結構還不能做到完全的、精確的理論描述，因而只能根據相當數量的實驗事實，歸納出幾條解釋某些核現象的局部規律。

原子核模型(nuclearmodels)在實驗事實的基礎上建立的描述核結構的模型。由於至今對於核力還不能作嚴格而全面的描述，為了說明核結構特性，只能在實驗事實的基礎上建立有關核結構的唯象的模型，再將由此得出的結果與更多的實驗事實作比較，使之完善充實。這種模型的研究方法往往成為新的理論和實驗研究的起點。

從20世紀30年代認識核由質子和中子組成后，已經提出多種核結構模型，如費米氣體模型、液滴模型、殼層模型、綜合模型、超導模型、相互作用玻色子模型等等。這些模型都能解釋一定的實驗事實，但不能說明另外一些事實，還沒有一種結構模型能夠統一說明各種事實。綜合各種模型可以獲得比較全面的原子核結構的圖像。比較基本而影響頗大的核結構模型有：

液滴模型。主要的實驗事實依據是核的密度為很大的常數，顯示核基本上是不可壓縮的；原子核的比結合能近乎為常數，核的結合能正比於核子數，表明核力具有飽和性，核子只與鄰近的幾個核子相互作用。這與宏觀的液滴甚為相似。據此，30年代中期N.玻爾等人提出液滴模型，把原子核看成一個帶電的不可壓縮液滴，根據液滴的經典運動規律對原子核作動力學描述，並適當加入量子效應引起的修正；以後又逐步增加一些新的自由度，如將質子、中子分別看成兩類流體，甚至將自旋取向不同也看成不同流體，並引入可壓縮性、粘滯性等性質。根據液滴模型可得出準確度相當高的原子核質量半經驗公式，在一定程度上可說明原子核的表面振動，相當成功地說明原子核裂變的機制。其不足是不能說明原子核性質的周期性變化現象。

核殼層模型。因研究幻數而提出的核模型。大量實驗事實顯示隨著核內質子和中子數增大，核的性質呈現某種周期性變化，當質子數Z或中子數為2，8，20，28，50，82以及中子數為126時，原子核顯得特別穩定，在自然界的含量也比鄰近的核素更豐富。這些數稱為幻數，具有幻數的核稱為幻核。這與核外電子填滿殼層時的惰性元素化學性質特別穩定有類似性。因此考慮核子在其餘個核子的聯合作用下的球對稱中心勢場中的運動，並考慮核子的自旋軌道強耦合作用，可以得出核子由低到高的能級結構。這些能級構成一些殼層。核子遵從泡利不相容原理，不可能有兩個質子或兩個中子處於完全相同的狀態，由此可說明核子填充各能級（殼層）顯示的核性質周期性變化現象，並得出與實驗符合的全部幻數。核殼層模型還能很好地說明核基態的自旋和宇稱；其不足在於對核的電器極矩、磁矩的定量說明同實驗結果有較大的偏離，確定遠離滿殼層的核自旋也有些偏差。

綜合模型，又稱集體運動模型。是在殼層模型和液滴模型的基礎上發展起來的，一方面考慮核作為集體的轉動和振動，另一方面考慮每個核子又在一個變動的非球對稱的平均勢場中作獨立運動，這兩種運動還有相互影響。根據綜合模型可很好說明核的轉動能級和振動能級，關於核的電器極矩、磁矩以及γ躍遷率的計算和實驗值的符合程度也都有明顯改善。