*§19-2   原子核的量子性质

         一、原子核的自旋和磁矩    

         原子核的总角动量应该是组成这个原子核的质子和中子的轨道角动量(即与核子在核内空间运动相对应的角动量)和它们的自旋角动量的叠加。但是习惯上往往把原子核的总角动量称为原子核的自旋。

         中子和质子都是费米子,自旋都是h/2;凡是中子数和质子数都是偶数的原子核(称为偶偶核)自旋都为零,凡是中子数和质子数中有一个是奇数的原子核(称为奇偶核)的自旋都是 h 的半奇数倍,凡是中子数和质子数都是奇数的原子核(称为奇奇核)的自旋都是 h 的整数倍。

         质子具有角动量,又带有电荷,就必定有磁矩。中子虽然不带电,没有轨道磁矩,但实验表明中子具有自旋磁矩。中子具有自旋磁矩这个事实说明,中子作为一个整体虽然不带电,但其内部却存在电荷分布,并且其自旋磁矩与自旋角动量的方向相反,与电子的情形相似。现代的精确测量表明,质子的磁矩m p = 2.79285 m N ,中子的磁矩m n= -1.91304 m N ,其中

                 ,           (19-5)

称为核的玻尔磁子,简称核磁子,mp是质子的质量。

         既然质子和中子都具有磁矩,原子核也必定具有磁矩。如果原子核的总角动量(即核自旋)为J,那么核磁矩应表示为

                          ,                  (19-6)

式中g j 是原子核的g因子。通常是用m j在某特定方向 ( 即z方向)上投影的最大值

                                             (19-7)

来定义核磁矩的大小的。上式中j是原子核的自旋量子数。

       
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