
【化】 Weizsaecker's mass formula
魏茨泽克质量公式(Weizsäcker Mass Formula)是核物理学中用于计算原子核结合能的半经验模型,由德国物理学家卡尔·弗里德里希·冯·魏茨泽克(Carl Friedrich von Weizsäcker)于1935年提出。该公式通过五个能量项描述原子核的稳定性,其数学表达式为:
$$ B = a_V A - a_S A^{2/3} - a_C frac{Z(Z-1)}{A^{1/3}} - a_A frac{(A-2Z)}{A} + delta(A,Z) $$
体积能项(Volume Energy Term)
$a_V A$ 表示核子(质子和中子)间强相互作用的平均结合能贡献,与核子总数$A$成正比。这一项体现了核力的饱和性(Saturation Property)。
表面能项(Surface Energy Term)
$-a_S A^{2/3}$ 修正表面核子结合能的减弱,因表面核子的相邻核子数少于内部核子。该现象称为表面效应(Surface Effect)。
库仑能项(Coulomb Energy Term)
$-a_C frac{Z(Z-1)}{A^{1/3}}$ 描述质子间库仑斥力的能量损失,与质子数$Z$平方成正比,随核半径增大而减小。此项影响核的电荷稳定性。
对称能项(Symmetry Energy Term)
$-a_A frac{(A-2Z)}{A}$ 反映核子数不对称导致的能量损失。当中子数与质子数差异增大时,结合能降低。这一项支持“对称核更稳定”的结论。
配对能项(Pairing Energy Term)
$delta(A,Z)$ 是奇偶修正项,偶偶核(质子、中子均为偶数)结合能最高,奇奇核最低。该效应源于核子配对的量子力学特性。
魏茨泽克公式首次系统量化了原子核结合能的组成,为液滴模型(Liquid Drop Model)奠定了基础。其参数通过实验数据拟合确定,典型值为:$a_V≈15.5, text{MeV}$,$a_S≈16.8, text{MeV}$,$a_C≈0.72, text{MeV}$,$a_A≈23, text{MeV}$。后续改进版本(如Bethe-Weizsäcker公式)进一步引入壳层修正项,提升了计算精度。
参考来源:
魏茨泽克质量公式(Weizsäcker's mass formula),又称液滴模型公式,是核物理学中用于计算原子核结合能的半经验公式,由德国物理学家卡尔·弗里德里希·冯·魏茨泽克于1935年提出。该公式基于液滴模型,将原子核的结合能分解为多个贡献项:
$$ B = a{text{vol}}A - a{text{surf}}A^{2/3} - a{text{Coul}}frac{Z}{A^{1/3}} - a{text{sym}}frac{(A-2Z)}{A} + delta(A,Z) $$
其中:
应用领域:该公式被广泛用于预测原子核的稳定性、核反应能量计算以及核素丰度研究,尤其在核物理实验和天体物理(如恒星核合成过程)中具有基础性作用。
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