殼模型

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介紹

在殼模型中，演示了特定原子核的基本結構。根據該模型，中子和質子位於單獨且不同的殼層系統中。殼層的顯著類似性也是殼模型的重要組成部分。在原子核的外側，可以找到電子。

核殼模型是一個重要的模型，與原子核模型相關。在各種核殼模型中，第一個是由 Dmitry Ivanenko 於 1932 年提出的。在殼模型中，使用了泡利不相容原理。

殼模型的基本假設

殼模型結構的基礎取決於與原子核相關的因素。根據殼模型，已經位於原子核中的核子保持在確定的狀態。這種狀態與角動量和能量有關。一些核子在軌道上運動 (Shimizu *et al* 2019)。這些核子的概念本質上是奇數的。在這個粒子系統中也發現了強相互作用。

原子核殼模型的結構

為了獲得更大的穩定性，殼模型及其結構非常重要。該模型解釋了原子核中可用的電子的排列方式。當某個殼層被填滿時，原子核的狀態變得異常穩定 (Hindmarsh & Hijazi, 2019)。每個殼層具有不同的容量。

圖1：殼層結構

原子核的原子序數表示原子中可用的電子總數。在某一點，質子和中子填充原子核的殼層。此時，中子和質子的總數被認為是幻數。幻數是 2、8、20、28 等。

具有幻數的兩個最重要的化合物是 208Pb 和 40Ca。在這兩種化合物中，都存在質子和中子的幻數，因此在這些原子核中發現了異常的穩定性 (Stroberg *et al*. 2019)。這些化合物也被稱為“雙幻數”。模型中共有 6 個指定殼層，它們分別是 K、L、M、N、O 和 P。P 殼層的電子範圍是 72，O 殼層的電子範圍是 50。

幻數

單個原子核中存在的核子總數稱為幻數。在單個原子的原子核中，對應著幻數。具有閉合殼層的原子核被發現與原子具有緊密的鍵合。在 Z 或 N 處，發現殼層的閉合發生 (Giesel, Li & Singh, 2021)。具有偶數中子和質子的原子核比具有奇數中子和質子的原子核更穩定。雙幻數原子核是穩定的，₂He⁴、₂₀Ca⁴⁰ 和 ₈O¹⁶ 是其中三個最重要的。

殼模型的重要性

當配對核子和單個核子激發時，動量會發生改變。這可能發生在最低狀態之外，並導致原子核動量的改變。這種改變的原因在於粒子的宇稱和同位旋量子數的投影 (Yoshida & Shimizu, 2021)。

殼層非常重要，因為它有助於描述每個重要的能級。能量可能需要將核子從一個軌道移動到另一個軌道。殼模型有助於理解量子數變化的過程。

圖2：原子殼模型

原子殼模型很重要，因為它有助於解釋原子的結構。原子序數也定義為原子中可用的電子總數。電子佔據特定空間中的一些彌散殼層。這被……包圍著

殼模型的侷限性

殼模型波函式與原子核真實狀態之間的差異是殼模型的一個重要侷限性。在幾乎所有原子核中看到的每個重要的四極矩的大值很難解釋 (Coraggio *et al*. 2020)。使用這種方法，關於強自旋的相互作用的應用大多很困難。殼模型的應用非常有限。

結論

能級與主量子數非常不同。有一些重要的數字與 N=1 的能級起始相關。原子結構中可用的角動量數沒有限制。自旋軌道相互作用過程有助於分裂能級。這種分裂很重要，因為它有助於增加軌道量子數的值。能級的重疊也與殼模型的能級相關。

常見問題

Q1. M 殼層的容納能力是多少？

A1：M 殼層內的範圍具有容納 18 個電子的能力。整個原子核的結構取決於這個範圍和電子容納能力。

Q2. 用於計算殼層電子容量的最重要的公式是什麼？

A2：公式是“電子容量 = 2n²”。使用該公式可以計算所有殼層（即 K、M 和 L）的電子容量。

Q3. 電子佔據所有殼層的順序是什麼？

A3：電子按照“2、8、18、32、50、72、98”的順序佔據殼層。這種結構有助於理解原子的重要化學性質。

Q4. 原子殼模型數解釋了什麼？

A4：殼層的模型數很重要，因為它解釋了原子核中存在的電子的特定排列方式。根據能級，模型數會發生變化並建立新的組分。