原子核的电四极矩

原子核一般可看成回转椭球形，当核内电荷均匀分布时，电四极矩为Q=2Z(b2－a2)/5。式中Z是核电荷数，b为对称轴方向上的半轴，a为垂直于对称轴方向上最大圆截面半径。电四极矩具有面积量纲，单位为靶恩，1靶恩=10－28米2。有的核电四极矩Q=0，则a=b，说明核为球形；有的核Q>0，则b>a，说明核是长椭球形；有的核Q<0，则b<a，说明核是扁椭球形。一般核的电四极矩都不大，说明核偏离球对称并不大。核电四极矩的改变会影响原子光谱的超精细结构，由此可测定核的电四极矩。另外，通过散射实验也是测量核电四极矩的重要方法。^[1]

原子核不是点电荷，不但有自旋和磁矩，而且凡自旋大于1/2的核，电荷分布都不是球对称的。早在20世纪30年代中期，就发现铕（Eu）同位素的核电荷分布是偏离球对称的，这类核具有核的电四极矩，若以自旋的方向为轴、电荷分布为长球形的电四极矩为正，电荷分布为扁球形的为负。自然界的近 300个稳定同位素中，约三分之一的核有电四极矩。原子核处存在由价电子产生的不均匀场，其梯度的分布也有对称轴，轴的方向依原子在分子或晶体中的键结构而定。高低子能态上布居数也依照玻耳兹曼分布律分布（见玻耳兹曼统计）。因能态能量是自旋I的二次方函数，如I>3/2则相邻能态间距不相等。若用频率同能态间距相吻合的电磁场激励，就产生核四极共振（通常温度下，低能态布居数大于高能态的，因此共振一般是吸收性的）。共振频率是固定的，随原子和核的化学结构的不同而异，一般为几十兆赫，也可高到数百或数千兆赫，或低到一兆赫或更小（一百多千赫）。^[2]