
【化】 Weizsaecker's mass formula
魏茨澤克質量公式(Weizsäcker Mass Formula)是核物理學中用于計算原子核結合能的半經驗模型,由德國物理學家卡爾·弗裡德裡希·馮·魏茨澤克(Carl Friedrich von Weizsäcker)于1935年提出。該公式通過五個能量項描述原子核的穩定性,其數學表達式為:
$$ B = a_V A - a_S A^{2/3} - a_C frac{Z(Z-1)}{A^{1/3}} - a_A frac{(A-2Z)}{A} + delta(A,Z) $$
體積能項(Volume Energy Term)
$a_V A$ 表示核子(質子和中子)間強相互作用的平均結合能貢獻,與核子總數$A$成正比。這一項體現了核力的飽和性(Saturation Property)。
表面能項(Surface Energy Term)
$-a_S A^{2/3}$ 修正表面核子結合能的減弱,因表面核子的相鄰核子數少于内部核子。該現象稱為表面效應(Surface Effect)。
庫侖能項(Coulomb Energy Term)
$-a_C frac{Z(Z-1)}{A^{1/3}}$ 描述質子間庫侖斥力的能量損失,與質子數$Z$平方成正比,隨核半徑增大而減小。此項影響核的電荷穩定性。
對稱能項(Symmetry Energy Term)
$-a_A frac{(A-2Z)}{A}$ 反映核子數不對稱導緻的能量損失。當中子數與質子數差異增大時,結合能降低。這一項支持“對稱核更穩定”的結論。
配對能項(Pairing Energy Term)
$delta(A,Z)$ 是奇偶修正項,偶偶核(質子、中子均為偶數)結合能最高,奇奇核最低。該效應源于核子配對的量子力學特性。
魏茨澤克公式首次系統量化了原子核結合能的組成,為液滴模型(Liquid Drop Model)奠定了基礎。其參數通過實驗數據拟合确定,典型值為:$a_V≈15.5, text{MeV}$,$a_S≈16.8, text{MeV}$,$a_C≈0.72, text{MeV}$,$a_A≈23, text{MeV}$。後續改進版本(如Bethe-Weizsäcker公式)進一步引入殼層修正項,提升了計算精度。
參考來源:
魏茨澤克質量公式(Weizsäcker's mass formula),又稱液滴模型公式,是核物理學中用于計算原子核結合能的半經驗公式,由德國物理學家卡爾·弗裡德裡希·馮·魏茨澤克于1935年提出。該公式基于液滴模型,将原子核的結合能分解為多個貢獻項:
$$ B = a{text{vol}}A - a{text{surf}}A^{2/3} - a{text{Coul}}frac{Z}{A^{1/3}} - a{text{sym}}frac{(A-2Z)}{A} + delta(A,Z) $$
其中:
應用領域:該公式被廣泛用于預測原子核的穩定性、核反應能量計算以及核素豐度研究,尤其在核物理實驗和天體物理(如恒星核合成過程)中具有基礎性作用。
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