3. Электрический момент ядра

Величина Zопределяет электрический заряд ядра, но не дает представления о распределении протонов в ядре. Некоторые представления о распределении электрического заряда в ядре и его структуре можно получить с помощьюдипольногоиквадрупольногомоментов ядра.

Диполем называется система из двух равных по величине зарядов qразного знака, жестко закрепленных на расстоянииd. Такая система, имея равный нулю электрический заряд, обладает свойством ориентироваться по направлению электрического поля. Так как отрицательных зарядов в ядре нет, то смещение положительного электрического заряда (протонов) относительно нулевого (нейтронов) вызывает появление дипольного момента и ядро может поворачиваться в электрическом поле относительно центра инерции. Обычно рассматривают проекцию дипольного момента ядра на осьZ, совпадающую с направлением внешнего электрического поля. По определению

(1.6.30)

где -распределение электрического заряда относительно центра инерции ядра (см. рис.1.6.4),‑ бесконечно малый заряд в точке,r_Z– проекция радиус-вектора выбранного объема на осьZ, а интегрирование ведется по всему объему ядра. Экспериментальные измерения показывают, что ядра в основном состоянии имеют всегда равный нулю электрический дипольный момент, так как нет никаких причин, которые могли бы вызывать в ядре смещение центра масс протонов относительно центра масс нейтронов. Сильное электрическое поле может вызывать поляризацию протонов в ядре и возникновение дипольного момента. Например, электромагнитное поле γ-кванта может вызывать периодическое смещение протонов относительно нейтронов и возникновениедипольных колебанийпротонов в ядре.

Исследование сверхтонкой структуры оптических спектров показало, что в ряде случаев наблюдается нарушение правила интервалов (1.6.25), справедливого для магнитного расщепления. Это свидетельствовало о том, что ядра могут иметь отличный от нуля квадрупольный электрический моментQ, взаимодействие которого с неоднородным электрическим полем вызывает появление добавочных линий сверхтонкого расщепления. Оказалось, что квадрупольный электрический момент не равен нулю для многих ядер, находящихся даже в основных состояниях. Электрическим квадрупольным моментомQядра называется величина, определяемая соотношением

е

(1.6.31)

где ось Z совпадает с направлением оси симметрии ядра, а . Если предположить, что плотность электрического заряда постоянна, а ядро имеет форму эллипсоида вращения относительно одной из осей симметрии (см. рис. 1.6.4), то

(1.6.32)

В

Таблица 1.6.2

Ядро	I	Q(барн)	Ядро	I	Q (барн)
2H	1	0,0028	40Cа	0	0
4He	0	0	235U	7/2	4,1
17О	5/2	-0, 026	241Pu	5/2	5,6

еличинаQположительна для вытянутых ядер (b > a), отрицательна для сплюснутых (b < a), и равна нулю (b = a)для ядер, имеющих сферическую симметрию. Таким образом, квадрупольный момент является мерой отклонения распределения электрического заряда от сферически-симметричного. Квадрупольный момент имеет размерность площади и обычно измеряется в единицахбарн, 1барн = 10^‑24 см². В таблице 1.6.2 приведены величиныQдля нескольких ядер. Как следует из таблицы 1.6.2, существуют ядра как вытянутые, так и сплюснутые. Степень деформации можно характеризовать величиной отношения полуосей эллипсоида , Обычно величина δ ≈ 1,02 ÷ 1,04, однако у ряда тяжелых ядер она достигает 1,2 ÷ 1,5. Все магические ядра имеют сферическую форму (Q = 0),которая, таким образом, соответствует наиболее устойчивым ядрам.