核物理

液滴模型(liquid drop model)

把原子核想成的不是一群各自為政的粒子,而是一小滴不可壓縮、帶電的流體。核子就像雨滴裡的分子:緊密堆疊、彼此拉扯著近鄰、被表面張力聚攏在一起,而且無論這滴有多大,密度都大致固定。這幅刻意採取古典、集體視角的圖像就是液滴模型,最早由伽莫夫(Gamow)與波耳發展出來,它出人意料地掌握了原子核許多整體行為。

此模型立足於兩項觀察。其一,核物質幾乎不可壓縮:核半徑按 R = r_0 A^(1/3) 標度,r_0 約 1.2 fm,因此體積正比於核子數、密度大致不變,恰如液體。其二,短程核力會飽和,每個核子只與最近鄰交互作用,這正是結合能隨體積增長、而表面項用來修正邊緣核子的原因。這些想法直接化為半經驗質量公式裡的體積項與表面項,並因為這滴帶電而加上庫侖排斥。

它最大的成就是核分裂。把這滴視為可變形:拉長它,表面張力想把它拉回球形,而拉長後電荷的庫侖排斥則想把它撐開。對重核而言,一旦變形夠大,庫侖項就可能取勝,於是原子核縮頸、裂開,分裂位障由這兩種效應的競爭決定。此模型誠實的極限在於它純屬集體描述;它對單粒子的殼層結構隻字未提,幻數在它眼中是看不見的。

對鈾而言,液滴模型的分裂位障僅約 6 MeV。吸收一個慢中子所增添的激發能足以越過此位障,這正是鈾-235 一捕獲熱中子便發生分裂的原因。

分裂就是一滴帶電流體在與自身靜電排斥的拉鋸中落敗。

液滴模型是一種集體性的理想化。它把整體趨勢與分裂能量學解釋得很漂亮,卻對殼層效應視而不見;完整的描述需要殼層模型與它並用。

又稱
collective model (drop picture)液態滴模型