今天我们来聊聊原子核结构,以下6个关于原子核结构的观点希望能帮助到您找到想要的大学知识。
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原子核是由什么组成?
原子核（外文名：atomic nucleus，简称：核）是原子的核心部分，由质子和中子组成。 原子核体积只占原子体积的几千亿分之一，却集中了99.96%以上原子的质量。构成原子核的质子和中子之间存在着巨大的吸引力，使原子在化学反应中原子核不发生分裂。
原子核(atomic nucleus)位于原子的核心部分,占了99.96%以上原子的质量,与周围围绕的电子组成原子。原子核由质子和中子构成。而质子又是由两个上夸克和一个下夸克组成,中子是则由两个下夸克和一个上夸克组成。原子核极小,它的直径在10-12至10-13公分之间,体积只占原子体积的几千亿分之一,如果将原子比作地球,那么原子核相当于棒球场大小,而核内的夸克及电子只相当于棒球大小。原子核的密度极大,约为1014克/立方公分,原子核内有核壳层结构,称为幻核。
构成原子核的质子和中子之间存在介子,以传递原子核内巨大的吸引力-强力,强力比电磁力强137倍,故能克服质子之间所带正电荷的电磁斥力而结合成原子核。原子核的能量极大,当原子核发生裂变(重原子核分裂为两个或更多的核)或聚变(轻原子核相遇时结合成为重核)时,会释放出巨大的原子核能,即原子能(例如核能发电)。质子和中子及介子由价夸克(组分夸克)及诲夸克(流夸克)组成,夸克亦有层层(壳)结构,外层为横向连接的价夸克,内层为纵向叠加的诲夸克,而外层为3个横向连接的束缚态价夸克。价夸克按比例(2个上型夸克帯+2/3电荷,1个下型夸克帯-1/3电荷)分掉质子(或3夸克超子)内的整数电荷,故夸克带分数电荷。纵向叠加的诲夸克正负电荷相抵=零,原子内带正电荷的质子与带负电荷的电子数量相同,故整个原子呈电中性。
1912年英国科学家卢瑟福根据α粒子轰击金箔的实验中，绝大多数α粒子仍沿原方向前进，少数α粒子由于撞击到了电子发生较大偏转，个别α粒子偏转超过了90°，有的α粒子由于撞上原子核所以偏转方向甚至接近180°。该试验事实确认了：原子内含有一个体积小而质量大的带正电的中心，这就是原子核模型的来历。[1]
原子核的结构
核式原子结构认为原子的质量几乎全部集中在直径很小的核心区域，叫原子核，电子在原子核外绕核作轨道运动。原子核带正电，电子带负电。
核式原子结构是1911年由卢瑟福提出的一种原子结构模型。在卢瑟福提出其核式原子结构之前，汤姆逊提出了一个被称为“枣糕式”的电子模型。
该模型认为，原子是正电部分是一个原子那么大的、具有弹性的冻胶状的球，正电荷均匀地分布着，在这球内或球上，有负电子嵌着。这些电子能在它们的平衡位置上作简谐运动。
原子核模型分类：
1、液滴模型。
主要的实验事实依据是核的密度为很大的常数，显示核基本上是不可压缩的；原子核的比结合能近乎为常数，核的结合能正比于核子数，表明核力具有饱和性，核子只与邻近的几个核子相互作用。这与宏观的液滴甚为相似。
2、核壳层模型。
因研究幻数而提出的核模型。大量实验事实显示随着核内质子和中子数增大，核的性质呈现某种周期性变化，当质子数Z或中子数为2，8，20，28，50，82以及中子数为126时，原子核显得特别稳定，在自然界的含量也比邻近的核素更丰富。
这些数称为幻数，具有幻数的核称为幻核。这与核外电子填满壳层时的惰性元素化学性质特别稳定有类似性。
3、综合模型。
又称集体运动模型。是在壳层模型和液滴模型的基础上发展起来的，一方面考虑核作为集体的转动和振动，另一方面考虑每个核子又在一个变动的非球对称的平均势场中作独立运动，这两种运动还有相互影响。
根据综合模型可很好说明核的转动能级和振动能级，关于核的电器极矩、磁矩以及γ跃迁率的计算和实验值的符合程度也都有明显改善。
原子核由什么构成？
原子核由质子和中子构成，并可通过能量的散失而进行结构的重新组合，同时，额外的能量也将以射线、热等形式释放出来。
在地球上所产生的一般化学反应比起这种核反应发生的次数要频繁得多，而且与一般化学反应相比，这种核反应的开始、停止和持续都困难得多。因此，在19世纪末期之前，并未引起人们的充分重视。此外，还有一个真正原因在于由于放射性反应非常缓慢，因此在特定时间内所释放出的能量也是微乎其微的，而自然界的核反应的发生与放射性活动有着密切的关联。
在核反应中，一定质量的物质所释放出的全部能量比在化学反应中由相同质量的物质所释放出的全部能量要巨大得多。因此，虽然由逐渐收缩所引起的化学反应产生的动能不足以支持太阳的生命时间，但核能却可以，不过得需要科学家们找出相应的核反应类型。
地球上自发形成的核反应中包含有大量的铀原子和钍原子。在放射反应发生的过程中，部分铀原子和钍原子被分解成碎片，于是能量就产生了。如果在我们所说的裂变过程中，铀原子和钍原子质量或多或少地减少一半，那么，所产生的能量将更多。但是即便是这样，在上述反应过程中所产生的能量也不足以维持太阳的生命历程，而且太阳本身所包含的这些原子也只是微量的。
对于中等尺寸的原子来说，它们包含的能量就更少。在普通的放射性反应或裂变过程中，原子如同滑坡一样，当原子量较大的原子裂变成较小的原子时，将释放出能量。同样的现象也发生在小质量的原子聚合成重原子的过程中。假设氢原子(最轻的原子)能聚成氦原子(次轻原子)，这个过程中，由给定重量的氢原子产生的热量远远大于同重量铀原子产生的热量。
根据已知，太阳重量的75%来自于氢，而其余约25%来自于氦，太阳上的氢在聚合的时候为太阳提供了大量的能量，而太阳中丰富的氢的含量将使这个过程持续10亿年之久。
此外，有关核反应的领域还存在一个棘手的问题。即对于大原子量的原子来说，其状态更不稳定，也就是说此类原子处于反应的临界状态，在极小的作用力的推动下，就将产生衰变，有时在完全自发的情况下也可能发生。因此，原子的裂变在适当的条件下应该是极易发生的。各个氢原子的原子核间排列十分紧密，它们具有产生聚变的可能。但另一方面，由于氢原子中的外部电子活动与宏观世界中炮弹的活动相类似，因此这种聚变反应在一般条件下又很难发生。当两个氢原子发生碰撞的时候，各自的外部电子将在碰撞时相互排斥，而绝对不可能相互靠近。
不过，这种现象只适用于地球上的条件。太阳上的超高温足以使氢原子之间的化学键发生断裂，并促使原子核在原子内部不断运动。强烈的太阳大气压将使氢原子紧紧地撞在一起，而其超高温将促使氢原子运动的速度远远超过地球上的氧原子。这一切现象都将伴有巨大作用力的产生，从而使氢原子的聚合成为可能。
德裔美籍物理学家汉斯·阿尔布瑞特·贝斯曾致力于氢聚变的研究，并在实验室条件下进行了有关核反应的实验，同时，根据该实验对太阳中心发生相同的反应所应具备的温度和压力做出了近似的判断。在1938年时，贝斯制定出了一套对有关提供太阳存在所需能量的核反应进行研究的计划。迄今为止，他的有关理论仍具有权威性。至此，赫尔姆霍兹疑问终于在一个世纪以后有了正确的答案。
核结构详细资料大全
核结构即原子核的结构。原子核的结构有些类似于原子，当原子核内的质子数或中子数分别(或同时)等于2、8、20、28、50、82等幻数时，这些原子核就特别稳定，这一点很像惰性气体的原子，因此原子核也有壳层结构。自1932年以来，人们提出各种核的结构模型，对核子的运动作近似的唯象的描述，但某个模型往往只能反映某一方面的特性。描述核结构的模型有费米气体模型、壳层模型、集体模型等。 基本介绍 中文名 ：核结构 外文名 ：nuclear structure 研究内容 ：核子运动 结构模型 ：费米模型、壳层模型等 研究历史,研究意义,费米气体模型,壳层模型,集体模型, 研究历史 1911年英国物理学家E.卢瑟福在 α散射实验中发现了原子核的存在；1932年，J.查德威克又发现了中子；接着，W.K.海森伯提出了原子核是由质子和中子（统称为核子）组成的概念。这是核结构研究的第一个阶段。1935年日本物理学家汤川秀树提出核力的介子交换理论以及后来发展较快的量子力学理论，使人们对原子核结构的认识不断深入。 研究意义 核结构的研究包括研究原子核的组成、组成原子核的粒子之间的相互作用和这些粒子在原子核内的运动规律。原子核的结构对于原子核的变化起著决定性的作用。通过研究核结构的各类实验数据，为核能的利用提供了可靠的基础；核结构的知识又为物质结构的其他领域提供了借鉴。 费米气体模型 费米气体模型是最早的独立粒子模型。该模型视核子为类似气体分子的费米子，则核可视为费米气体。由于质子与中子有电荷的差异，它们的核势阱不相同。 壳层模型 壳层模型是迄今为止最成功的核模型。核壳层模型的物理基础是，泡利原理大大地限制了核内有着强相互作用的核子的可能运动状态，因而可以近似地用平均场中的独立粒子运动，来描述原子核的状态。 从实验中导出的核核心子平均自由程很长，几乎与原子核的尺寸相当。这也支持核核心子近似独立粒子运动的假定。 最简单的独立粒子运动模型，是费米气体模型。它能给出原子核的平均密度、平均动能等整体性质的定性估计。但是，真正能定量计算原子核性质的，还是壳模型。早期的壳模型的平均场是带有大的自旋-轨道耦合项的球形位势，成功地解释了幻数和大量球形核的基态性质。Mayer和Jensen为“关于核粒子壳层结构方面的发现”与 Wigner分享1963年物理学诺贝尔奖。 原子核壳模型不断在发展，出现了各种改进的壳模型。如，针对非球形的原子核，发展了变形的壳层模型，即得到广泛套用的Nilsson模型；能考虑原子核转动的推转壳模型，投影壳模型；以及近年来才发展起来的有可能对重核做“精确”计算的Monte-Carlo 壳模型。这样，就使得壳模型能解释的实验数据越来越多，适用的范围越来越大，几乎成为各种巨观的、唯象模型的微观基础。壳层模型是迄今为止最成功的核模型。 集体模型 以壳层模型为基础，即认为核子在平均场中独立运动并形成壳层结构；同时，原子核可以发生形变并产生转动和振动等集体运动。 原子核产生形变的原因：外壳层核子的机率分布不是球对称的，从而导致原子核出现非球形变化，但变化较小；外壳层核子的运动使满壳层上的核子受到一定的力的作用（极化作用），从而使核心变化导致形变。
原子核结构
原子核的半径为10-13~10-12cm,约为原子半径的万分之一。如果把原子设想成一个直径为10m的球体，那么原子核也只有芝麻那么大，所以说原子内部的绝大部分是空的。原子核虽小，却占有原子的99%以上的质量。通过散射实验可以测定核的近似半径，实验表明核的半径r与原子质量数A的1/3次方成正比。这说明无论哪一种元素，其核的密度是相同的。正如原子中的电子处于运动中一样，核中的粒子，即质子和中子也处于运动中，因而核具有角动量和磁矩。光谱分析表明，核的角动量和磁矩也是量子化的。原子核的总质量总是小于它的组成部分的质量和，这是因为其中的一部分质量用于转变成原子核的结合能。即把原子核中粒子结合在一起的吸引力有关的负电位能的质量当量。例如，氢同位素氘的核由1个质子和1个中子组成，已知两者质量之和为mp+mn=2. 015 942 u,而氘核的实际质量md=2. 013 552 u,质量差值mp+mn-ma=0. 002 390 u,由质能公式E=moc2可求得相应的能量为2. 225 MeV,这部分能量称为结合能。
在原子核内，带正电的质子间存着库仑斥力，但质子和中子仍能非常紧密地结合在一起，这说明核内存在着一个非常大的力，即核力。核力具有以下性质：
第一，核力与电荷无关，无论中子还是质子都受到核力的作用。第二，核力是短程力，只有在相邻原子核之间发生作用，因此，一个核子所能相互作用的其他核子数目是有限的，这称为核力的饱和性。
第三，核力比库仑力约大100倍，是一种强相互作用。第四，核力能促成粒子的成对结合（例如，两个自旋相反的质子或中子）以及对对结合（即总自旋为零的一对质子和一对中子的结合）。
根据以上核力的性质以及核力与库仑力之间的竞争，可以定性了解原子核的稳定性。由于核力促成原子核成对结合和对对结合，如果不考虑库仑力，最稳定的应是中子数和质子数相等的那些核，考虑库仑斥力后，则应是包含更多中子的核更稳定。但中子数过多的核又是不稳定的，因为没有足够的质子来与中子配对；质子过多的核也是不稳定的，因为库仑斥力将随之增大。核稳定性与中子数、质子数的关系为：对小质量数的核，N/Z=1附近较稳定，这个比值随核质量数的增大而增加；对大质量数的核，N/Z=1. 6附近的核较稳定。
采用人为的方法，以中子、质子或其他基本粒了作为炮弹轰击原子核，从而改变核内质子或中子的数目，便可以制造出新的核素，也可以使稳定的核素变为不稳定的核素。
现已发现的约2000种核素中，天然存在的有300多种，其中有30多种是不稳定的；人工制造的有1600多种，其中绝大部分是不稳定的。不稳定的核素会自发蜕变，变成另一种核素，同时放出各种射线，这种现象称为放射性衰变。
放射性衰变有多种模式，其中最主要的有：1.α衰变 放出带2个正电荷的氨核，衰变后形成的子核，核电荷数较母核减2,即在周期表上前移两位，而质量数较母核减少4.
2.β衰变 包括β-衰变、β+衰变和轨道电子俘获，其中：β衰变：母核放出电子，衰变后子核的质量数不变，而核电荷数增加1,即在周期表上后移一位。
轨道电子俘获：母核俘获核外轨道上的一个电子（最常见的是俘获K层电子，称为K俘获），核中的一个质子转为中子，即子核在周期表上前移一位。
3.γ衰变 放出波长很短的电磁辐射。衰变前后核的质量数和电荷数均不发生改变。γ衰变总是伴随着α衰变或β衰变而发生，母核经α衰变或β衰变到子核的激发态。这种激发态核是不稳定的，它要通过γ衰变过渡到正常态。所救γ射线是原子核由高能级跃迁到低能级而产生的。
原子核的内部构造？
原子核是由质子和中子构成的，质子带一个单位正电量，中子不带电，质子数等于核外电子数等于原子序数，中子稍比质子重，质子由二个正夸克和一个负夸克构成，中子由一个正夸克和两个负夸克构成，质子和中子的质量是十的负二十七次方幂数量级
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