Saiz planet dan juga Matahari sendiri adalah kecil jika dibandingkan dengan saiz sistem suria. Jadi, sebagai contoh, jarak dari Bumi ke Matahari adalah kira-kira 100 kali lebih besar daripada diameter Matahari, dan jarak dari Matahari ke planet paling jauh Pluto adalah 4,000 kali lebih besar daripada diameter Matahari. Isipadu Matahari adalah sahaja
■iwuoiuoьoJ - Isipadu sfera dengan jejari sama dengan jarak dari Matahari ke Pluto. Keadaan yang sama berlaku dalam atom, walaupun pada hakikatnya hampir semua berat atom tertumpu dalam nukleusnya, 10 dimensi nukleus adalah sangat kecil berbanding dengan dimensi atom.
Diameter nukleus atom unsur berbeza sedikit berbeza antara satu sama lain, tetapi secara umum diameter nukleus adalah lebih kurang 100,000 kali lebih kecil daripada diameter atom. Jadi
Oleh itu, nukleus hanya menduduki "T" dalam atom
Sebahagian daripada volumnya (kami mengingatkan anda bahawa volum adalah berkadar dengan
Diisi dengan kiub diameter). Nukleus dalam atom menduduki ruang 2,000 kali lebih sedikit daripada Matahari dalam sistem suria.
Jika anda membesarkan nukleus kepada saiz kepala jarum, atom itu sukar dimuatkan dalam dewan seratus meter yang besar. Jika kita membesarkan nukleus kepada saiz skru jam poket, maka atom akan lebih besar daripada pengukus laut yang besar (Rajah 3).
Sekarang mari kita anggap bahawa adalah mungkin untuk memampatkan jirim sehingga satu tahap sehingga nukleus atom akan bersentuhan antara satu sama lain. Kemudian kapal perang yang besar dengan anjakan 45,000 tan akan muat di kepala pin!
Tugas kita ialah bercakap tentang nukleus atom dan tenaganya. Kami tidak akan bercakap secara terperinci tentang atom dan strukturnya di sini, dan jika di atas kita perlu memikirkan secara ringkas mengenai perkara ini.
Persoalannya hanya kerana nukleus adalah sebahagian daripada atom. Tanpa mengetahui struktur atom, adalah mustahil untuk mengkaji sifat-sifat nukleus. Oleh itu, ahli fizik mula-mula mengkaji atom secara bertenaga. Kajian tentang nukleus menjadi perhatian hanya kira-kira 15 tahun yang lalu, apabila struktur atom menjadi terkenal Pada masa ini, kajian tentang sifat dan struktur nukleus atom adalah isu utama yang banyak dikaji oleh ahli fizik.
Kita tahu bahawa nukleus adalah pusat atom, kita sudah tahu cas, berat dan dimensinya.
Tetapi bagaimanakah kernel berstruktur? Adakah nukleus terdiri daripada zarah lain yang lebih ringkas atau ia sendiri zarah ringkas? Adakah mungkin untuk memusnahkan teras dan bagaimana untuk melakukannya? Semua soalan ini kini berhadapan dengan kita dan ia perlu dijawab.
Permohonan tenaga nuklear agak kawasan baru Sains dan teknologi. Oleh itu, banyak di sini masih tidak diketahui. Kami tidak akan berkhayal tentang topik ini. Penggunaan tenaga nuklear yang kita bincangkan...
Selain uranium, nukleus unsur protaktinium (cas 91) dan torium (cas 90) juga pembelahan di bawah pengaruh neutron. Penggunaan protactinium sama sekali tidak penting, kerana unsur ini sangat jarang berlaku: dalam ...
235 Pembelahan nukleus uranium 92 dalam uranium semula jadi bercampur dengan plumbum grafit, seperti yang jelas daripada di atas, kepada pembentukan plutonium. Sungguh mengagumkan bahawa plutonium mempunyai sifat yang sama seperti...
Soalan "Terdiri daripada apa jirim?", "Apakah sifat jirim?" sentiasa menduduki manusia. Sejak zaman purba, ahli falsafah dan saintis telah mencari jawapan kepada soalan-soalan ini, mencipta kedua-dua teori dan hipotesis yang realistik dan benar-benar menakjubkan dan hebat. Walau bagaimanapun, secara harfiah satu abad yang lalu, manusia datang sedekat mungkin untuk menyelesaikan misteri ini, menemui struktur atom bahan. Tetapi apakah komposisi nukleus atom? Semuanya terdiri daripada apa?
Menjelang permulaan abad kedua puluh, struktur atom bukan lagi sekadar hipotesis, tetapi fakta mutlak. Ternyata komposisi nukleus atom adalah konsep yang sangat kompleks. Komposisinya termasuk Tetapi persoalan timbul: adakah komposisi atom termasuk nombor yang berbeza bagi caj ini atau tidak?
Pada mulanya, mereka membayangkan bahawa atom dibina sangat serupa dengan atom kita sistem suria. Walau bagaimanapun, dengan cepat ternyata idea ini tidak sepenuhnya benar. Masalah pemindahan mekanikal semata-mata skala astronomi gambar ke kawasan yang menduduki satu per satu juta milimeter memerlukan perubahan ketara dan dramatik dalam sifat dan kualiti fenomena. Perbezaan utama adalah undang-undang dan peraturan yang lebih ketat di mana atom itu dibina.
Pertama, memandangkan atom daripada jenis dan unsur yang sama mestilah sama sepenuhnya dalam parameter dan sifat, maka orbit elektron atom ini juga mestilah sama. Walau bagaimanapun, undang-undang pergerakan badan astronomi tidak dapat memberikan jawapan kepada soalan-soalan ini. Percanggahan kedua ialah pergerakan elektron dalam orbitnya, jika kita menerapkan hukum fizik yang dipelajari dengan baik padanya, semestinya disertai dengan pelepasan tenaga yang kekal. Akibatnya, proses ini akan membawa kepada kehabisan elektron, yang dalam akhirnya akan mati dan bahkan jatuh ke inti.
Pada tahun 1924, bangsawan muda Louis de Broglie mengemukakan idea yang merevolusikan pemahaman komuniti saintifik tentang isu-isu seperti komposisi nukleus atom. Ideanya ialah elektron bukan sekadar bola bergerak yang berputar mengelilingi nukleus. Ini adalah bahan kabur yang bergerak mengikut undang-undang yang mengingatkan perambatan gelombang di angkasa. Cukup cepat, idea ini diperluaskan kepada pergerakan mana-mana badan secara keseluruhan, menjelaskan bahawa kita hanya melihat satu sisi pergerakan ini, tetapi yang kedua sebenarnya tidak muncul. Kita boleh melihat perambatan gelombang dan tidak perasan pergerakan zarah, atau sebaliknya. Sebenarnya, kedua-dua belah gerakan ini sentiasa wujud, dan putaran elektron dalam orbit bukan sahaja pergerakan cas itu sendiri, tetapi juga perambatan gelombang. Pendekatan ini berbeza secara radikal daripada model planet yang diterima sebelum ini.
Nukleus atom ialah pusat. Elektron berputar di sekelilingnya. Sifat-sifat nukleus menentukan segala-galanya. Ia adalah perlu untuk bercakap tentang konsep seperti komposisi nukleus atom dari titik yang paling penting - dari pertuduhan. Dalam komposisi atom terdapat unsur-unsur tertentu yang membawa cas negatif. Nukleus itu sendiri mempunyai cas positif. Dari sini kita boleh membuat kesimpulan tertentu:
Tembaga, kaca, besi, kayu mempunyai elektron yang sama. Atom boleh kehilangan beberapa elektron atau bahkan kesemuanya. Sekiranya nukleus kekal bercas positif, maka ia dapat menarik jumlah zarah bercas negatif yang diperlukan dari badan lain, yang akan membolehkannya bertahan. Jika atom kehilangan sejumlah elektron, maka cas positif pada nukleus akan lebih besar daripada yang selebihnya. caj negatif. Dalam kes ini, seluruh atom akan memperoleh lebihan caj, dan ia boleh dipanggil ion positif. Dalam sesetengah kes, atom mungkin menarik Kuantiti yang besar elektron, dan kemudian ia akan menjadi bercas negatif. Oleh itu, ia boleh dipanggil ion negatif.
Jisim atom ditentukan terutamanya oleh nukleus. Elektron yang membentuk atom dan nukleus atom mempunyai berat kurang daripada seperseribu daripada jumlah jisim. Oleh kerana jisim dianggap sebagai ukuran rizab tenaga yang dimiliki oleh bahan, fakta ini dianggap sangat penting apabila mengkaji isu seperti komposisi nukleus atom.
Soalan paling sukar timbul selepas penemuan unsur Radioaktif mengeluarkan gelombang alfa, beta dan gamma. Tetapi sinaran sedemikian mesti mempunyai sumber. Rutherford menunjukkan pada tahun 1902 bahawa sumber sedemikian adalah atom itu sendiri, atau lebih tepat lagi, nukleus. Sebaliknya, radioaktiviti bukan sahaja pelepasan sinar, tetapi juga perubahan satu unsur kepada unsur lain, dengan bahan kimia dan ciri-ciri fizikal. Iaitu, radioaktiviti adalah perubahan dalam nukleus.
Hampir seratus tahun yang lalu, ahli fizik Prout mengemukakan idea bahawa unsur-unsur dalam jadual berkala bukanlah bentuk yang tidak koheren, tetapi adalah gabungan Oleh itu, seseorang boleh menjangkakan bahawa kedua-dua cas dan jisim nukleus akan dinyatakan dalam bentuk keseluruhan dan berbilang cas hidrogen itu sendiri. Walau bagaimanapun, ini tidak sepenuhnya benar. Dengan mengkaji sifat nukleus atom menggunakan medan elektromagnet, ahli fizik Aston mendapati bahawa unsur-unsur yang berat atomnya tidak keseluruhan dan gandaan sebenarnya adalah gabungan atom yang berbeza, dan bukan satu bahan. Dalam semua kes di mana berat atom bukan nombor bulat, kita memerhatikan campuran isotop yang berbeza. Apa ini? Jika kita bercakap tentang komposisi nukleus atom, isotop adalah atom dengan cas yang sama, tetapi dengan jisim yang berbeza.
Teori relativiti mengatakan bahawa jisim bukanlah ukuran yang menentukan jumlah jirim, tetapi ukuran tenaga yang ada pada jirim. Sehubungan itu, jirim boleh diukur bukan dengan jisim, tetapi dengan cas yang membentuk jirim ini dan tenaga cas tersebut. Apabila cas yang sama menghampiri cas lain yang serupa, tenaga akan meningkat, jika tidak, ia akan berkurangan. Ini sudah tentu tidak bermakna perubahan dalam perkara. Sehubungan itu, dari kedudukan ini, nukleus atom bukanlah sumber tenaga, sebaliknya sisa selepas pembebasannya. Ini bermakna terdapat beberapa jenis percanggahan.
The Curies, apabila membedil berilium dengan zarah alfa, menemui beberapa sinar pelik yang, apabila berlanggar dengan nukleus atom, menolaknya dengan daya yang sangat besar. Walau bagaimanapun, mereka dapat melalui ketebalan jirim yang besar. Percanggahan ini telah diselesaikan oleh fakta bahawa zarah ini ternyata mempunyai cas elektrik neutral. Oleh itu, ia dipanggil neutron. Berkat kajian lanjut, ternyata ia hampir sama dengan proton. Secara umumnya, neutron dan proton adalah sangat serupa. Dengan mengambil kira penemuan ini, adalah mungkin untuk menentukan bahawa nukleus atom mengandungi kedua-dua proton dan neutron, dan dalam kuantiti yang sama. Semuanya beransur-ansur jatuh ke tempatnya. Bilangan proton ialah nombor atom. Berat atom ialah jumlah jisim neutron dan proton. Isotop boleh dipanggil unsur di mana bilangan neutron dan proton tidak sama antara satu sama lain. Seperti yang dibincangkan di atas, dalam kes sedemikian, walaupun elemen pada asasnya kekal sama, sifatnya mungkin berubah dengan ketara.
DEFINISI
Atom terdiri daripada nukleus bercas positif, di dalamnya terdapat proton dan neutron, dan elektron bergerak dalam orbit di sekelilingnya. Nukleus atom terletak di tengah dan hampir semua jisimnya tertumpu di dalamnya.
Jumlah cas pada nukleus atom menentukan unsur kimia kepunyaan atom ini.
Kewujudan nukleus atom telah dibuktikan pada tahun 1911 oleh E. Rutherford dan diterangkan dalam karya bertajuk "Penyebaran Sinar α dan β dan Struktur Atom." Selepas ini, pelbagai saintis mengemukakan pelbagai teori tentang struktur nukleus atom (teori penurunan (N. Bohr), teori cangkang, teori kelompok, teori optik, dll.).
mengikut idea moden Nukleus atom terdiri daripada proton bercas positif dan neutron neutral, yang bersama-sama dipanggil nukleon. Mereka dipegang dalam teras kerana interaksi yang kuat.
Bilangan proton dalam nukleus dipanggil nombor cas (Z). Ia boleh ditentukan menggunakan Jadual Berkala D.I. Mendeleev - ia sama dengan nombor siri unsur kimia, kepunyaan atom.
Bilangan neutron dalam nukleus dipanggil nombor isotop (N). Jumlah bilangan nukleon dalam nukleus dipanggil nombor jisim (M) dan ia adalah sama dengan jisim atom relatif bagi atom unsur kimia, yang ditunjukkan dalam Jadual Berkala D. I. Mendeleev.
Nukleus dengan bilangan neutron yang sama tetapi bilangan proton yang berbeza dipanggil isoton. Jika nukleus mempunyai bilangan proton yang sama, tetapi neutron berbeza - isotop. Dalam kes apabila nombor jisim adalah sama, tetapi komposisi nukleon berbeza - isobar.
Nukleus atom boleh berada dalam keadaan stabil (tanah) dan dalam keadaan teruja.
Mari kita pertimbangkan struktur nukleus atom menggunakan contoh unsur kimia oksigen. Oksigen mempunyai nombor siri 8 dalam Jadual Berkala D.I. Mendeleev dan relatif jisim atom 16 amu Ini bermakna nukleus atom oksigen mempunyai cas yang sama dengan (+8). Nukleus mengandungi 8 proton dan 8 neutron (Z=8, N=8, M=16), dan 8 elektron bergerak dalam 2 orbit mengelilingi nukleus (Rajah 1).
nasi. 1. Perwakilan skematik struktur atom oksigen.
CONTOH 1
CONTOH 2
| Senaman | Cirikan dengan nombor kuantum semua elektron yang berada pada subperingkat 3p. |
| Penyelesaian | Subperingkat p peringkat ke-3 mengandungi enam elektron: |
Nukleus atom
- bahagian tengah dan sangat padat atom, di mana hampir semua jisimnya dan semuanya positif cas elektrik. Nukleus, yang menahan elektron rapat dengan dirinya oleh daya Coulomb dalam jumlah yang mengimbangi cas positifnya, membentuk atom neutral. Kebanyakan nukleus mempunyai bentuk yang hampir dengan sfera dan diameter ≈ 10 -12 cm, iaitu empat urutan magnitud lebih kecil daripada diameter atom (10 -8 cm). Ketumpatan bahan dalam teras adalah kira-kira 230 juta tan/cm 3 .
Nukleus atom ditemui pada tahun 1911 hasil daripada satu siri eksperimen mengenai penyerakan zarah alfa oleh emas nipis dan kerajang platinum, yang dijalankan di Cambridge (England) di bawah arahan E. Rutherford. Pada tahun 1932, selepas penemuan neutron di sana oleh J. Chadwick, menjadi jelas bahawa nukleus terdiri daripada proton dan neutron.
(V. Heisenberg, D.D. Ivanenko, E. Majorana).
Untuk menetapkan nukleus atom, simbol unsur kimia atom yang mengandungi nukleus digunakan, dan indeks kiri atas simbol ini menunjukkan bilangan nukleon (nombor jisim) dalam nukleus ini, dan indeks kiri bawah menunjukkan bilangan proton di dalamnya. Sebagai contoh, nukleus nikel yang mengandungi 58 nukleon, di mana 28 adalah proton, ditetapkan . Teras yang sama ini juga boleh ditetapkan sebagai 58 Ni, atau nikel-58.
Nukleus ialah sistem proton dan neutron padat padat yang bergerak pada kelajuan 10 9 -10 10 cm/saat dan dipegang oleh daya tarikan nuklear yang kuat dan jarak dekat (kawasan tindakan mereka terhad kepada jarak ≈ 10 -13 cm). Proton dan neutron bersaiz kira-kira 10 -13 cm dan dianggap sebagai dua negeri yang berbeza satu zarah dipanggil nukleon. Jejari nukleus boleh dianggarkan lebih kurang dengan formula R ≈ (1.0-1.1)·10 -13 A 1/3 cm, di mana A ialah bilangan nukleon (jumlah bilangan proton dan neutron) dalam nukleus. Dalam Rajah. Rajah 1 menunjukkan bagaimana ketumpatan jirim berubah (dalam unit 10 14 g/cm 3) di dalam nukleus nikel, yang terdiri daripada 28 proton dan 30 neutron, bergantung pada jarak r (dalam unit 10 -13 cm) ke pusat daripada nukleus.
Interaksi nuklear (interaksi antara nukleon dalam nukleus) berlaku disebabkan oleh fakta bahawa nukleon bertukar meson. Interaksi ini merupakan manifestasi interaksi kuat yang lebih asas antara kuark yang membentuk nukleon dan meson (dengan cara yang sama seperti daya ikatan kimia dalam molekul adalah manifestasi daripada daya elektromagnet yang lebih asas).
Dunia nukleus sangat pelbagai. Kira-kira 3000 nukleus diketahui, berbeza antara satu sama lain sama ada dalam bilangan proton, atau dalam bilangan neutron, atau kedua-duanya. Kebanyakannya diperolehi secara buatan.
Hanya 264 teras yang stabil, i.e. tidak mengalami sebarang perubahan spontan dari semasa ke semasa, dipanggil pereputan. Selebihnya mengalami pelbagai bentuk pereputan - pereputan alfa (pelepasan zarah alfa, iaitu nukleus atom helium); pereputan beta (pelepasan serentak elektron dan antineutrino atau positron dan neutrino, serta penyerapan elektron atom dengan pelepasan neutrino); pereputan gamma (pelepasan foton) dan lain-lain.
Pelbagai jenis nukleus sering dipanggil nuklida. Nuklida dengan bilangan proton yang sama dan bilangan neutron yang berbeza dipanggil isotop. Nuklida dengan bilangan nukleon yang sama, tetapi nisbah proton dan neutron yang berbeza dipanggil isobar. Nukleus ringan mengandungi kira-kira bilangan proton dan neutron yang sama. Dalam nukleus berat, bilangan neutron adalah kira-kira 1.5 kali lebih besar daripada bilangan proton. Nukleus paling ringan ialah nukleus atom hidrogen, yang terdiri daripada satu proton. Nukleus yang paling berat diketahui (ia diperoleh secara buatan) mempunyai bilangan nukleon ≈290. Daripada jumlah ini, 116-118 adalah proton.
Gabungan bilangan proton Z dan neutron yang berbeza sepadan dengan nukleus atom yang berbeza. Nukleus atom wujud (iaitu hayatnya t > 10 -23 s) dalam julat perubahan yang agak sempit dalam nombor Z dan N. Dalam kes ini, semua nukleus atom dibahagikan kepada dua kumpulan besar- stabil dan radioaktif (tidak stabil). Nukleus stabil dikumpulkan berhampiran garis kestabilan, yang ditentukan oleh persamaan
|
nasi. 2. Gambar rajah NZ nukleus atom. |
Dalam Rajah. Rajah 2 menunjukkan rajah NZ nukleus atom. Titik hitam menunjukkan nukleus yang stabil. Kawasan di mana nukleus stabil terletak biasanya dipanggil lembah kestabilan. Di sebelah kiri nukleus yang stabil terdapat nukleus yang terbeban dengan proton (nukleus yang kaya dengan proton), di sebelah kanan - nukleus yang terbeban dengan neutron (nukleus yang kaya dengan neutron). Nukleus atom yang ditemui pada masa ini diserlahkan dalam warna. Terdapat kira-kira 3.5 ribu daripadanya. Adalah dipercayai bahawa perlu ada 7 - 7.5 ribu secara keseluruhan. Nukleus yang kaya dengan proton (warna raspberi) adalah radioaktif dan berubah menjadi yang stabil terutamanya hasil daripada pereputan β + proton yang termasuk dalam nukleus ditukar menjadi neutron. Nukleus yang kaya dengan neutron (warna biru) juga bersifat radioaktif dan menjadi stabil akibat daripada - - pereputan, dengan perubahan neutron nukleus kepada proton.
Paling berat isotop stabil ialah isotop plumbum (Z = 82) dan bismut (Z = 83). Nukleus berat, bersama-sama dengan proses pereputan β + dan β, juga tertakluk kepada pereputan α (kuning) dan pembelahan spontan, yang menjadi saluran pereputan utamanya. Garis putus-putus dalam Rajah. 2 menggariskan kawasan kemungkinan kewujudan nukleus atom. Garis B p = 0 (B p ialah tenaga pemisahan proton) mengehadkan kawasan kewujudan nukleus atom di sebelah kiri (garisan titisan proton). Garisan B n = 0 (B n – tenaga pemisahan neutron) – di sebelah kanan (garisan titisan neutron). Di luar sempadan ini, nukleus atom tidak boleh wujud, kerana ia mereput semasa masa nuklear ciri (~10 -23 – 10 -22 s) dengan pelepasan nukleon.
Apabila dua nukleus ringan bergabung (sintesis) dan membahagikan nukleus berat kepada dua serpihan yang lebih ringan, sejumlah besar tenaga dibebaskan. Kedua-dua kaedah untuk mendapatkan tenaga ini adalah yang paling berkesan daripada semua yang diketahui. Jadi 1 gram bahan api nuklear bersamaan dengan 10 tan bahan api kimia. Pelaburan nuklear (tindak balas termonuklear) adalah sumber tenaga untuk bintang. Pelaburan tidak terkawal (meletup) berlaku apabila bom termonuklear (atau dipanggil "hidrogen") diletupkan. Pelaburan terkawal (perlahan) mendasari sumber tenaga yang menjanjikan dalam pembangunan - reaktor termonuklear.
Pembelahan tidak terkawal (letupan) berlaku apabila bom atom meletup. Pembahagian terkawal dijalankan di reaktor nuklear, yang merupakan sumber tenaga dalam loji tenaga nuklear.
Mekanik kuantum dan pelbagai model digunakan untuk menerangkan secara teori nukleus atom.
Nukleus boleh bertindak sebagai gas (gas kuantum) dan sebagai cecair (cecair kuantum). Cecair nuklear sejuk mempunyai sifat superfluid. Dalam nukleus yang sangat panas, nukleon mereput ke dalam quark konstituennya. Kuark ini berinteraksi dengan menukar gluon. Akibat daripada pereputan ini, pengumpulan nukleon di dalam nukleus bertukar menjadi keadaan jirim baru - plasma quark-gluon
NUKLEUS ATOM- bahagian besar pusat atom, yang terdiri daripada proton dan neutron (nukleon). Dalam Ya. hampir keseluruhan jisim atom tertumpu (lebih daripada 99.95%). Dimensi nukleus adalah kira-kira 10 -13 -10 -12 cm Nukleus mempunyai positif elektrik , gandaan abs. nilai cas elektron e: Q = Ze. Integer Z adalah sama dengan nombor siri unsur dalam jadual unsur berkala. Ya. telah ditemui oleh E. Rutherford pada tahun 1911 dalam eksperimen mengenai penyerakan zarah alfa semasa mereka melalui jirim.
Komposisi kernel. Tidak lama selepas penemuan neutron, J. Chadwick (1932), D. D. Ivanenko dan W. Heisenberg secara bebas menyatakan asasnya. andaian bahawa Ya a. terdiri daripada proton (p) dan neutron (n). Jumlah nombor nukleon dalam Ya a. dipanggil jisim A, bilangan proton dalam nukleus adalah sama dengan cas nuklear Z, bilangan neutron N = A - Z. Nukleus dengan cas yang sama Z dan bilangan neutron yang berbeza dipanggil. isotop, nukleus dengan Z berbeza dan sama N- isoton, nukleus dengan yang sama A dan Z berbeza dan N- dan z o b a r a m i. Mengikut moden Pada pendapat kami, proton dan neutron terdiri daripada kuark Dan gluon dan Ya a - sistem kompleks sebilangan besar medan gluon dan meson yang berinteraksi antara satu sama lain. Penerangan yang konsisten tentang Ya. mesti dicapai dalam kromodinamik kuantum. Namun, disebabkan kerumitannya, masalah ini masih belum dapat diselesaikan.
Sifat komposit nukleon menunjukkan dirinya hanya dalam perlanggaran dengan pemindahan momentum dan tenaga yang besar. Pada tenaga pengujaan yang rendah, perlanggaran sedemikian dalam nukleus jarang berlaku. Oleh itu, apabila menerangkan Ya a. Dan tindak balas nuklear, berlaku pada tenaga yang tidak terlalu tinggi (<= 1 ГэВ на нуклон), в первом приближении можно считать, что ядра
состоят из вполне определённого числа нуклонов, движущихся с нерелятивистскими
скоростями (u 2 /c 2 ~0,l). Quark "terkunci" setiap satu dalam nukleon mereka sendiri. Nukleon tidak kehilangan keperibadiannya dan mempunyai sifat yang lebih kurang sama seperti dalam keadaan bebas (dengan beberapa pengecualian, lihat di bawah). Gambar proton-neutron struktur nuklear a. adalah anggaran dan dilanggar pada tenaga pengujaan yang tinggi dan dalam proses dengan pemindahan momentum dan tenaga yang besar.
Di bawah keadaan biasa, sisihan daripada model proton-neutron yang dikaitkan dengan sifat komposit nukleon dan struktur quark-gluon zarah nuklear adalah kecil dan adalah seperti berikut. 1) Hasil daripada interaksi antara nukleon, yang kedua boleh wujud dalam nuklear a. bukan sahaja dalam utama, tetapi juga dalam keadaan teruja, dipanggil. bentuk condong. Yang paling rendah dari segi tenaga adalah yang dipanggil. D-isobar (lihat Resonans).Sebahagian masa (~ 1%) nukleon dalam nukleus boleh tinggal dalam bentuk isobar nukleon. 2) Penguncian kuark dalam nukleon tidak mutlak; gumpalan jirim quark-gluon boleh terbentuk dalam nukleus untuk masa yang singkat ( turun naik), terdiri daripada 6, 9, dsb. kuark (lihat. Plasma kuark-gluon).3) Sifat nukleon yang terikat dalam nukleus mungkin berbeza daripada sifat nukleon bebas. Seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen pada penyerakan tak anjal dalam (lihat Proses tidak anjal dalam) lepton pada nukleus, fungsi struktur nukleon dalam nukleus, yang mencirikan taburan kuark ke atas momentum dalam nukleon, berbeza daripada fungsi struktur nukleon bebas (kesan EMC - European Muon Collaboration, CERN, 1982). Salah satu penjelasan yang mungkin untuk kesan EMC adalah berdasarkan hipotesis bahawa jejari nukleon dalam nukleus meningkat berbanding dengan nukleon bebas. 4) Muncul secara berkala dalam kernel untuk tempoh 10 -23 -10 -24 s (maya) meson, termasuk. pi meson.Penyiasatan darjah kebebasan bukan nukleon nukleus - asas. subjek moden penyelidikan dalam fizik nuklear relativistik.
kuasa nuklear. Nukleon ialah hadron, iaitu ia tergolong dalam bilangan zarah yang dialami interaksi yang kuat. Interaksi antara nukleon yang memegangnya dalam nukleus, i.e. kuasa nuklear, timbul akibat interaksi antara bahagian konstituen (quark, glu-on), yang membentuk nukleon. Teori daya nuklear berdasarkan konsep quark masih di peringkat awal dan masih belum selesai.
Teori meson tradisional kuasa nuklear adalah berdasarkan idea yang dicadangkan pada tahun 1935 oleh H. Yukawa. Menurut teori meson, interaksi antara nukleon dilakukan melalui pertukaran meson. dicirikan oleh julat; ia ditentukan Panjang gelombang Compton meson, dengan mana nukleon ditukar, dengan m ialah jisim meson. Naib. jejari tindakan ialah daya tarikan akibat pertukaran π-meson. Bagi mereka l c = 1.41 fm (1 fm = 10 -13 cm). Ini sepadan dengan jarak antara nukleon dalam nukleus. Pertukaran meson yang lebih berat (r, w, dsb.) menjejaskan interaksi antara nukleon pada jarak yang lebih pendek, menyebabkan, khususnya, tolakan antara mereka pada jarak.<=0,4 Фм.
Saiz kernel bergantung kepada bilangan nukleon dalam nukleus dan berbeza dari 10 -13 hingga 10 -12 cm. data menunjukkan bahawa purata nukleon (bilangan nukleon per unit isipadu) adalah hampir sama dalam semua nukleus dengan A>= 20. Ini bermakna isipadu nukleus adalah berkadar A, dan jejarinya R berkadar A 1/3 :
di manakah pemalar A dekat dengan julat daya nuklear. Jejari cas nukleus dibezakan, iaitu purata. jejari taburan proton dalam nukleus, dan jejari taburan bahan nuklear (jejari taburan nukleon, tanpa mengira jenisnya). Yang pertama diukur dalam eksperimen dengan interaksi elektromagnet(penyebaran elektron tenaga tinggi pada nukleus, kajian tahap atom muonik), yang memberikan nilai A=1.12 fm; yang kedua - dalam tindak balas nuklear yang melibatkan (penyerakan nukleon, zarah-a, interaksi p- dan K-meson dengan nukleus, dll.). Dalam kes ini, nilai yang lebih tinggi sedikit diperolehi a = 1.2-1.4 fm. Rabu. ketumpatan bahan nuklear adalah sangat tinggi dan berjumlah ~ 10 14 g/cm 3 .
Eksperimen pada penyerakan elektron pantas oleh nukleus membolehkan bukan sahaja untuk menentukan purata. saiz nukleus, tetapi juga untuk mengkaji secara terperinci taburan cas r( r) dalam nukleus. Mari bereksperimen. hasilnya adalah dalam persetujuan yang lebih baik bukan dengan pengagihan cas seragam dalam nukleus, tetapi dengan apa yang dipanggil. Taburan Fermi:
di mana R 0
= 1,1 A 1/3 fm. Taburan ini menunjukkan bahawa ketumpatan cas hampir malar di bahagian dalam. kawasan-kawasan ( r
Tenaga pengikat dan jisim nuklear. Tenaga pengikat nukleus dipanggil. tenaga yang mesti dibelanjakan untuk membelah nukleus kepada bahagian-bahagian. nukleon. Ia sama dengan didarab dengan Dengan 2 perbezaan antara jumlah jisim semua nukleon yang membentuk nukleus dan jisim M kernel itu sendiri:
Di sini T R, T n - jisim proton dan neutron. Tenaga pengikat nukleus adalah lebih kurang berkadar. bilangan nukleon dalam nukleus, dan pukul. tenaga pengikat /A hampir malar (untuk kebanyakan biji / A~ 6-8 MeV). Sifat ini, yang dipanggil ketepuan daya nuklear, bermaksud bahawa nukleon dalam nukleus secara berkesan tidak berinteraksi dengan semua nukleon nukleus, tetapi hanya dengan bilangan terhad tertentu (jika tidak, tenaga pengikat akan berkadar. A).
Ketekalan ketumpatan dan rentak. tenaga pengikat nukleus membawa sifat nukleus lebih dekat dengan sifat cecair. Persamaan ini membentuk asas untuk model nukleus sebagai titisan cecair ( model titisan nukleus), berdasarkan potongan K. F. von Weizsacker (S. F. von Weizsacker) pada tahun 1935 mencadangkan semi-empirikal. f-lu ( Formula Weizsäcker) untuk tenaga pengikat nukleus:
Di sini istilah pertama menerangkan tenaga isipadu "penurunan", yang kedua mencirikan kelemahan ikatan untuk nukleon yang terletak di permukaan nukleus, istilah ketiga menerangkan sumbangan tenaga Coulomb setitik dengan jejari. R~A 1/3 dan dengan caj Z. Sebutan keempat (simetri tenaga yang dipanggil) tidak mempunyai istilah klasik analog dan mencerminkan fakta bahawa tarikan antara nukleon pelbagai jenis dalam purata. lebih kuat daripada nukleon yang sama. Ini bersama-sama dengan prinsip Pauli menjadikannya tidak menguntungkan secara bertenaga. penyelewengan N daripada Z. Ahli kelima dipanggil TENAGA PENYIMPANAN:
Ia menghasilkan semula fakta eksperimen bahawa nukleus genap ( Z Dan N genap) disambungkan dengan lebih kuat berbanding nukleus ganjil-genap bersebelahan, dan nukleus genap-genap, seterusnya, lebih stabil daripada nukleus ganjil-genap.
Moden Nilai parameter Weizsäcker: b 1 =
15.75 MeV, b 2 = 17.8 MeV, b 3 = 0.71 MeV, b 4 = 23.7 MeV. F-la (4) pada Rab. menerangkan tenaga pengikat nukleus dengan baik, mengehadkan nilai Z 2 /A~ 46 kawasan kewujudan nukleus yang tahan terhadap pembelahan. Walau bagaimanapun, ia tidak mengambil kira ciri individu struktur cangkang nukleus. Kesan ini boleh diambil kira oleh kaedah pembetulan shell Strutinsky, yang meramalkan kemungkinan kewujudan apa yang dipanggil. Pulau kestabilan nukleus superberat di Z~114 (lihat Unsur transuranik).
Ciri kuantum tahap nuklear. Ya. pada tenaga di bawah ambang pereputan (dengan pelepasan nukleon, zarah-a, dsb.) hanya boleh berada dalam keadaan diskret dengan definisi tertentu. tenaga, dicirikan oleh satu set nombor kuantum yang menentukan nilai kuantiti terpelihara (integral gerakan) dalam keadaan ini. Di atas ambang pereputan nuklear, keadaan diskret menjadi tidak pegun dan muncul dalam tindak balas nuklear sebagai resonans dengan lebar terhingga.
Naib. ciri penting keadaan nuklear ialah putaran nukleus (atau momentum sudut nukleus, juga dipanggil momentum sudut nukleus) saya dan pariti p = +
1. Putaran / diukur dalam unit dan mengambil nilai separuh integer ( saya= 1 / 2, 3 / 2, ...) Inti ganjil juga mempunyai nilai integer ( saya=0, 1, 2, ....) untuk nukleus genap. Pariti p menunjukkan simetri fungsi gelombang y keadaan nuklear berbanding pantulan cermin ruang R(cm. Penyongsangan spatial): P y = py. Dalam hal ini, ciri gabungan ditunjukkan untuk negara nuklear saya hlm. Ia telah ditubuhkan secara empirikal bahawa utama keadaan nukleus genap mempunyai ciri 0 + . Putaran dan pariti nukleus ganjil biasanya dijelaskan oleh model cangkerang (lihat di bawah). Tegasnya, pariti bukanlah nombor kuantum yang tepat, kerana ia tidak dipelihara di bawah interaksi yang lemah. Kerana kekuatan interaksi elektrolemah antara nukleon terdapat percampuran keadaan dengan putaran yang sama saya dan pariti bertentangan. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh kecilnya daya yang melanggar pariti, pencampuran ini adalah kecil dan boleh diabaikan apabila mempertimbangkan spektrum tahap nuklear pelbagai tindak balas nuklear dan peralihan, dengan pengecualian proses yang bertujuan khusus untuk mengkaji fenomena tersebut bukan pemuliharaan pariti dalam isirong.
Satu lagi ciri nuklear yang penting, walaupun anggarannya adalah putaran isotop(atau putaran isobarik) T, yang terdiri daripada jabatan isospins. nukleon mengikut peraturan yang sama seperti putaran biasa. Pemuliharaan nilai ini dikaitkan dengan invarian isotop kuasa nuklear, kelebihannya ialah interaksi nuklear antara dua nukleon dalam ruang yang sama. dan keadaan putaran tidak bergantung pada jenis nukleon, iaitu, ia adalah sama dalam pasangan pp, pp dan pp. isotop putaran (isospin) boleh mengambil nilai T>=(N-Z)/ 2, integer untuk inti genap dan separuh integer untuk yang ganjil. Seperti putaran biasa, ia juga mempunyai unjuran tetap pada salah satu paksi isospin formal. angkasa lepas T Z = (A - 2Z)/2. Ia berkaitan dengan caj nukleus dan oleh itu merupakan kuantiti yang dipelihara dengan ketat di semua keadaan nuklear. Sebaliknya, isospin T ialah nombor kuantum anggaran. Pelanggaran isospin (iaitu pencampuran komponen dengan nilai yang berbeza T dalam fungsi gelombang keadaan nuklear) adalah disebabkan oleh perbezaan jisim proton dan neutron, serta interaksi Coulomb antara proton. Dalam nukleus ringan dengan Z<=20 эти эффекты малы и изоспин T ialah nombor kuantum yang agak tepat. Akibatnya, keadaan nuklear boleh dicirikan oleh nombor kuantum T Dan TZ,a negeri dengan nilai yang sama saya p, T dalam nukleus isobar bersebelahan, bergabung menjadi mul tiplet isotop. Oleh kerana unjuran isoepin mengambil nilai T Z =T, T-1, ...., - T, kemudian dalam isotop multi-pleth termasuk 2 T+ 1 peringkat.
Telah terbukti secara eksperimen bahawa semakin tinggi isospin, semakin tinggi tenaga pengujaan keadaan nuklear. Oleh itu, pada asasnya keadaan kernel T= TZ dan untuk nukleus genap dengan Z=N T= 0. Teras dengan T= 1/2 dan T Z = b 1/2 bentuk isodoublet (contohnya, 3 H - 3 He). Contoh isotriplet adalah asas. nyatakan 0 + ( T=1, T Z = 1) nukleus 6 He, keadaan teruja 0 + ( T= 1, T Z = 0
)6 Li nukleus
(tenaga pengujaan 3.56 MeV) dan asas. keadaan nukleus 6 Be ( T= 1, T Z =-1)
. Dalam fizik nuklear adalah kebiasaan untuk menetapkan isospin kepada nukleon T= 1/2 dan nilai T Z = 1/2 neutron, T Z =- 1/2 kepada proton, berbeza dengan fizik zarah, di mana tanda-tanda bertentangan unjuran isospin nukleon digunakan. Ini dilakukan atas sebab kemudahan supaya nilai T Z adalah positif untuk nukleus stabil, di mana N>Z.
Keadaan nukleus yang membentuk satu isotop. berganda, dipanggil keadaan analog. Disebabkan invarian isotop bagi daya nuklear, struktur (nuklear tulen) bagi keadaan ini adalah sama, dan semua perbezaan dalam sifatnya adalah disebabkan oleh el-magn. interaksi. Sebagai contoh, tenaga pengikat keadaan analog adalah sama sehingga perbezaan tenaga Coulomb dalam nukleus gandaan tertentu. Apabila Z meningkat, peranan interaksi Coulomb meningkat. Oleh itu, dalam nukleus berat, ketepatan isoepine sebagai nombor kuantum berkurangan. Walau bagaimanapun, kesan simetri isospin ditunjukkan dalam fakta bahawa dalam decomp. Dalam tindak balas nuklear, keadaan yang ditemui pada tahun 1961 diperhatikan yang tidak stabil berkenaan dengan pelepasan nukleon, yang merupakan analog dari tanah atau keadaan teruja stabil yang lebih rendah daripada nukleus jiran dengan Z yang lebih rendah (resonans analog s). Contohnya, apabila proton bertaburan pada nukleus yang stabil A dengan bilangan neutron dan proton N Dan Z(T 0 = T Z = (N-Z)/ 2
)resonans diperhatikan sepadan dengan pembentukan nukleus sebatian A+ 1 (Z+l, N)dalam keadaan teruja dengan nombor kuantum T=T 0 +
1 / 2 , T Z =T 0 - 1/2, termasuk dalam isotop yang sama. berganda sebagai yang utama. keadaan teras jiran A+ 1(N+ 1, Z), T=T Z =T 0 +
12 . Walau bagaimanapun, eksperimen telah menunjukkan bahawa resonans analog mempunyai struktur yang halus, menunjukkan bahawa pencampuran keadaan analog yang dicirikan oleh isospin berlaku. T 0 + 1/2 dengan keadaan teruja lain nukleus sebatian yang sepadan dengan isospin T=T 0
- 1 / 2 .
Momen elektrik dan magnet nukleus. Dalam setiap keadaan Ya a. mempunyai tertentu nilai magnet momen dipol dan momen elektrik quadrupole (lihat. Momen quadrupole nukleus). Statik mag. momen boleh berbeza daripada 0 hanya dalam kes apabila putaran keadaan nuklear saya 0, dan statik. Momen empat kali ganda boleh mempunyai nilai bukan sifar hanya apabila saya> 1/2. Keadaan nuklear dengan definisi. pariti tidak boleh mempunyai elektrik bukan sifar. momen dipol ( E 1)
, serta elektrik lain detik-detik E l berbilang kutub ganjil l dan statik. mag. detik-detik M l berbilang kutub l. Kewujudan elektrik bukan sifar momen dipol E 1 juga dilarang oleh invarian di bawah pembalikan masa ( T-invarian). Sejak kesan ketakpemuliharaan pariti dan pelanggaran T-invarians sangat kecil, kemudian elektrik dipol. momen nukleus sama ada sama dengan 0 atau sangat kecil dan belum tersedia untuk pengukuran.
Magn. momen nuklear ( M 1) mempunyai susunan magnitud nuklear magneton.Elektrik. momen empat kali ganda eQ berbeza daripada e 10 -27 cm 2 dalam beberapa nukleus ringan sehingga e 10 -24 cm 2 dalam nukleus cacat berat. Maklumat sistematik tentang magnet. dan momen quadrupole hanya tersedia untuk yang utama. keadaan nukleus. Mereka boleh diukur dengan ukuran spektroskopi radio. kaedah (lihat Resonans magnetik nuklear).Pakar. Kaedah (kaedah korelasi sudut herot) juga boleh mengukur statik. mag. dan momen quadrupole keadaan teruja nukleus. Data magnetik dan momen quadrupole nukleus mengandungi maklumat penting tentang struktur dan bentuk nukleus dan digunakan untuk membina dan menguji model nuklear. Terdapat beberapa data tentang momen berbilang kutub yang lebih tinggi bagi nukleus (contohnya, kutub heksadek - E 4)
.
Struktur dan model nukleus
Ya. adalah sistem kuantum banyak. badan yang berinteraksi kuat antara satu sama lain. Teori menerangkan sifat-sifat sistem sedemikian (spektrum tahap tenaga, pereputan, tindak balas nuklear dan peralihan kuantum) adalah tugas yang sukar. Bilangan nukleon A dalam teras tidak begitu besar sehingga mungkin untuk menggunakan kaedah statistik tanpa tempahan. mekanik (lihat Pengedaran Gibbs), berjaya digunakan dalam fizik pemeluwap. media (cecair, pepejal). Pada masa yang sama, penyelesaian yang tepat dalam mekanik kuantum mungkin hanya untuk masalah dua badan ( deuteron).Kemajuan yang dicapai dalam menyelesaikan masalah 3-4 badan ch. arr. menggunakan persamaan Faddeev dan Faddeev-Yakubovsky, mereka membenarkan seseorang mendapatkan kuantiti yang ketat. keputusan hanya untuk nukleus paling ringan 3 H, 3 He, 4 He. Keadaan ini rumit oleh ketidakpastian pengetahuan kita tentang kuasa nuklear. Akhirnya, penubuhan sifat komposit nukleon mengubah sistem A nukleon setiap sistem, sekurang-kurangnya 3 A quark, yang merumitkan lagi tugas untuk menerangkan struktur dan sifat nukleus. Penyelesaian yang konsisten untuk masalah ini hanya boleh dicapai dalam rangka kerja (tidak mengganggu) kromodinamik kuantum, tetapi ia masih jauh untuk diselesaikan.
Memahami struktur kernel adalah berdasarkan penggunaan pelbagai. model nuklear, setiap satunya bertujuan untuk menerangkan definisi. set sifat dan ciri nuklear. Sesetengah model, pada pandangan pertama, adalah saling eksklusif. Oleh itu, yang mikroskopik adalah penting. pendekatan dalam teori nuklear yang memungkinkan untuk mewujudkan had kebolehgunaan dec. model, tahap keserasian mereka antara satu sama lain, serta menilai atau mengira, berdasarkan prinsip pertama, nilai parameter, yang digunakan dalam model sebagai fenomenologi dan diekstrak daripada data eksperimen.
Model cangkerang kernel mengandaikan bahawa sebagai hasil daripada interaksi nukleon antara satu sama lain dalam nukleus, medan purata biasa (konsisten diri) terbentuk, diterangkan oleh potensi cangkang. V o6 ( r), di mana nukleon bergerak sebagai zarah bebas (untuk anggaran pertama). Setiap nukleon mengisi salah satu orbit, dicirikan oleh momentum orbit l(dalam kes medan purata simetri sfera), sudut penuh. seketika j=l+
1/2 dan pariti p = (- 1) l. Tenaga nukleon dalam orbit lj bebas daripada unjuran T jumlah momentum sudut nukleon j(-j<=m<=j)
. Oleh itu, selaras dengan prinsip Pauli, pada setiap peringkat dengan tenaga( nlj)boleh jadi 2 j+1 nukleon daripada jenis yang sama, membentuk subkulit proton (atau neutron) ( nlj), Di mana n= 1, 2,... - Bab. nombor kuantum (jejari).
beberapa subkulit tenaga yang serupa dikelompokkan ke dalam cengkerang yang dipisahkan antara satu sama lain dengan nilai tenaga yang besar. pada selang waktu. Detik penuh saya
Untuk k nukleon dalam cangkerang diperoleh dengan menambah momen j
jabatan nukleon. Dalam cangkang yang terisi, momen semua nukleon membatalkan satu sama lain dan hanya satu nilai daripada jumlah momen dibenarkan saya= 0. Seperti atom gas mulia dengan petala elektron terisi, nukleus yang terdiri daripada petala nukleon terisi juga dicirikan oleh kestabilan khas (tenaga pengikat spesifik tinggi). Di dalam tanah dan keadaan rendah nukleus teruja, orbit zarah tunggal yang paling rendah diisi dan membentuk teras "lengai" nukleus, di samping itu terdapat sejumlah nukleon dalam cangkerang tidak terisi terdekat. Sama seperti elektron valens menentukan kimia sifat atom, spektrum aras yang lebih rendah dan sifatnya dalam kebanyakan nukleus ditentukan oleh nukleon "valensi" daripada cengkerang yang tidak terisi.
Versi paling mudah bagi model cangkerang (model zarah tunggal) mewakili nukleus ganjil sebagai gabungan teras genap dalam keadaan 0 + dan nukleon ganjil dalam orbit nlj. Kemudian putaran nukleus ganjil adalah asas. negeri adalah sama j, dan pariti p = (- 1) l. Sistematik putaran dan pariti nukleus ganjil memungkinkan untuk menentukan urutan pengisian orbit dalam nukleus, serta tenaga orbit ini. Ini memungkinkan untuk menubuhkan asas ciri dan bentuk potensi cangkerang V o6 ( r). Khususnya, M. Goeppert-Mayer (AS) dan J. H. Jensen (Jerman) pada 1949-50 mewujudkan keperluan untuk memasukkan interaksi spin-orbit dalam potensi cangkang. V bersama ( r) (ls). Hanya dengan mengambil kira pemisahan putaran-orbit yang kuat bagi keadaan zarah tunggal adalah mungkin untuk menerangkan sistematik putaran nuklear dan urutan pengisian orbit, serta keajaiban. bilangan proton atau neutron yang sepadan dengan cangkerang terisi (lihat. Teras ajaib).Sihir nombor (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126) sepadan dengan urutan. mengisi cangkerang dengan nukleon jenis yang sama:
Set keadaan zarah tunggal yang hampir dalam tenaga dan membentuk satu cengkerang ditunjukkan dalam kurungan. Cengkerang dipisahkan antara satu sama lain dengan bertenaga. jurang yang jauh melebihi jarak antara aras dalam satu cengkerang (Rajah 1).
Pusat. sebahagian daripada potensi cangkerang adalah potensi. lubang kedalaman terhingga, bentuk potongan mengulangi pengagihan ketumpatan nuklear. Selalunya, potensi shell yang dipanggil digunakan. Potensi Saxon-Woods:
Dengan V 0 50 MeV. Apabila menerangkan keadaan terikat nukleon, ia boleh digantikan dengan potensi harmonik. pengayun atau segi empat tepat dengan baik dan gunakan fungsi gelombang nukleon untuk potensi cengkerang mudah ini apabila menerangkan sifat keadaan nuklear.
nasi. 1. Skim mengisi petala nuklear dengan proton (kiri) dan neutron (kanan). Di sebelah kanan aras adalah jumlah momenta sudut nukleus; di sebelah kiri - simbol spektroskopi: huruf itu sepadan dengan makna tertentu l [l=0 (s), 1(p), 2(d),
3(f), 4(g), 5(h), 6(i)]; digit ialah nombor kuantum utama. Garis putus-putus menandakan nombor ajaib untuk mengisi cangkerang.
Model cangkerang menggambarkan medan magnet dengan memuaskan. momen nukleus ganjil, yang, menurut data eksperimen, terletak di antara yang dipanggil. garisan Schmidt. Garis Schmidt dipanggil. kebergantungan magnetik momen dipol nukleon M dari sudut seketika j diberi l=jb 1/2 (Gamb. 2). Yang elektrik digambarkan agak lebih teruk. momen quadrupole negara nuklear. Yang terakhir adalah disebabkan oleh fakta bahawa potensi V o6 ( r) pada asalnya diandaikan sebagai simetri sfera.
nasi. 2. Garis Schmidt untuk nukleus dengan nombor ganjil proton Z.
Ketidaksferaan nukleus. Model berputar. Momen quadrupole sangat besar Q teras dengan saya> 1/2 dalam bidang nadir bumi (150<A<190)
и актинидов (A> 200
). Mereka melebihi nilai yang diramalkan oleh model shell sfera. potensi V kira-kira 10-100 kali. Tenaga tahap bawah nukleus ini memenuhi "hukum putaran":
yang menerangkan spektrum putaran. aras atas simetri tegar dengan momen inersia J(cm. Pergerakan putaran teras).Keadaan gasing sedemikian dengan sudut. detik-detik I=K, K+ 1, K+ 2, ... membentuk berputar band yang dicirikan oleh yang tertentu nilai unjuran sudut momen pada paksi simetri bahagian atas saya 3
= KEPADA. Pengecualian adalah jalur dengan K= 0, yang mana hanya nilai sudut genap atau ganjil sahaja dibenarkan. seketika saya. Khususnya, atas dasar keadaan nukleus genap adalah berdasarkan putaran. belang dengan K= 0 dan nilai saya p = 0 + , 2 + , 4 + , ... Putar antara aras bersebelahan. jalur terdapat arus elektrik yang kuat. empat tiang ( E 2
)g-peralihan.
Fakta ini menjadi asas untuk pembinaan model kolektif nukleus, yang dicadangkan pada tahun 50-an. J. Air Hujan, A. Bohr, B. R. Mottelson. Menurut model ini, nukleus di kawasan di atas mempunyai bentuk ellipsoid revolusi dengan separa paksi
di mana parameter ubah bentuk P mencirikan tahap bukan sfera nukleus. Ia menentukan nilai momen kuadrupole statik nukleus, kebarangkalian el-magn. E 2 peralihan antara putaran. tahap dan nilai momen inersia teras (lihat. kernel cacat). Menurut data eksperimen, nilai b bagi kebanyakan nukleus yang cacat adalah dalam julat 0.1-0.3 (ubah bentuk normal). Pemutar yang teruja ditemui menggunakan tindak balas nuklear dengan ion berat. keadaan nukleus tertentu (152 Dy) dengan sudut yang besar. detik-detik saya~40-60 (keadaan nukleus putaran tinggi), yang dicirikan oleh ubah bentuk yang sangat besar apabila nisbah separuh paksi teras A 1 : A 2 = 2:1 atau 3:2 (jalur dunia herotan super). Ada yang cacat nukleus (Os, isotop Pt) tidak mempunyai simetri paksi. Tahap bawah mereka mewakili putaran. keadaan bahagian atas tidak simetri (model pemutar Davydov-Filippov bukan paksi). Skala diputarkan. tenaga (2 /
2J~= 100 keV) dalam ubah bentuk berat. nukleus adalah sedemikian rupa sehingga momen inersia nukleus dalam keadaan dengan ubah bentuk normal J~10 -27 g cm 2. Ia adalah 2-3 kali kurang daripada momen inersia ellipsoid pepejal bentuk yang sepadan. Ini bermakna tidak semua jisim nukleus terlibat dalam putaran. pergerakan. Dalam super cacat. Dalam jalur, momen inersia adalah hampir dengan jasad pepejal.
Int. struktur cacat teras diterangkan oleh model cengkerang dengan boleh ubah bentuk potensi V tentang ( r)(model Nilsson). Kajian tentang pergantungan tenaga orbit nukleon zarah tunggal pada ubah bentuk dalam model ini menunjukkan bahawa di kawasan tertentu ia adalah berkala. sistem unsur, ia adalah lebih baik secara bertenaga untuk nukleus menjadi cacat dan bukannya sfera. Magnitud ubah bentuk yang diramalkan oleh teori secara amnya konsisten dengan eksperimen. Atas dasar pengujaan berayun, ubah bentuk. biji (lihat Pengujaan getaran nukleus) putaran baru timbul. band (b-band dengan K= 0 dan g-band dengan K= 2)
. Penyusunan semula pengisian orbit zarah tunggal kepada yang cacat. potensi menjana putaran teruja. belang. Akibatnya, dalam spektrum beberapa nukleus adalah mungkin untuk membezakan nombor putaran jalur (sehingga 9 dalam teras 235 U). Jabatan jalur dikesan kepada nilai sudut yang sangat tinggi. seketika saya~ 25-30. Bermakna. ubah bentuk, serta putaran. spektrum mempunyai nukleus tertentu yang agak ringan (contohnya, 20 Ne, 4 Mg). Apabila parameter ubah bentuk teras b berubah, struktur cengkerang berubah. Untuk b besar ( a 1 :a 2
=
2:1
) orbit zarah tunggal dikumpulkan ke dalam cengkerang secara berbeza daripada semasa ubah bentuk biasa, zarah ajaib baharu muncul. nombor. Nukleus yang hampir dengan sihir (contohnya, 152 Dy) dengan ubah bentuk sedemikian agak stabil dan boleh menghasilkan putaran. belang. Mereka ditemui secara eksperimen dalam bentuk superdeforms. belang
Struktur diputar. spektrum nukleus sebenar menyimpang daripada putaran ideal. undang-undang (
5
)disebabkan oleh kesan sentrifugal (meningkatkan momen inersia teras dengan peningkatan tork), serta disebabkan oleh Pasukan Coriolis dan lain-lain nonadiabatik. pindaan dep komunikasi pergerakan nukleon dengan putaran nukleus secara keseluruhan mempengaruhi struktur putaran. keadaan nukleus ganjil sudah pada nilai kecil b dan KEPADA, yang membawa kepada fakta bahawa tenaga mereka, bukannya (5), digambarkan oleh f-loy
Di sini d K,1/2 =0 pada KEPADA 1/2 dan d KEPADA, 1/2 =1 pada K= 1/2, malar A-parameter penyahgandingan yang dipilih secara empirik yang mencirikan sudut sambungan. momen nukleon dan berputar. momen inti.
Model teras superfluid. Korelasi pasangan jenis superkonduktor timbul dalam nukleus disebabkan oleh apa yang dipanggil. Interaksi sisa antara nukleon, bahagian interaksi nukleon-nukleon sebenar, tidak termasuk dalam potensi konsisten diri rujuk. padang V tentang ( r). Dikatakan secara empirik bertenaga. manfaat kepada dua nukleon di orbit nlj membentuk pasangan dengan tuan kompens. belakang, i.e. dengan tork penuh saya= 0. Pasangan sedemikian adalah serupa dengan pasangan elektron Cooper dengan momen masuk bertentangan superkonduktor. Daya tarikan antara nukleon dalam keadaan yang ditunjukkan berhampiran permukaan Fermi menentukan superfluidity nukleus atom.
Model superfluid terperinci nukleus telah dibangunkan secara bebas oleh S. T. Belyaev dan V. G. Solovyov menggunakan kaedah yang serupa dengan teori superkonduktiviti. Salah satu manifestasi superfluiditi bahan nuklear boleh menjadi kehadiran tenaga. jurang D antara keadaan cecair super dan normal bahan nuklear. Ia ditentukan oleh tenaga pemusnahan pasangan Cooper dan ~ 1 MeV dalam nukleus berat. Kelebihan bahan nuklear juga dikaitkan dengan perbezaan antara momen inersia nukleus dan nilai keadaan pepejal. Model superfluid nukleus dengan memuaskan menerangkan momen inersia nukleus dan perubahan dalam parameter ubah bentuk nuklear b apabila cangkang valens diisi dengan nukleon. Superbendalir bahan nuklear, yang membawa kepada kekaburan permukaan Fermi, memberi kesan ketara kepada magnet elektron. peralihan, kebarangkalian satu-nukleon (pecah, pengambilan) dan tindak balas pemindahan dua-nukleon (lihat. Tindak balas nuklear langsung).
Model superfluid meramalkan kemusnahan korelasi pasangan dalam nukleus pada putaran yang cukup besar ( saya>>1). Fenomena ini serupa dengan pemusnahan superkonduktiviti oleh medan magnet yang kuat. medan, menunjukkan dirinya dalam peningkatan mendadak dalam momen inersia J dalam putaran ini. band pada satu titik kritikal. nilai putaran saya cr ~60. Ini masih belum ditemui dengan jelas, walau bagaimanapun, apabila mengkaji keadaan nukleus putaran tinggi ( saya<=20-30),
возбуждаемых в реакциях с тяжёлыми ионами, наблюдалось немонотонное изменение
J dengan peningkatan saya(terbalikkan z ag dan b). Dalam kawasan nilai putaran saya B (~12-16) peningkatan sudut. seketika saya tidak membawa kepada peningkatan sudut. kelajuan putaran w, tetapi penurunannya disebabkan oleh fakta bahawa momen inersia teras meningkat secara mendadak J. Perubahan ini adalah disebabkan oleh fakta bahawa dekat titik saya B terdapat persilangan putaran utama. jalur teras ( K= 0 +
) dengan jalur teruja dibina di bahagian dalam. keadaan nukleus, di mana salah satu pasangan Cooper dalam orbit neutron h 11/2 musnah dan putaran kedua-dua nukleon ini tidak lagi mengimbangi satu sama lain, tetapi kedua-duanya berbaris selari dan berputar. seketika. Dalam kes ini, ubah bentuk teras berubah, momen inersia meningkat, dan medan magnet berubah. ciri teras.
Kemusnahan sepasang disebabkan oleh daya Coriolis, yang kesannya adalah maksimum untuk nukleon dalam cangkang dengan momen nukleon yang besar j. Penjajaran proton dalam orbit ditemui h 11/2 dan neutron dalam orbit i 13/2. Penjajaran dua pasang nukleon membawa kepada lenturan terbalik kedua, dsb. Persoalan sifat bendalir lampau bahan nuklear kepada perubahan bentuk lampau. negeri sedang disiasat.
Model kernel lain. Bersama-sama dengan yang utama Model kernel menggunakan model yang lebih khusus. model. Model kluster mentafsirkan struktur nukleus tertentu sebagai sejenis molekul yang terdiri daripada zarah-a, deuteron (d), baru(t) dsb. Contohnya, l2 C = 3a, 16 O = 4a, 6 Li = a+d, 7 Li = a + t, dsb. (cm. Model persatuan nukleon). Model statistik kernel menerangkan sifat dan ciri keadaan sangat teruja nukleus, seperti ketumpatan aras, suhu, dsb.
Dalam model interaksi antara boson, diandaikan bahawa dalam keadaan terendah nukleus genap, nukleon bergabung menjadi S- Dan D-pasangan (dengan momen 0 dan 2), yang boleh ditafsirkan sebagai ideal s- Dan d-boson. Bilangan boson ini adalah sama dengan separuh bilangan nukleon valens. Dalam model ini, spektrum keadaan kolektif terendah nukleus terbentuk hasil daripada interaksi antara boson. Versi yang lebih halus model ini termasuk s-, d-, g-,... boson, dan juga bandingkan boson yang berbeza dengan pasangan proton dan neutron. Model boson yang berinteraksi membolehkan kita menerangkan, bersama dengan putaran. dan ayunan Spektrum juga termasuk spektrum struktur yang lebih kompleks, ciri nukleus yang beralih daripada nukleus sfera kepada nukleus cacat. Justifikasi model nuklear dan pengiraan lebih terperinci tentang sifat nukleus dijalankan menggunakan apa yang dipanggil. mikroskopik kaedah (Kaedah Hartri-Foka, kaedah fasa rawak, teori sistem Fermi terhingga, dsb.).
Lit.: Davydov A.S., Teori nukleus atom, M., 1958; Mukhin K.N., Fizik nuklear eksperimen, ed. ke-5, buku. 1-2, M., 1993; Migdal A. B., Teori sistem Fermi terhingga dan sifat nukleus atom, ed. ke-2, M., 1983; Bohr O., Mottelson B., Struktur nukleus atom, trans. daripada bahasa Inggeris, jld 1-2, M., 1971-77; Sitenko A. G., Tartakovsky V. K., Kuliah mengenai teori nuklear, M., 1972; Shirokov Yu., Yudin N. P., Fizik Nuklear, ed. ke-2, M., 1980; Eisenberg I., Greiner V., Model nukleus, fenomena kolektif dan zarah tunggal, trans. daripada English, M., 1975; mereka, teori mikroskopik nukleus, trans. daripada English, M., 1976; Rhinewater J., Bagaimana model nukleus sferoid timbul, trans. daripada bahasa Inggeris, "UFN", 1976, jld 120, v. 4, hlm. 529; Bohr O., Gerakan putaran dalam nukleus, trans. daripada bahasa Inggeris, di tempat yang sama, hlm. 543; Mottelson B., Jenis pengujaan asas dalam nukleus, trans. daripada bahasa Inggeris, di tempat yang sama, hlm. 563; Soloviev V.G., Teori nukleus atom. Model Nuklear, M., 1981; Mikhailov V.M., Kraft O.E., Fizik Nuklear, Leningrad, 1988; Nemets O.F. et al., Persatuan nukleon dalam nukleus atom dan tindak balas nuklear pemindahan multinukleon, K., 1988.
Yu. F. Smirnov.
