FR07
从核结构走到反应与恒星
称一称原子核,能知道它把核子绑得多紧;看它发出的谱线,能猜出一个核子在换轨道,还是整个核在转动;让中子打过去,又能探到相互作用。沿着这些线索,从单粒子壳层走到集体运动,再把实验室的反应截面放进恒星的温度里。
从自己已经会问的问题开始
前两章建立尺度,认识有限势阱里的核子。第三、四章用真实能级比较单中子与集体模型。第五、六章追踪穿过复势的中子,再问角分布究竟能确定多少势参数。第七章把实测反应截面放进热分布。第八章讨论接近阈值时壳结构怎样改变,第九章逐列读论文数据表,复算一段明确的热反应率。
每章都有完整例题、先预测再动手的任务,以及解释性答案。数学工具用到时再介绍,更广的先修可按需补读共同教材计划。 共同教材计划
L1 · 1
称一称原子核,怎样知道它绑得多紧
从质量差算结合能,再用分离能区分整个核的稳定与最后一个中子的束缚。
L2 · 2
有限深的核势怎样留下离散能级
从径向边界条件求束缚阈值,推导自旋轨道分裂与简并数,建立壳模型的第一层图像。
L2 · 3
从一个中子的能级读懂核谱
用氧-17 的三个评估能级推导自旋—轨道分裂,检验单中子模型,再判断哪些电四极跃迁允许发生。
L3 · 4
配对的核子与转动的原子核
从铒-166 的评估能级推导转动谱,与谐振动比较,再用可解配对例题说明单粒子与集体运动怎样共存。
L3 · 5
中子遇到核势以后,波去了哪里
从中子弹性散射推导复光学势的通量、分波振幅和截面,算清吸收意味着什么。
L3 · 6
几组不同的核势,为什么都能拟合散射
用冻结的合成中子计数比较多个核势,推导泊松偏差,并用后向角度和剖面似然研究参数退化。
L3 · 7
找出真正烧掉氘的那些碰撞
从截面推导热反应率,找到 Gamow 窗口,再把共同标定误差带进积分。
L4 · 8
走近中子滴线,壳层和半径为什么会变
用占据数解释壳能的变化,从弱束缚推导长尾,并读懂氧同位素三体力论文的限定结论。
L4 · 9
读一张氘反应数据表,再复算热平均
沿 LUNA 数据列往下读,分清已发表拟合与新拟合,再检验有限范围内的热反应率复算。
三个可以亲手追的问题
壳填充和形状因子实验仍归原来的核物理证据路线。这里把它们作为先修与比较:中子占据、质子电磁响应和核激发谱,分别回答不同的问题。 壳填充 · 形状因子
来源与复算范围
评估能级与已发表反应测量保留来源版本和不确定度。模型曲线、示意图与合成散射记录分别注明。离线基准文件逐项列出实际复算的范围。
- AME2020 nuclear reaction and separation energy tables, rct1.mas20 and rct2.mas20
冻结 2021 年 3 月氧和铍的未舍入条目,与质量表分别解析。保留已发表分离能边际误差;井号表示该版本中的外推。
- M. N. Rosenbluth, High Energy Elastic Scattering of Electrons on Protons, Physical Review 79, 615 (1950)
现有质子形状因子实验采用单光子 Born 运动学与固定动量转移的 Rosenbluth 分离。来源文档和数值模型仍归 Issue 22 原任务。
- A. M. Moro, FRESCO notes, section 3.1, Optical Model
公式 1–8:弹性通道波、分波截面与复势吸收。本站方阱实现固定中性入射粒子和质心能量。
- Wang et al., The AME2020 atomic mass evaluation (II), Chinese Physics C 45, 030003 (2021)
2021 年 3 月 3 日质量表的格式说明及中子、氢、氘三行。质量过剩与平均结合能单位均为 keV,井号表示外推值。课程冻结三行数值及原始不确定度。
- David Tong, Quantum Mechanics, Chapter 4, spherical finite potential well
径向方程、原点正则条件与有限球形势阱。阈值和尾部曲线是课程在无限重核芯例题中自行推导和计算的结果。
- M. Goeppert Mayer, On Closed Shells in Nuclei. II, Physical Review 75, 1969 (1949)
壳闭合的自旋轨道解释。课程推导角动量本征值;谐振子参数仅供示意,不作为完整实验壳谱。
- TUNL, Energy Levels of A = 17 Nuclei, 1993TI07, Table 17.10
选取氧 17 的能级、自旋宇称、能量误差及 5.0848 MeV 中子非束缚共振的宽度。原始数值与单中子模型拟合分列。
- NNDC, ENSDF adopted levels and gammas for erbium-166
冻结评估版本中的基带能级,数据文件注明评估日期与误差。仅保存选取的数值事实;模型曲线和图形自行生成。
- M. Hjorth-Jensen, Nuclear TALENT, Electromagnetic transitions and beta decay (2017)
多极算符、约化跃迁概率与角动量选择规则。选择规则只判断矩阵元是否允许,强度还需波函数和算符。
- J. Dobaczewski et al., Odd-even staggering, degenerate-shell seniority model
简并单壳配对的可解极限。固定相互作用和受限壳空间用于理解配对,不代替核素质量评估。
- R. F. Casten, Lectures on Nuclear Structure, NNPSS 2013
集体转动序列与内禀形变。刚性转子和谐振动子是两个极限,课程用评估基带残差检验适用范围。
- David Tong, Applications of Quantum Mechanics, scattering theory
分波振幅、光学定理、相移与匹配。中子散射例题固定质心能量,采用无自旋中心势。
- H. Feshbach, C. E. Porter and V. F. Weisskopf, Model for Nuclear Reactions with Neutrons, Physical Review 96, 448 (1954)
用复势描述弹性通道的流失。浏览器求解边界突变的复方阱,不采用全球光学势拟合。
- V. Mossa et al., The baryon density of the Universe from an improved rate of deuterium burning, Nature 587, 210–213 (2020)
作者接受稿公式 2–3、扩展数据表 1–2:质子氘俘获的实测 S 因子与热反应率。本站对子集的拟合与论文的多数据集拟合分别标示。
- R. Longland et al., Charged-particle thermonuclear reaction rates: I. Monte Carlo method and statistical distributions (2010), arXiv:1004.4136v1
热反应率的概率分布,以及共同归一化误差的相关性。课程针对选定拟合自行推导一阶协方差传播。
- T. Otsuka et al., Three-body forces and the limit of oxygen isotopes, arXiv:0908.2607v3 (2010), PRL 105, 032501
2010 年 6 月 19 日 v3,公式 1 与图 2–4。课程解读单极机制并计算示例占据数位移,不声称复现多体计算,也未数字化原文曲线。
- NNDC, NuDat 3 user guide and terms of use
数据库内容、单位、使用条款与版本更新。NuDat 给出评估推荐值,所报误差不包含教学模型的失配。