§19-3  核力

         一、核力的性质

         核子之间除了万有引力作用之外,还存在电磁力作用,但是核子之间的万有引力与电磁力相比,是可以忽略的。于是大家可以设想,如若核子之间没有更大的引力作用把它们紧密地束缚在一起,质子之间的强烈静电斥力作用只能使原子核解体。核子之间的这种更大的引力就是核力,也就是核子之间的强相互作用。不言而喻,原子核的各方面特性必定与核力的性质密切相关。

         长期以来,人们虽然进行了各方面的探索和研究,但是核力问题仍然是有待进一步认识的基本问题。不过,从已经获得的有关核力的大量资料和常识中,大家还是能够勾画出核力的主要面貌。

         1. 核力具有短程性和饱和性 

         实验表明,只有当核子之间的距离等于或小于10-15 m数量级时,核力才表现出来。可见,核力的作用力程(或称核力的作用半径)比原子核的线度还要小,故为短程力。核力与液体中分子之间的作用力很相似,任一核子不可能与核内所有核子都发生核力作用,而只能与核内相邻近的核子发生核力作用,而邻近的核子数是相当有限的,所以核力具有明显的饱和性。短程性和饱和性是核力最重要的特性。

         正因为核力是短程力,只作用于相邻的核子,所以表现出正比于原子核的质量数A的规律。如若核力与库仑力一样是长程力,那么任一核子能够与核内所有其他核子都发生核力作用,这时核力应表现出正比于核内核子的成对数A(A-1),即正比于A2 的规律。实验表明,随着原子核质量数的增大,质子之间的斥力作用比核力作用上升得更快,这正是原子核随着质量数的增大而表现出不稳定性的原因。

         2. 核力是强相互作用

         核力的强度必须足以克服质子之间的静电斥力而把它们紧密地束缚在一起。事实表明,核力的作用强度比电磁力的强度约大100倍。

         3. 核力与核子的带电状况无关

         大量实验事实表明,在原子核内,无论中子与中子之间,质子与质子之间,还是中子与质子之间,表现的核力是相同的,与核子是否带电无关。

         4. 核力在极短程内存在排斥心

         由质子被质子散射和质子被中子散射的实验研究显示,当两核子的间距大于10 fm时,核子间完全无核力作用;当两核子的间距在0.8 ~ 2.0 fm时,核力明显地表现为引力;当两核子的间距小于0.8 fm时,核力表现为强烈的斥力作用。而对这种排斥心的细节,目前尚无认识。正是由于这种斥力作用的存在,才使所有原子核具有相同的密度。

         5. 核力具有非有心力成分

         核力的主体具有有心力的性质,但也混有微弱的非有心力成分。这个结论可以从下一节关于核结构模型的讨论中看到。非有心力成分的强度与核子间距有关,也与核自旋对核子间连线的倾角有关。

       
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