A-level 物理/核物理与粒子物理/原子核

核子

质子和中子是原子核的组成部分。质子是一种带正电荷的粒子，其电荷与电子相同，但为正电荷。另一方面，中子是一种不带电荷的中性粒子。质子的质量为 1.6552e-27 kg，电荷为 +1.66e-19 库仑，而中子的质量为 1.6725e-27 kg。质子和中子统称为**核子**。原子核中质子的数量决定了原子序数，而质子和中子的总质量之和占原子质量的 99.9%，其余质量由电子贡献。在元素周期表中，您可以看到核子数量作为质量数写出。

什么力量将原子核束缚在一起？

多年来，人们一直在思考是什么将原子固定在一起，以及为什么原子不会因排斥的电磁力而分解。起初，他们认为是万有引力将原子、质子和中子固定在一起。在他们发现万有引力在核能水平上非常非常弱后，这一观点被否定了。实际上，它比实际需要的力小了百万兆兆兆兆兆兆倍。（10^36）
我们现在知道，负责将夸克、反夸克和胶子结合形成强子的相互作用被称为强核力 (SNF) 或强相互作用。残留的强相互作用提供了核结合力。简单地说，强力是将原子核束缚在一起抵消质子之间库仑（静电排斥）力的力。强力作用于任何一对强子。它的作用范围极短，只有几飞米。即使如此，在非常短的距离内，SNF 也会变得排斥，否则中子和质子会相互吸引，最终形成一个奇点。

原子核的半径

以下公式用于计算原子核的半径。
$r=r_{0}A^{\frac {1}{3}}$
其中

• r 是半径
• A 是核子的数量
• r0 是一个常数，值为 1.2 飞米到 1.5 飞米。

核物质的密度

$density={\frac {mass}{volume}}$

$\rho ={\frac {m}{{\frac {4}{3}}(\pi r^{3})}}$ (由于 ${\frac {4}{3}}(\pi r^{3})$ 是原子核的体积，它被认为是半径为 r 的球体）。核密度在整个核尺寸范围内都是恒定的。

计算静电力

$F={\frac {1}{4\pi \epsilon _{0}}}{\frac {Q_{1}Q_{2}}{r^{2}}}$
其中

• F 是力
• $\epsilon _{0}$ 是自由空间的介电常数，值为 8.8541878176^e-12 F/m c（法拉每米每库仑）

上面的表达式被称为库仑静电定律。

计算万有引力

$F=G{\frac {m_{1}m_{2}}{r^{2}}}$

其中

• F 是力
• m1 和 m2 是两个物体的质量的乘积；
• r 是它们之间的距离。
• G 是万有引力常数的值，为

$G=6.67\times 10^{-11}\ {\mbox{N}}\ {\mbox{m}}^{2}\ {\mbox{kg}}^{-2}\,$