壳模型

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介绍

在壳模型中，演示了特定原子核的基本结构。根据该模型，中子和质子位于单独且不同的壳层系统中。壳层的显著类似性也是壳模型的重要组成部分。在原子核的外侧，可以找到电子。

核壳模型是一个重要的模型，与原子核模型相关。在各种核壳模型中，第一个是由 Dmitry Ivanenko 于 1932 年提出的。在壳模型中，使用了泡利不相容原理。

壳模型的基本假设

壳模型结构的基础取决于与原子核相关的因素。根据壳模型，已经位于原子核中的核子保持在确定的状态。这种状态与角动量和能量有关。一些核子在轨道上运动 (Shimizu *et al* 2019)。这些核子的概念本质上是奇数的。在这个粒子系统中也发现了强相互作用。

原子核壳模型的结构

为了获得更大的稳定性，壳模型及其结构非常重要。该模型解释了原子核中可用的电子的排列方式。当某个壳层被填满时，原子核的状态变得异常稳定 (Hindmarsh & Hijazi, 2019)。每个壳层具有不同的容量。

图1：壳层结构

原子核的原子序数表示原子中可用的电子总数。在某一点，质子和中子填充原子核的壳层。此时，中子和质子的总数被认为是幻数。幻数是 2、8、20、28 等。

具有幻数的两个最重要的化合物是 208Pb 和 40Ca。在这两种化合物中，都存在质子和中子的幻数，因此在这些原子核中发现了异常的稳定性 (Stroberg *et al*. 2019)。这些化合物也被称为“双幻数”。模型中共有 6 个指定壳层，它们分别是 K、L、M、N、O 和 P。P 壳层的电子范围是 72，O 壳层的电子范围是 50。

幻数

单个原子核中存在的核子总数称为幻数。在单个原子的原子核中，对应着幻数。具有闭合壳层的原子核被发现与原子具有紧密的键合。在 Z 或 N 处，发现壳层的闭合发生 (Giesel, Li & Singh, 2021)。具有偶数中子和质子的原子核比具有奇数中子和质子的原子核更稳定。双幻数原子核是稳定的，₂He⁴、₂₀Ca⁴⁰ 和 ₈O¹⁶ 是其中三个最重要的。

壳模型的重要性

当配对核子和单个核子激发时，动量会发生改变。这可能发生在最低状态之外，并导致原子核动量的改变。这种改变的原因在于粒子的宇称和同位旋量子数的投影 (Yoshida & Shimizu, 2021)。

壳层非常重要，因为它有助于描述每个重要的能级。能量可能需要将核子从一个轨道移动到另一个轨道。壳模型有助于理解量子数变化的过程。

图2：原子壳模型

原子壳模型很重要，因为它有助于解释原子的结构。原子序数也定义为原子中可用的电子总数。电子占据特定空间中的一些弥散壳层。这被……包围着

壳模型的局限性

壳模型波函数与原子核真实状态之间的差异是壳模型的一个重要局限性。在几乎所有原子核中看到的每个重要的四极矩的大值很难解释 (Coraggio *et al*. 2020)。使用这种方法，关于强自旋的相互作用的应用大多很困难。壳模型的应用非常有限。

结论

能级与主量子数非常不同。有一些重要的数字与 N=1 的能级起始相关。原子结构中可用的角动量数没有限制。自旋轨道相互作用过程有助于分裂能级。这种分裂很重要，因为它有助于增加轨道量子数的值。能级的重叠也与壳模型的能级相关。

常见问题

Q1. M 壳层的容纳能力是多少？

A1：M 壳层内的范围具有容纳 18 个电子的能力。整个原子核的结构取决于这个范围和电子容纳能力。

Q2. 用于计算壳层电子容量的最重要的公式是什么？

A2：公式是“电子容量 = 2n²”。使用该公式可以计算所有壳层（即 K、M 和 L）的电子容量。

Q3. 电子占据所有壳层的顺序是什么？

A3：电子按照“2、8、18、32、50、72、98”的顺序占据壳层。这种结构有助于理解原子的重要化学性质。

Q4. 原子壳模型数解释了什么？

A4：壳层的模型数很重要，因为它解释了原子核中存在的电子的特定排列方式。根据能级，模型数会发生变化并创建新的组分。