Planéty a dokonca aj samotné Slnko sú malé v porovnaní s veľkosťou slnečnej sústavy. Napríklad vzdialenosť od Zeme k Slnku je približne 100-krát väčšia ako priemer Slnka a vzdialenosť od Slnka k najvzdialenejšej planéte Pluto je 4000-krát väčšia ako priemer Slnka. Objem Slnka je len
■ iwuoiuojoJ - Objem gule s polomerom rovným vzdialenosti od Slnka po Pluto. Rovnaká situácia prebieha aj v atóme, napriek tomu, že takmer všetka váha atómu je sústredená v jeho jadre, 10 rozmery jadra sú v porovnaní s rozmermi atómu veľmi malé.
Priemery jadier atómov rôznych prvkov sa od seba trochu líšia, ale vo všeobecnosti je priemer jadra približne 100 000-krát menší ako priemer atómu. Takže
Jadro teda zaberá v atóme iba "T" oooooo ooo ooo ooo "
Časť jeho objemu (pripomeňme, že objem je úmerný
Vyplnené kockou o priemere). Jadro v atóme zaberá 2000-krát menej miesta ako slnko v slnečnej sústave.
Ak by sa jadro zväčšilo na veľkosť špendlíkovej hlavičky, potom by sa atóm len ťažko zmestil do obrovskej stometrovej haly. Ak by sme jadro zväčšili na veľkosť skrutky vreckových hodiniek, potom by bol atóm väčší ako obrovský oceánsky parník (obr. 3).
Predpokladajme teraz, že by bolo možné látku stlačiť do takej miery, že by sa jadrá atómov navzájom dotýkali. Potom by sa do špendlíkovej hlavičky zmestila obrovská bojová loď s výtlakom 45 000 ton!
Našou úlohou je povedať o atómovom jadre a jeho energii. Nebudeme tu podrobne hovoriť o atóme a jeho štruktúre, a ak vyššie, mali by sme sa krátko zastaviť pri tejto
Otázkou je, že je to len preto, že jadro je súčasťou atómu. Bez znalosti štruktúry atómu nie je možné študovať vlastnosti jadra. Preto sa fyzici najskôr energicky zaoberali atómom. Štúdium jadra sa stalo stredobodom pozornosti len pred 15 rokmi, keď sa štruktúra atómu stala všeobecne známou. V súčasnosti je štúdium vlastností a štruktúry atómového jadra práve tou hlavnou témou, ktorej sa mnohí fyzici venujú. .
Vieme, že jadro je stredom atómu, už poznáme jeho náboj, hmotnosť a rozmery.
Ale ako funguje jadro? Pozostáva jadro z iných jednoduchších častíc alebo je samo o sebe najjednoduchšou časticou? Je možné zničiť jadro a ako to urobiť? Všetky tieto otázky sa teraz vynárajú pred nami a je potrebné na ne odpovedať.
Aplikácia jadrová energia je úplne nová oblasť vedy a techniky. Preto je tu stále veľa neznámeho. Na túto tému nebudeme fantazírovať. Využitie jadrovej energie, o ktorom sme hovorili...
Neutróny rozdeľujú okrem uránu aj jadrá prvkov protaktínium (náboj 91) a tórium (náboj 90). Použitie protaktínia nemá absolútne žiadny význam, pretože tento prvok je veľmi zriedkavý: v ...
235 Štiepenie jadier uránu 92 v prírodnom uráne zmiešanom s grafitom vedie, ako je zrejmé z vyššie uvedeného, k vzniku plutónia. Je pozoruhodné, že plutónium má rovnaké vlastnosti ako ...
Otázky "Z čoho pozostáva hmota?", "Aká je povaha hmoty?" vždy zamestnávali ľudstvo. Od staroveku hľadali filozofi a vedci odpovede na tieto otázky a vytvárali tak realistické, ako aj úplne úžasné a fantastické teórie a hypotézy. Avšak doslova pred storočím sa ľudstvo priblížilo k vyriešeniu tejto záhady čo najbližšie, keď objavilo atómovú štruktúru hmoty. Aké je však zloženie jadra atómu? Z čoho to všetko pozostáva?
Začiatkom dvadsiateho storočia už atómová štruktúra nebola len hypotézou, ale stala sa absolútnou skutočnosťou. Ukázalo sa, že zloženie jadra atómu je veľmi zložitý pojem. To zahŕňa Ale vyvstala otázka: zloženie atómu a zahŕňajú iný počet týchto poplatkov, alebo nie?
Pôvodne sa predpokladalo, že atóm je postavený veľmi podobne ako náš Slnečná sústava... Rýchlo sa však ukázalo, že táto myšlienka nebola celkom správna. Problém čisto mechanického prenosu astronomickej mierky obrazu na plochu, ktorá zaberá milióntiny milimetra, znamenal výraznú a dramatickú zmenu vlastností a kvalít javov. Hlavný rozdiel bol v oveľa prísnejších zákonoch a pravidlách, podľa ktorých bol atóm zostrojený.
Po prvé, keďže atómy rovnakého druhu a prvku by mali byť presne rovnaké v parametroch a vlastnostiach, potom by mali byť rovnaké aj dráhy elektrónov týchto atómov. Pohybové zákony astronomických telies však na tieto otázky odpovedať nedokázali. Druhým rozporom je, že pohyb elektrónu po jeho dráhe, ak naň aplikujeme dobre naštudované fyzikálne zákony, musí nutne sprevádzať trvalé uvoľnenie energie. V dôsledku toho by tento proces viedol k vyčerpaniu elektrónu, ktorý v na koniec by vybledla a dokonca by klesla na jadro.
V roku 1924 mladý aristokrat Louis de Broglie predložil myšlienku, ktorá obrátila vedeckú komunitu na také otázky, ako je zloženie atómových jadier. Myšlienka bola, že elektrón nie je len pohybujúca sa guľa, ktorá obieha okolo jadra. Je to fuzzy látka, ktorá sa pohybuje podľa zákonov, ktoré pripomínajú šírenie vĺn v priestore. Pomerne rýchlo sa táto myšlienka rozšírila na pohyb akéhokoľvek tela ako celku, čo vysvetľuje, že si všimneme iba jednu stranu tohto pohybu, ale druhá sa v skutočnosti neobjaví. Môžeme vidieť šírenie vĺn a nevšimnúť si pohyb častice, alebo naopak. V skutočnosti vždy existujú obe tieto strany pohybu a rotácia elektrónu na jeho dráhe nie je len pohybom samotného náboja, ale aj šírením vĺn. Tento prístup sa zásadne líši od predtým akceptovaného planetárneho modelu.
Jadrom atómu je stred. Okolo nej sa točia elektróny. Všetko ostatné je určené vlastnosťami jadra. Je potrebné hovoriť o takom koncepte, ako je zloženie atómového jadra od najdôležitejšieho momentu - od náboja. V zložení atómu sú určité, ktoré nesú záporný náboj. Samotné jadro má kladný náboj. Z toho možno vyvodiť určité závery:
Meď, sklo, železo, drevo majú rovnaké elektróny. Atóm môže stratiť pár elektrónov alebo dokonca všetko. Ak jadro zostane kladne nabité, potom je schopné pritiahnuť potrebné množstvo záporne nabitých častíc z iných telies, čo mu umožní zostať. Ak atóm stratí určitý počet elektrónov, potom kladný náboj jadro bude mať viac ako zvyšok záporných nábojov. V tomto prípade celý atóm získa nadmerný náboj a možno ho nazvať kladným iónom. V niektorých prípadoch môže atóm pritiahnuť viac elektrónov a potom sa nabije negatívne. Preto ho možno nazvať záporným iónom.
Hmotnosť atómu je určená hlavne jadrom. Elektróny, ktoré tvoria atóm a atómové jadro, vážia menej ako jednu tisícinu celkovej hmotnosti. Keďže hmotnosť sa považuje za mieru množstva energie, ktorú látka má, táto skutočnosť sa považuje za neuveriteľne dôležitú pri štúdiu takej otázky, ako je zloženie atómového jadra.
Najťažšie otázky vyvstali po objave Rádioaktívne prvky vyžarujú alfa, beta a gama vlny. Ale takéto žiarenie musí mať zdroj. Rutherford v roku 1902 ukázal, že takýmto zdrojom je samotný atóm, alebo skôr jadro. Na druhej strane rádioaktivita nie je len vyžarovanie lúčov, ale aj prenos jedného prvku na druhý, s úplne novými chemickými a fyzikálne vlastnosti... To znamená, že rádioaktivita je zmena v jadre.
Takmer pred sto rokmi predložil fyzik Proth myšlienku, že prvky v periodickej tabuľke nie sú nekoherentné formy, ale sú to kombinácie. Preto by sa dalo očakávať, že náboje aj hmotnosti jadier budú vyjadrené v celočíselné a viacnásobné náboje samotného vodíka. Nie je to však celkom pravda. Fyzik Aston študoval vlastnosti atómových jadier pomocou elektromagnetických polí a zistil, že prvky, ktorých atómové hmotnosti neboli celé a viacnásobné, sú v skutočnosti kombináciou rôznych atómov a nie jednej látky. Vo všetkých prípadoch, keď atómová hmotnosť nie je celé číslo, pozorujeme zmes rôznych izotopov. Čo to je? Ak hovoríme o zložení jadra atómu, izotopy sú atómy s rovnakým nábojom, ale s rôznymi hmotnosťami.
Teória relativity hovorí, že hmotnosť nie je mierou, ktorou sa určuje množstvo hmoty, ale mierou energie, ktorú hmota vlastní. V súlade s tým môže byť hmota meraná nie hmotnosťou, ale nábojom, ktorý tvorí túto hmotu, a energiou náboja. Keď sa rovnaký náboj priblíži k druhému, rovnaká energia sa zvýši, inak sa zníži. To určite neznamená zmenu hmoty. Z tejto pozície teda atómové jadro nie je zdrojom energie, ale skôr zvyškom po jej uvoľnení. To znamená, že existuje určitý druh rozporu.
Curieovci, keď boli bombardovaní alfa časticami berýlia, objavili nejaké nepochopiteľné lúče, ktoré sa zrazili s jadrom atómu a odpudzovali ho veľkou silou. Sú však schopné prejsť veľkou hrúbkou hmoty. Tento rozpor bol vyriešený skutočnosťou, že sa zistilo, že táto častica má neutrálny elektrický náboj. Podľa toho sa nazýval neutrón. Vďaka ďalšiemu výskumu sa ukázalo, že je takmer rovnaký ako protón. Vo všeobecnosti sú neutrón a protón neuveriteľne podobné. S prihliadnutím na tento objav bolo definitívne možné zistiť, že zloženie atómového jadra zahŕňa protóny aj neutróny a to v rovnakých množstvách. Všetko do seba postupne zapadalo. Počet protónov je atómové číslo. Atómová hmotnosť je súčet hmotností neutrónov a protónov. Izotop možno nazvať aj prvkom, v ktorom sa počet neutrónov a protónov nebude rovnať. Ako bolo uvedené vyššie, v tomto prípade, hoci prvok v skutočnosti zostáva rovnaký, jeho vlastnosti sa môžu výrazne zmeniť.
DEFINÍCIA
Atóm pozostáva z kladne nabitého jadra, vo vnútri ktorého sú protóny a neutróny a elektróny sa pohybujú po dráhach okolo neho. Atómové jadro nachádza sa v centre a je v ňom sústredená takmer celá jeho hmota.
Veľkosť náboja jadra atómu určuje chemický prvok, ktorému tento atóm patrí.
Existenciu atómového jadra dokázal v roku 1911 E. Rutherford a opísal ju v práci s názvom „Rozptyl α a β-lúčov a štruktúra atómu“. Potom rôzni vedci predložili množstvo teórií o štruktúre atómového jadra (kvapka (N. Bohr), škrupina, zhluk, optické atď.).
Podľa moderné nápady atómové jadro sa skladá z kladne nabitých protónov a neutrálnych neutrónov, ktoré sa súhrnne nazývajú nukleóny. Sú držané v jadre silnou interakciou.
Počet protónov v jadre sa nazýva nábojové číslo (Z). Dá sa určiť pomocou periodickej tabuľky D.I.Mendelejeva - rovná sa poradovému číslu chemický prvok ktorému atóm patrí.
Počet neutrónov v jadre sa nazýva izotopové číslo (N). Celkový počet nukleónov v jadre sa nazýva hmotnostné číslo (M) a rovná sa relatívnej atómovej hmotnosti atómu chemického prvku uvedenej v periodickej tabuľke D. I. Mendelejeva.
Jadrá s rovnakým počtom neutrónov, ale rôznym počtom protónov sa nazývajú izotóny. Ak má jadro rovnaký počet protónov, ale rôzne neutróny – izotopy. V prípade, keď sú hmotnostné čísla rovnaké, ale odlišné zloženie nukleónov - izobary.
Atómové jadro môže byť v stabilnom (základnom) stave a v excitovanom stave.
Uvažujme o štruktúre atómového jadra na príklade chemického prvku kyslík. Kyslík má poradové číslo 8 v periodickej tabuľke D.I.Mendelejeva a príbuzného atómová hmotnosť 16:00 hod To znamená, že jadro atómu kyslíka má náboj rovný (+8). Jadro obsahuje 8 protónov a 8 neutrónov (Z = 8, N = 8, M = 16) a 8 elektrónov sa pohybuje po 2 dráhach okolo jadra (obr. 1).
Ryža. 1. Schematické znázornenie štruktúry atómu kyslíka.
PRÍKLAD 1
PRÍKLAD 2
| Cvičenie | Opíšte pomocou kvantových čísel všetky elektróny, ktoré sú na podúrovni 3p. |
| Riešenie | P-podúroveň 3. úrovne obsahuje šesť elektrónov: |
Atómové jadro
- centrálna a veľmi kompaktná časť atómu, v ktorej je takmer všetka jeho hmota a všetko kladné nabíjačka... Jadro, ktoré drží elektróny blízko seba pomocou Coulombových síl v množstve, ktoré kompenzuje jeho kladný náboj, tvorí neutrálny atóm. Väčšina jadier má tvar blízky gule a priemer ≈ 10 -12 cm, čo je o štyri rády menej ako priemer atómu (10 -8 cm). Hustota hmoty v jadre je asi 230 miliónov ton/cm3.
Atómové jadro bolo objavené v roku 1911 ako výsledok série pokusov o rozptyle častíc alfa tenkými zlatými a platinovými fóliami, ktoré sa uskutočnili v Cambridge (Anglicko) pod vedením E. Rutherforda. V roku 1932, po objavení tamojšieho neutrónu J. Chadwickom, sa ukázalo, že jadro pozostáva z protónov a neutrónov.
(V. Heisenberg, D. D. Ivanenko, E. Majorana).
Na označenie atómového jadra sa používa symbol chemického prvku atómu, ktorý zahŕňa jadro, pričom ľavý horný index tohto symbolu ukazuje počet nukleónov (hmotnostné číslo) v tomto jadre a ľavý dolný index - počet protónov v ňom. Označuje sa napríklad jadro niklu obsahujúce 58 nukleónov, z ktorých je 28 protónov. Rovnaké jadro môže byť tiež označené ako 58 Ni alebo nikel-58.
Jadro je systém husto zbalených protónov a neutrónov pohybujúcich sa rýchlosťou 10 9 - 10 10 cm/s a držaných silnými a jadrovými silami krátkeho dosahu vzájomnej príťažlivosti (ich oblasť pôsobenia je obmedzená vzdialenosťami ≈ 10-13 cm). Protóny a neutróny sú veľké asi 10 -13 cm a považujú sa za dva rôznych štátov jedna častica nazývaná nukleón. Polomer jadra možno približne odhadnúť podľa vzorca R ≈ (1,0-1,1) · 10 -13 A 1/3 cm, kde A je počet nukleónov (celkový počet protónov a neutrónov) v jadre. Na obr. 1 ukazuje, ako sa mení hustota hmoty (v jednotkách 10 14 g / cm 3) vo vnútri jadra niklu, pozostávajúceho z 28 protónov a 30 neutrónov, v závislosti od vzdialenosti r (v jednotkách 10 -13 cm) od stredu jadro.
Jadrová interakcia (interakcia medzi nukleónmi v jadre) nastáva v dôsledku skutočnosti, že nukleóny si vymieňajú mezóny. Táto interakcia je prejavom zásadnejšej silnej interakcie medzi kvarkami, ktoré tvoria nukleóny a mezóny (podobne sú chemické väzbové sily v molekulách prejavom zásadnejších elektromagnetických síl).
Svet jadier je veľmi rôznorodý. Je známych asi 3000 jadier, ktoré sa navzájom líšia počtom protónov, počtom neutrónov alebo oboma. Väčšina z nich sa získava umelými prostriedkami.
Stabilných je len 264 jadier, t.j. nezažívajú v priebehu času žiadne spontánne premeny nazývané rozpady. Zvyšok podlieha rôznym formám rozpadu - alfa rozpadu (emisia alfa častice, t.j. jadra atómu hélia); beta rozpad (súčasná emisia elektrónu a antineutrína alebo pozitrónu a neutrína, ako aj absorpcia atómového elektrónu s emisiou neutrína); gama rozpad (emisia fotónu) a iné.
Rôzne typy jadier sa často označujú ako nuklidy. Nuklidy s rovnakým počtom protónov a rôznym počtom neutrónov sa nazývajú izotopy. Nuklidy s rovnakým počtom nukleónov, ale rozdielnym pomerom protónov a neutrónov sa nazývajú izobary. Ľahké jadrá obsahujú približne rovnaké množstvo protónov a neutrónov. V ťažkých jadrách je počet neutrónov približne 1,5-krát väčší ako počet protónov. Najľahším jadrom je jadro atómu vodíka, ktoré pozostáva z jedného protónu. V najťažších známych jadrách (sú získané umelo) je počet nukleónov ≈290. Z nich je 116-118 protónov.
Rôzne kombinácie počtu protónov Z a neutrónov zodpovedajú rôznym atómovým jadrám. Atómové jadrá existujú (t.j. ich životnosť t> 10 -23 s) v pomerne úzkom rozsahu zmien v číslach Z a N. V tomto prípade sú všetky atómové jadrá rozdelené na dve veľké skupiny- stabilný a rádioaktívny (nestabilný). Stabilné jadrá sú zoskupené v blízkosti čiary stability, ktorá je určená rovnicou
|
Ryža. 2. NZ-diagram atómových jadier. |
Na obr. 2 je znázornený NZ diagram atómových jadier. Stabilné jadrá sú znázornené čiernymi bodkami. Oblasť, kde sa nachádzajú stabilné jadrá, sa zvyčajne nazýva údolie stability. Na ľavej strane stabilných jadier sú jadrá preťažené protónmi (jadrá bohaté na protóny), na pravej strane sú jadrá preťažené neutrónmi (jadrá bohaté na neutróny). Atómové jadrá nachádzajúce sa v súčasnosti sú farebne zvýraznené. Je ich okolo 3,5 tisíc. Predpokladá sa, že celkovo by ich malo byť 7 - 7,5 tisíc. Jadrá bohaté na protón (karmínová farba) sú rádioaktívne a stabilné sa stávajú najmä v dôsledku β + -rozpadu, protón, ktorý je súčasťou jadra, sa mení na neutrón. Jadrá bohaté na neutróny (modré) sú tiež rádioaktívne a stávajú sa stabilnými v dôsledku β-rozpadov s premenou neutrónu jadra na protón.
Najťažšie stabilné izotopy sú izotopy olova (Z = 82) a bizmutu (Z = 83). Ťažké jadrá spolu s procesmi rozpadu β + a β - tiež podliehajú α-rozpadu (žltá farba) a spontánnemu štiepeniu, ktoré sa stávajú ich hlavnými rozpadovými kanálmi. Bodkovaná čiara na obr. 2 načrtáva oblasť možnej existencie atómových jadier. Čiara Bp = 0 (Bp je energia separácie protónov) obmedzuje oblasť existencie atómových jadier vľavo (čiara odkvapkávania protónov). Čiara B n = 0 (B n je energia separácie neutrónov) - vpravo (odkvapkávacia čiara neutrónov). Mimo týchto hraníc atómové jadrá nemôžu existovať, pretože sa rozpadajú v charakteristickom jadrovom čase (~ 10 -23 - 10 -22 s) s emisiou nukleónov.
Keď sa spoja dve ľahké jadrá (fúzia) a ťažké jadro sa štiepi na dva ľahšie fragmenty, uvoľní sa veľa energie. Tieto dva spôsoby výroby energie sú najúčinnejšie zo všetkých známych. Takže 1 gram jadrového paliva zodpovedá 10 tonám chemické palivo... Jadrová fúzia (termonukleárne reakcie) je zdrojom energie pre hviezdy. Nekontrolovaná (výbušná) fúzia nastáva, keď je odpálená termonukleárna (alebo takzvaná „vodíková“) bomba. Riadená (pomalá) fúzia je jadrom sľubného zdroja energie vo vývoji – termonukleárneho reaktora.
Nekontrolované (výbušné) štiepenie nastáva pri výbuchu atómovej bomby. Riadené delenie sa vykonáva v jadrové reaktory, čo sú zdroje energie v jadrových elektrárňach.
Na teoretický popis atómových jadier sa využíva kvantová mechanika a rôzne modely.
Jadro sa môže správať ako plyn (kvantový plyn), tak aj ako kvapalina (kvantová kvapalina). Studená jadrová kvapalina má supratekuté vlastnosti. V silne zahriatom jadre sa nukleóny rozpadajú na ich základné kvarky. Tieto kvarky interagujú výmenou gluónov. V dôsledku tohto rozpadu sa súbor nukleónov vo vnútri jadra mení na nový stav hmoty - kvark-gluónovú plazmu
ATÓMOVÉ JADRA- centrálna masívna časť atómu, pozostávajúca z protónov a neutrónov (nukleónov). V Ya. A. takmer celá hmotnosť atómu je koncentrovaná (viac ako 99,95 %). Veľkosti jadier sú rádovo 10 -13 -10 -12 cm Jadrá majú pozit. elektrický , násobok abs. veľkosť elektrónového náboja e: Q = Ze... Celé číslo Z je rovnaké ako sériové číslo prvok v periodická tabuľka prvkov... Áno, A. objavil E. Rutherford v roku 1911 pri pokusoch o rozptyle a-častíc pri prechode látkou.
Zloženie jadra. Čoskoro po objavení neutrónu J. Chadwickom (1932), D. D. Ivanenko a W. Heisenberg nezávisle vyjadrili základ. predpoklad, že Ya.a. pozostáva z protónov (p) a neutrónov (n). Celkový počet nukleóny v Ya. volal m a ss o v y m h i s l o m A, počet protónov v jadre sa rovná jadrovému náboju Z, počtu neutrónov N = A - Z... Nazývajú sa jadrá s rovnakým nábojom Z a rôznym počtom neutrónov. a zotopam i, jadrá s rôznym Z a to isté N-i z o t o n a m, jadrá s tým istým A a rôzne Z a N-a z o b a r a m i. Podľa moderných reprezentácií, z ktorých pozostáva protón a neutrón kvarky a gluóny a Ya.A. je komplexný systém veľkého počtu gluónových a mezónových polí, ktoré navzájom interagujú. Dôsledný popis Ya.A. musí byť dosiahnuté v rámci kvantová chromodynamika... Tento problém však pre svoju zložitosť ešte nie je vyriešený.
Kompozitný charakter nukleónov sa prejavuje len pri zrážkach s vysokou hybnosťou a prenosom energie. Pri nízkych excitačných energiách sú takéto zrážky v jadre zriedkavé. Preto pri opise Ya. A. a jadrové reakcie vyskytujúce sa pri nie príliš vysokých energiách (<= 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). Každý kvark je „uzamknutý“ vo svojom vlastnom nukleóne. Nukleóny nestrácajú svoju individualitu a majú približne rovnaké vlastnosti ako vo voľnom stave (až na výnimky, pozri nižšie). Protónovo-neutrónový obrázok štruktúry Ya. A. je približná a porušuje sa pri vysokých excitačných energiách a pri procesoch s veľkým prenosom hybnosti a energie.
Za normálnych podmienok sú odchýlky od protón-neutrónového modelu spojené so zloženou povahou nukleónov a kvark-gluónovou štruktúrou Ya.A. malé a sú nasledovné. 1) V dôsledku interakcie medzi nukleónmi môžu nukleóny existovať v Ya. A. nielen v hlavných, ale aj v excitovaných stavoch, tzv. n u kl o n m a zo b a r a m a. Najnižšia z nich z hľadiska energie je tzv. D-izobara (pozri. Rezonancie Zlomok času (~ 1 %) môžu byť nukleóny v jadre vo forme nukleónových izobár. 2) Uzamknutie kvarkov v nukleónoch nie je absolútne, v jadre sa môžu na krátky čas vytvoriť zhluky kvark-gluónovej hmoty ( fluktóny), pozostávajúce zo 6, 9 atď. kvarkov (pozri. Kvarkovo-gluónová plazma) .3) Vlastnosti nukleónov viazaných v jadre sa môžu líšiť od vlastností voľných nukleónov. Experimenty na hlbokom nepružnom rozptyle ukazujú (pozri Ref. Hlboko nepružné procesy) leptóny na jadrách sa štrukturálne funkcie nukleónov v jadre, ktoré charakterizujú distribúciu kvarkov v momentoch v nukleóne, líšia od štrukturálnych funkcií voľných nukleónov (efekt EMC - European Muon Collaboration, CERN, 1982). Jedno z možných vysvetlení EMC efektu je založené na hypotéze zväčšenia polomeru nukleónu v jadre v porovnaní s voľným nukleónom. 4) V jadrách sa periodicky objavujú po dobu 10 -23 -10 -24 s (virtuálne) mezóny, vrát. pí mezóny Skúmanie neodchýlených stupňov voľnosti jadra - zákl. predmet moderny výskum v relativistická jadrová fyzika.
Jadrové sily... Nukleóny sú hadróny, t.j. patria k počtu prežívajúcich častíc silná interakcia... Interakcia medzi nukleónmi, ich udržiavanie v jadre, t.j. jadrové sily, vzniká ako výsledok interakcie medzi jednotlivými časťami (kvarky, glu-óny), ktoré tvoria nukleóny. Teória jadrových síl založená na kvarkových konceptoch je v plienkach a ešte nie je dokončená.
Tradičná mezónová teória jadrových síl je založená na myšlienke, ktorú v roku 1935 navrhol H. Yukawa. Podľa mezónovej teórie sa interakcia medzi nukleónmi uskutočňuje prostredníctvom výmeny mezónov. charakterizovaný akčným polomerom; je to určené Comptonova vlnová dĺžka mezóny, ktoré si vymieňajú nukleóny, kde m je hmotnosť mezónu. Naíb. akčný polomer majú príťažlivé sily v dôsledku výmeny p-mezónov. Pre nich l c = 1,41 fm (1 fm = 10 -13 cm). To zodpovedá vzdialenosti medzi nukleónmi v jadrách. Výmena ťažších mezónov (r, w atď.) ovplyvňuje interakciu medzi nukleónmi na menšie vzdialenosti, čo spôsobuje najmä odpudzovanie medzi nimi na vzdialenosti<=0,4 Фм.
Veľkosti jadra závisí od počtu nukleónov v jadre a pohybuje sa od 10 -13 do 10 -12 cm Experiment. údaje ukazujú, že porov. nukleónov (počet nukleónov na jednotku objemu) je takmer rovnaký vo všetkých jadrách s A> = 20. To znamená, že objem jadra je úmerný A a jej polomer R proporcionálne A 1/3 :
kde je konštanta a v blízkosti akčného polomeru jadrových síl. Rozlišujte polomer náboja jadra, t.j. porov. polomer distribúcie protónov v jadre a polomer distribúcie jadrovej hmoty (polomer distribúcie nukleónov bez ohľadu na ich typ). Prvý sa meria v experimentoch s elektromagnetická interakcia(rozptyl vysokoenergetických elektrónov jadrami, štúdium hladín miónové atómy)čo dáva zmysel a= 1,12 fm; druhá - v jadrových reakciách s účasťou (rozptyl nukleónov, a-častíc, interakcia p- a K-mezónov s jadrami atď.). V tomto prípade sa získa o niečo vyššia hodnota. a = 1,2-1,4 fm. St hustota jadrovej hmoty je veľmi vysoká a dosahuje ~ 10 14 g / cm 3.
Experimenty s rozptylom rýchlych elektrónov jadrami umožnili nielen určiť priemer. veľkosť jadra, ale aj detailné štúdium rozloženia náboja r ( r) v jadre. Poďme experimentovať. výsledky sú v lepšej zhode nie s rovnomerným rozložením náboja v jadre, ale s tzv. Fermiho rozdelenie:
kde R 0
= 1,1 A 1/3 fm. Toto rozloženie ukazuje, že hustota náboja je vo vnútri takmer konštantná. oblasť ( r
Väzbová energia a jadrová hmota... Väzbová energia jadra je tzv. energie, ktorá sa musí vynaložiť na rozdelenie jadra na samostatné. nukleóny. Rovná sa vynásobeniu S 2 rozdiel medzi celkovou hmotnosťou všetkých nukleónov, ktoré tvoria jadro, a hmotnosťou M samotné jadro:
Tu T R, T n - hmotnosti protónu a neutrónu. Väzbová energia jadra je približne úmerná. počet nukleónov v jadre a úderov. väzbovú energiu /A takmer konštantný (pre väčšinu jadier / A ~ 6-8 MeV). Táto vlastnosť, nazývaná saturácia jadrových síl, znamená, že nukleón v jadre účinne neinteraguje so všetkými nukleónmi jadra, ale len s určitým obmedzeným počtom z nich (inak v prípade úderov by bola väzbová energia úmerná. A).
Konzistencia hustoty a úderov. väzbová energia jadra približuje vlastnosti jadra k vlastnostiam kvapaliny. Táto podobnosť vytvorila základ pre model jadra ako kvapky kvapaliny ( model drop core), vychádzajúc z rezu K. F. von Weizsacker (S. F. von Weizsacker) v roku 1935 navrhol poloempirický. chrípka ( Weizsackerov vzorec) pre väzbovú energiu jadra:
Tu prvý termín popisuje objemovú energiu „kvapky“, druhý charakterizuje oslabenie väzby pre nukleóny umiestnené na povrchu jadra, tretí termín popisuje príspevok Coulombovej energie kvapky s polomerom R ~ A 1/3 a s nábojom Z... Štvrtý termín (tzv. energia a ja simetri a) nemá klasiku. analóg a odráža skutočnosť, že príťažlivosť medzi nukleónmi rôznych druhov v porov. silnejšie ako pri rovnakých nukleónoch. Toto spolu s Pauliho princíp robí energeticky nevýhodné prostriedky. odchýlka N od Z... Piaty termín je tzv. ENERGETIKA EY S P a r a v a I:
Reprodukuje experimentálny fakt, že párne-párne jadrá ( Z a N párne) sú spojené silnejšie ako susedné párne-nepárne jadrá a tie druhé sú zase stabilnejšie ako nepárne-nepárne jadrá.
Moderné hodnoty parametrov Weizsacker f-ly: b 1 =
15,75 MeV, b 2 = 17,8 MeV, b 3 = 0,71 MeV, b 4 = 23,7 MeV. F-la (4) v st. dobre popisuje väzbové energie jadier, limituje hodnotu Z 2 / A ~ 46 oblasť existencie jadier odolných voči štiepeniu. Neberie však do úvahy jednotlivé znaky štruktúry obalu jadra. Tieto vplyvy je možné vziať do úvahy metódou korekcie Strutinského škrupiny, ktorá predpovedá možnosť existencie tzv. Izolácia superťažkých jadier at Z~ 114 (pozri. Transuránové prvky).
Kvantové charakteristiky jadrových úrovní... Áno, A. pri energiách pod prahom rozpadu (s emisiou nukleónu, a-častice a pod.) môže byť len v diskrétnych stavoch s istotou. energie, charakterizovaná súborom kvantových čísel, ktoré špecifikujú hodnoty konzervovaných veličín (integrálov pohybu) v týchto stavoch. Nad prahom jadrového rozpadu sa diskrétne stavy stávajú nestacionárnymi a objavujú sa v jadrových reakciách ako rezonancie konečnej šírky.
Naíb. dôležitými charakteristikami jadrových stavov sú rotácia jadra (alebo moment počtu pohybov, nazývaný aj moment hybnosti jadra) ja a parita p = +
1. Spin / sa meria v jednotkách a má polovičné celočíselné hodnoty ( ja= 1/2, 3/2, ...) Nepárne jadrá majú tiež celočíselné hodnoty ( ja= 0, 1, 2, ....) pre párne jadrá. Parita p označuje symetriu vlnovej funkcie y jadrového stavu vzhľadom na zrkadlový odraz priestoru R(cm. Priestorová inverzia): P y = py. V tomto ohľade je pre jadrové štáty uvedená kombinovaná charakteristika ja p. Empiricky sa zistilo, že DOS. stavy párno-párnych jadier majú charakteristiku 0 +. Spiny a parity nepárnych jadier sú zvyčajne vysvetlené modelom obalu (pozri nižšie). Presne povedané, parita nie je presné kvantové číslo, pretože nie je zachovaná slabá interakcia... Na úkor síl elektroslabá interakcia medzi nukleónmi dochádza k miešaniu stavov s rovnakým spinom ja a opačné parity. Avšak v dôsledku malých síl narušujúcich paritu je toto miešanie malé a možno ho zanedbať pri zvažovaní spektier jadrových úrovní rôznych jadrové reakcie a prechody, s výnimkou procesov zameraných špecificky na štúdium daného javu nezachovanie parity v jadrách.
Ďalšou dôležitou, aj keď približnou, jadrovou charakteristikou je izotopový spin(alebo izobarická rotácia) T, to-ry sa skladá z izospinov odd. nukleónov podľa rovnakých pravidiel ako pri bežnom spine. Zachovanie tejto hodnoty je spojené s izotopová invariantnosť jadrové sily, okraj je, že jadrové interakcie medzi dvoma nukleónmi v rovnakých priestoroch. a spinové stavy nezávisia od typu nukleónov, to znamená, že sú rovnaké v pároch pp, pn a nn. Izotopový spin (izospin) môže nadobudnúť hodnoty T> = (N-Z) / 2, celé čísla pre párne jadrá a polovičné celé číslo pre nepárne jadrá. Rovnako ako obyčajná rotácia má tiež pevnú projekciu na jednu z formálnych osí izospinu. priestor Tz = (A - 2Z) / 2. Súvisí s jadrovou náložou, a preto je prísne konzervovaným množstvom vo všetkých jadrových štátoch. Naproti tomu izospin T je približné kvantové číslo. Porucha izospinu (t. j. miešanie komponentov s rôznymi hodnotami T vo vlnovej funkcii jadrového stavu) je spôsobený rozdielom v hmotnosti protónu a neutrónu, ako aj Coulombovou interakciou medzi protónmi. V ľahkých jadrách so Z<=20 эти эффекты малы и изоспин T je primerane presné kvantové číslo. Výsledkom je, že jadrové stavy možno charakterizovať kvantovými číslami T a Spoločnosť T Z, a stavy s rovnakými hodnotami ja p, T v susedných jadrách-izobarách sa spoja v izotop a h.mulet. Keďže izoepínová projekcia nadobúda hodnoty Tz = T, T-1, ...., - T, potom v izotopoch. multi-lash zahrnuté 2 T + 1 úroveň.
Experimentálne sa zistilo, že čím vyšší je izospin, tým vyššia je excitačná energia jadrového stavu. Preto v hlavnom. stav jadra T = T Z a párne-párne jadrá s Z = NT = 0. Jadrá s T = 1/2 a Tz = b 1/2 tvaru izodub-rokov (napr. 3 H - 3 He). Príkladom izotripletu je DOS. stav 0 + ( T=1, Tz = 1) 6 jadier He, excitovaný stav 0 + ( T = 1, Tz = 0
) 6 Li
(budiaca energia 3,56 MeV) a zákl. stav 6 Be ( T = 1, Tz =-1)
... V jadrovej fyzike je zvykom pripisovať nukleónu izospin T = 1/2 a hodnoty Tz = 1/2 neutrónu, Tz =- 1/2 k protónu, na rozdiel od fyziky elementárnych častíc, kde sa používajú opačné znaky projekcie nukleónu izospinu. Je to z dôvodu pohodlia, aby sa hodnoty T Z boli pozitívne na stabilné jadrá, v ktorých N> Z.
Stavy jadier, ktoré tvoria jeden izotop. multiplet, tzv. analógové stavy... Vzhľadom na izotop, nemennosť jadrových síl, štruktúra (čisto jadrová) týchto stavov je rovnaká a všetky rozdiely v ich vlastnostiach sú spôsobené elektromagnetom. interakcia. Napríklad väzbové energie analógových stavov sú rovnaké až do rozdielu v Coulombových energiách v jadrách daného multipletu. S rastúcim Z sa zvyšuje úloha Coulombovej interakcie. Preto v ťažkých jadrách presnosť izoepínu ako kvantového čísla klesá. Napriek tomu sa stopy izospinovej symetrie objavujú v tom, že pri dekomp. Pri jadrových reakciách sa pozorujú stavy objavené v roku 1961, ktoré sú nestabilné vzhľadom na emisiu nukleónu, ktoré sú analógmi základných alebo najnižších stabilných excitovaných stavov susedného jadra s nižším Z (a analogickou rezonanciou s). Napríklad pri rozptyle protónov na stabilnom jadre A s počtom neutrónov a protónov N a Z (T 0 = T Z = (N-Z) / 2
), sú pozorované rezonancie zodpovedajúce formácii zložené jadro A + 1 (Z + l, N) v excitovanom stave s kvantovými číslami T = T 0 +
1 / 2 , Tz = T 0 - 1/2, zahrnuté v rovnakom izotope. multiplet ako DOS. susedný jadrový štát A + 1(N+ 1, Z), T = T Z = T 0 +
12. Experimenty však ukázali, že analógové rezonancie majú jemnú štruktúru, čo naznačuje, že dochádza k miešaniu analógového stavu charakterizovaného izospinom. T 0 + 1/2 s inými excitovanými stavmi zloženého jadra zodpovedajúcimi izospinu T = T 0
- 1 / 2 .
Elektrické a magnetické momenty jadier... V každom z možných stavov I. a. má definíciu. hodnoty magn. dipólový moment a štvorpólový elektrický moment (pozri. Štvorpólový moment jadra)... Statické. magn. moment sa môže líšiť od 0 iba vtedy, ak sa točí jadrové stavy ja 0 a statické. štvorpólový moment môže mať nenulovú hodnotu iba pri ja> 1/2. Jadrový stav s defin. parita nemôže mať nenulovú elektrickú hodnotu. dipólového momentu ( E 1)
, ako aj iné elektrické. momenty E l nepárna multitypalita l a statická. magn. momenty M l párnej mnohotvárnosti l. Existencia nenulovej elektriny. dipólového momentu E 1 je tiež zakázaná invariantnosťou vzhľadom na prevrátenie času ( T-invariantnosť). Vzhľadom k tomu, účinky neparity a porušenie T-invariancia je veľmi malá, potom je dipól el. momenty jadier sú buď rovné 0, alebo sú veľmi malé a ešte nie sú dostupné na meranie.
Magn. momenty jadier ( M 1) sú rádovo jadrové magnetón.Elektrický štvorpólové momenty ekv líšiť sa od e 10 -27 cm 2 v niektorých ľahkých jadrách až e 10 -24 cm 2 v ťažkých deformovaných jadrách. Systematické informácie o magn. a štvorpólové momenty je k dispozícii len pre zákl. stavy jadier. Môžu byť merané rádiovou spektroskopiou. metódy (pozri. Nukleárna magnetická rezonancia).Špecialista. metódami (metóda preplácania rohov rohov) možno merať aj statické. magn. a kvadrupólové momenty excitovaných stavov jadier. Magnetické údaje a kvadrupólové momenty jadier obsahujú dôležité informácie o štruktúre a tvare jadier a používajú sa na konštrukciu a testovanie jadrových modelov. Existujú údaje o vyšších multipólových momentoch jadier (napríklad hexadeka-pól - E 4)
.
Štruktúra jadra a modely
Áno, A. je kvantový systém pl. telesá, ktoré spolu silne interagujú. Teoretické popis vlastností takéhoto systému (spektrá energetických hladín, rozpadov, jadrových reakcií a kvantových prechodov) je náročná úloha. Počet nukleónov A v jadre nie je taký veľký, aby bolo možné bez výhrad použiť štatistické metódy. mechanika (viď. Gibbsova distribúcia), úspešne používaný vo fyzike kondenzátorov. prostredia (kvapaliny, pevné telesá). Zároveň presné riešenie v kvantová mechanika je možné len pri probléme dvoch telies ( deuterón Dosiahnuté úspechy pri riešení problému 3-4 telesá Ch. arr. s pomocou ur-nyho Faddeeva a Faddeeva-Yakubovského vám umožňujú získať prísne množstvá. výsledky len pre najľahšie jadrá 3 H, 3 He, 4 He. Situáciu komplikuje nedostatok istoty našich vedomostí o jadrové sily... Nakoniec vytvorenie zloženej povahy nukleónov transformuje systém A nukleóny v systéme, aspoň 3 A kvarkov, čo ešte viac komplikuje úlohu popísať štruktúru a vlastnosti jadier. Dôsledné riešenie tohto problému je možné dosiahnuť len v rámci (neporuchového) kvantová chromodynamika, no do vyriešenia to má ešte ďaleko.
Pochopenie štruktúry jadra je založené na použití decomp. jadrové modely, z ktorých každý má za cieľ opísať definíciu. súbor jadrových vlastností a charakteristík. Niektoré modely sa na prvý pohľad navzájom vylučujú. Preto sú dôležité mikroskopy. prístupy v teórii jadra, umožňujúce stanoviť hranice použiteľnosti dekomp. modely, stupeň ich vzájomnej kompatibility, ako aj vyhodnotiť alebo vypočítať na základe prvých princípov hodnoty parametrov, ktoré sa v modeloch používajú ako fenomenologické a sú extrahované z experimentálnych údajov.
Model jadra shell predpokladá, že v dôsledku vzájomného pôsobenia nukleónov v jadre vzniká spoločné priemerné (samokonzistentné) pole, opísané obalovým potenciálom V o6 ( r), v ktorých sa nukleóny pohybujú ako nezávislé (v prvej aproximácii) častice. Každý z nukleónov vypĺňa jednu z dráh charakterizovaných orbitálnym momentom hybnosti l(v prípade sféricky symetrického stredného poľa), celkový ang. moment j=l+
1/2 a parita p = (- 1) l... Nukleónová energia na obežnej dráhe lj nezávislý od projekcie T celkový nukleónový moment J J<=m<=j)
... Preto v súlade s Pauliho princípom na každej úrovni s energiou ( nlj) môže byť 2 j+1 nukleón rovnakého druhu tvoriaci protónový (alebo neutrónový) podplášť ( nlj), kde n = 1, 2, ...- kap. kvantové číslo (radiálne).
Niekoľko podškrupiny energeticky blízke sú zoskupené do obalov oddelených od seba veľkými energiami. intervaloch. Plná chvíľa ja
pre k nukleónov v obale sa získa sčítaním momentov j
zast. nukleóny. V naplnenom obale sa momenty všetkých nukleónov navzájom rušia a je povolená len jedna hodnota celkového momentu ja= 0. Podobne ako atómy vzácnych plynov s naplnenými elektrónovými obalmi, aj jadrá pozostávajúce z naplnených nukleónových obalov sa vyznačujú špeciálnou stabilitou (vysoká špecifická väzbová energia). V prízemných a nízko položených excitovaných stavoch jadier sú najnižšie jednočasticové dráhy vyplnené a tvoria „inertné“ jadro jadra, okrem toho je v najbližšom nevyplnenom obale určitý počet nukleónov. Tak ako valenčné elektróny definujú chem. vlastnosti atómov, spektrá nižších hladín a ich vlastnosti vo väčšine jadier určujú „valenčné“ nukleóny z nevyplnených obalov.
Najjednoduchšia verzia modelu obalu (jednočasticový model) predstavuje nepárne jadro ako kombináciu párneho-párneho jadra v stave 0+ a nepárneho nukleónu na jeho obežnej dráhe. nlj... Potom rotácia nepárneho jadra v hlavnom. podmienkou je j a parita p = (- 1) l... Systematika spinov a parít nepárnych jadier umožňuje určiť postupnosť vypĺňania dráh v jadrách, ako aj energie týchto dráh. To umožnilo nainštalovať hlavné. vlastnosti a tvar obkladového potenciálu V o6 ( r). Najmä M. Goeppert-Mayer (USA) a J. H. Jensen (Nemecko) v rokoch 1949-50 stanovili potrebu zahrnúť interakciu spin-orbita do potenciálu plášťa V co ( r) (ls)... Až keď sa vezme do úvahy silné spin-orbitové štiepenie jednočasticových stavov, je možné vysvetliť systematiku jadrových spinov a postupnosť vypĺňania dráh, ako aj mágiu. počet protónov alebo neutrónov zodpovedajúci naplneným obalom (pozri. Magické jadrá) .Mágia. čísla (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126) zodpovedajú nasledujúcim. plnenie nukleónmi jedného druhu škrupín:
V zátvorkách je uvedený súbor jednočasticových stavov blízkej energie, tvoriacich jeden obal. Mušle sú od seba energeticky oddelené. medzera výrazne presahujúca vzdialenosť medzi úrovňami v rámci toho istého plášťa (obr. 1).
centrum. časť potenciálu plášťa je potenciál. jama konečnej hĺbky, tvar rezu opakuje rozdelenie jadrovej hustoty. Najčastejšie ide o tzv Sasko - Woodsov potenciál:
S V 0 50 MeV. Pri popise viazaných stavov nukleónov ju možno približne nahradiť potenciálom harmonickej. oscilátor alebo obdĺžnik. dobre a použiť vlnové funkcie nukleónov pre tieto jednoduché obalové potenciály pri popise vlastností jadrových stavov.
Ryža. 1. Schéma plnenia jadrových obalov protónmi (vľavo) a neutrónmi (vpravo). Napravo od úrovní je celková uhlová hybnosť jadra; vľavo - spektroskopické symboly: písmeno zodpovedá určitej hodnote l [l=0 (s), 1(p), 2(d),
3(f), 4(g), 5(h), 6(i)]; číslica je hlavné kvantové číslo. Prerušovaná čiara označuje magické čísla plnenia škrupín.
Model škrupiny uspokojivo opisuje magn. momenty nepárnych jadier, to-raže, podľa experimentálnych údajov ležia medzi tzv. Schmidtove línie. Schmidtove línie sú tzv. závislosti magn. nukleónové dipólové momenty M z ang. moment j daný l = jb 1/2 (obr. 2). O niečo horšie sa opisuje elektrina. kvadrupólové momenty jadrových štátov. To druhé je spôsobené tým, že potenciál V o6 ( r) sa pôvodne považovalo za sféricky symetrické.
Ryža. 2. Schmidtove čiary pre jadrá s nepárnym číslom protóny Z.
Nesférickosť jadier. Rotačný model... Veľké sú najmä štvorpólové momenty Q jadrá s I> 1/2 vo vzácnych zeminách (150<A<190)
и актинидов (A> 200
). Prekračujú hodnoty predpovedané modelom sférického plášťa. potenciál V asi 10-100 krát. Energie najnižších úrovní týchto jadier spĺňajú "rotačný zákon":
to-ry popisuje rotáciu spektra. úrovne tuhého symetrického vrcholu s momentom zotrvačnosti J(cm. Rotačný pohyb jadra Stavy takéhoto vrcholu s ang. momenty I = K, K+ 1, K + 2, ... otočenie formulára. pásik charakterizovaný defin. hodnota projekcie ang. moment na osi symetrie vrcholu ja 3
= TO... Jedinou výnimkou sú pruhy s K = 0, pre ktoré sú len párne alebo len nepárne hodnoty ang. moment ja... Najmä na základe. stavy párnych-párnych jadier sú založené na rotácii. pruhy s K = 0 a hodnoty ja p = 0 +, 2 +, 4 +, ... Rotácia medzi susednými úrovňami. jazdné pruhy majú silnú elektrickú energiu. štvorpól ( E 2
) g-prechody.
Tieto skutočnosti slúžili ako základ pre vybudovanie kolektívneho modelu jadra, navrhnutého v 50. rokoch. J. Rainwater, A. Bohr, B. R. Mottelson. Podľa tohto modelu majú jadrá vo vyššie uvedených oblastiach tvar rotačného elipsoidu s poloosami
kde parameter deformácie P charakterizuje stupeň nesférickosti jadra. Určuje hodnoty statických kvadrupólových momentov jadier, pravdepodobnosti elektromagnetu. E 2-prechody medzi hnilobou. úrovne a hodnoty momentu zotrvačnosti jadra (pozri. Deformované jadrá)... Podľa experimentálnych údajov je hodnota b pre väčšinu deformovaných jadier v rozsahu 0,1–0,3 (normálna deformácia). Excitované rotácie boli zistené jadrovými reakciami s ťažkými iónmi. stavy v niektorých jadrách (152 Dy) s veľkými uhlami. momenty ja~40-60 (stavy vysokého spinu jadier), to-raže sa vyznačujú extrémne veľkou deformáciou, kedy pomer poloosí jadra a 1 : a 2 = 2: 1 alebo 3: 2 (superdeformované pruhy). Niektoré deformované. jadrá (izotopy Os, Pt) nemajú osovú symetriu. Ich spodné úrovne sú otočené. stavy asymetrického vrcholu (model Davydov-Filippovho neaxiálneho rotátora). Stupnica je otočená. energie (2 /
2J ~ = 100 keV) pri veľkom zaťažení. jadier je taká, že moment zotrvačnosti jadra v stavoch s normálnou deformáciou J~ 10 -27 g. Cm2. Je to 2-3 krát menej ako moment zotrvačnosti pevného elipsoidu zodpovedajúceho tvaru. To znamená, že nie celá hmota jadra sa podieľa na rotácii. pohyb. Do super deformíru. V pásoch je moment zotrvačnosti blízky pevnému.
Int. štruktúra je deformovaná. jadrá popisuje model škrupín s deformáciou. potenciál V o ( r) (Nielsov-sonov model). Štúdium závislosti energie jednočasticových dráh nukleónov na deformácii v tomto modeli ukazuje, že v niektorých oblastiach periodická. sústav prvkov, je energeticky výhodné, aby jadrá neboli sférické, ale deformované. Veľkosť deformácie predpovedaná teóriou je vo všeobecnosti v súlade s experimentom. Na základe vibračných excitácií sa deformuje. jadrá (pozri. Vibračné excitácie jadier) objavia sa nové rotácie. pruhy (prúžok B s K = 0 a g-pásmo s K = 2)
... Rekonštrukcia výplne jednočasticových dráh na deformujúce. potenciál generuje excitovanú rotáciu. pruhy. Výsledkom je, že v spektrách množstva jadier je možné rozlíšiť prostriedky. číslo sa otáča. pásma (až 9 v jadre 235 U). Dlh. pruhy sú vysledované k veľmi vysokým hodnotám ang. moment Ja ~ 25-30. Prostriedky. deformácia, ako aj rotácia. spektrá majú určité relatívne ľahké jadrá (napríklad 20 Ne, 4 Mg). Pri zmene parametra deformácie jadra b sa mení štruktúra schránok. Pre veľké b ( a 1 : a 2
=
2:1
) jednočasticové dráhy sú zoskupené do škrupín inak ako pri bežných deformáciách, vznikajú nové magické. čísla. Jadrá blízke mágii (napríklad 152 Dy) s takouto deformáciou sú relatívne stabilné a môžu generovať rotácie. pruhy. Boli nájdené experimentálne vo forme superdeformátorov. pruhy.
Konštrukcia je otočená. spektrá skutočných jadier sa odchyľujú od ideálnej rotácie. zákon (
5
) v dôsledku odstredivých účinkov (zvýšenie momentu zotrvačnosti jadra so zvýšením rotačného momentu), ako aj v dôsledku Coriolisove sily a iné neadiabatické zmeny a doplnenia. Komunikácia hnutia odd. nukleónov s rotáciou jadra ako celku ovplyvňuje štruktúru rotácie. stavy nepárnych jadier už pri malých hodnotách b a TO, čo vedie k tomu, že ich energie namiesto (5) opisuje f-loy
Tu d K, 1/2 = 0 pre TO 1/2 a d TO, 1/2 = 1 pre K = 1/2, konštantná a- empiricky vybraný "parameter decoupling" charakterizujúci spojenie ang. momentu nukleónu a rotovať. moment jadra.
Model superfluidného jadra... Párové korelácie supravodivého typu vznikajú v jadre v dôsledku tzv. zvyšková interakcia medzi nukleónmi, tá časť skutočnej interakcie nukleón-nukleón, ktorá nie je zahrnutá v samokonzistentnom potenciáli cf. poliach V o ( r). Empiricky známy energetický. ziskovosť dvoch nukleónov na obežnej dráhe nlj spárovať sa s kompenzačným otcom. chrbty, t.j. s plnou chvíľou Ja = 0. Takýto pár je podobný Cooperovmu páru elektrónov s opačnou hybnosťou v supravodič... Príťažlivosť medzi nukleónmi v uvedených stavoch blízko Fermiho povrchu vedie k vzniku supratekutosť atómových jadier.
Podrobný supratekutý model jadra vyvinuli nezávisle S. T. Beljajev a V. G. Solovjov s použitím metód podobných tým z teórie supravodivosti. Jedným z prejavov supratekutosti jadrovej hmoty môže byť prítomnosť energ. medzera D medzi supratekutým a normálnym stavom jadrovej hmoty. Je určená deštrukčnou energiou Cooperovho páru a v ťažkých jadrách dosahuje ~ 1 MeV. So supratekutosťou jadrovej hmoty súvisí aj rozdiel medzi momentmi zotrvačnosti jadier od hodnôt v tuhom stave. Supratekutý model jadra uspokojivo popisuje momenty zotrvačnosti jadier, zmenu parametra deformácie jadra b pri vyplnení valenčnej schránky nukleónmi. Na elektromagnet má výrazný vplyv supratekutosť jadrovej hmoty, ktorá vedie k rozmazaniu Fermiho povrchu. prechody, pravdepodobnosti jednonukleónových reakcií (rozpad, vyzdvihnutie) a dvojnukleónového prenosu (pozri. Priame jadrové reakcie).
Model supratekutiny predpovedá zničenie párových korelácií v jadre pri dostatočne veľkých spinoch ( ja>> 1). Tento jav je analogický s deštrukciou supravodivosti silnými magnetmi. poľa, sa prejavuje prudkým zvýšením momentu zotrvačnosti J v tejto rotácii. pás s určitým kritickým. čo znamená točiť ja kr ~ 60. Toto však ešte nebolo jasne zistené pri štúdiu vysoko spinových stavov jadier ( ja<=20-30),
возбуждаемых в реакциях с тяжёлыми ионами, наблюдалось немонотонное изменение
J s rastúcim ja(inverzné z a dab). V oblasti hodnôt spinu ja B (~ 12-16) zvýšenie ang. moment ja nevedie k zvýšeniu ang. rýchlosť otáčania w a k jej zníženiu v dôsledku skutočnosti, že moment zotrvačnosti jadra sa prudko zvyšuje J... Táto zmena je spôsobená tým, že blízko bodu ja B nastáva priesečník hlavnej rotácie. jadrové pruhy ( K = 0 +
) s excitovaným pásikom postaveným na int. stav jadra, v ktorom sa na neutrónovej dráhe páruje jeden z Cooperových párov h 11/2 sa zrúti a rotácie týchto dvoch nukleónov sa už navzájom nerušia, ale obe sa zoradia paralelne a rotujú. moment. V tomto prípade sa mení deformácia jadra, zvyšuje sa moment zotrvačnosti, mení sa veľkosť. základné charakteristiky.
Deštrukciu páru spôsobujú Coriolisove sily, ktorých účinok je maximálny pre nukleóny v obaloch s veľkými nukleónovými momentmi j... Zarovnanie protónov bolo zistené na obežnej dráhe h 11/2 a neutróny na obežnej dráhe i 13/2. Zoradenie dvoch párov nukleónov vedie k druhému spätnému ohybu atď. Otázka charakteru supratekutosti jadrovej hmoty na superdeformír. štátov je predmetom vyšetrovania.
Ďalšie modely jadra... Spolu s hlavným. modely jadra používajú špecializovanejšie modely. modelov. Klasický model interpretuje štruktúru určitých jadier ako druh molekuly pozostávajúcej z a-častíc, deuterónov (d), mloky(t) atď. Napríklad 12C = 3a,160 = 4a, 6Li = a + d, 7 Li = a + t atď. (cm. Model asociácie nukleónov). Štatistický model jadra opisuje vlastnosti a charakteristiky vysoko excitovaných stavov jadier, ako je hustota hladiny, teplota atď.
V modeli interakcie a fungovania bozónov sa predpokladá, že v najnižších stavoch párneho-párneho jadra sa nukleóny spájajú do S- a D-páry (s momentmi 0 a 2), ktoré možno približne interpretovať ako ideálne s- a d- bozóny. Počet týchto bozónov sa rovná polovici počtu valenčných nukleónov. V tomto modeli sa spektrum najnižších kolektívnych stavov jadra vytvára ako výsledok interakcie medzi bozónmi. Medzi rafinovanejšie verzie tohto modelu patrí s-, d-, g-, ... bozóny a tiež priraďujú rôzne bozóny k protónovým a neutrónovým párom. Model interagujúcich bozónov umožňuje opísať spolu s rotáciou. a hojdať sa. spektrá sú aj spektrá zložitejšej štruktúry, charakteristickej pre jadrá prechádzajúce z guľovitých jadier do jadier deformovaných. Zdôvodnenie jadrových modelov a podrobnejšie výpočty vlastností jadier sa vykonávajú pomocou tzv. mikroskopické metódy (Hartri - Fokametod, metóda náhodnej fázy, teória konečných Fermiho sústav a pod.).
Svieti .: Davydov A.S., Teória atómového jadra, M., 1958; Mu-khin K.N., Experimental Nuclear Physics, 5. vydanie, zv. 1-2, M., 1993; Migdal A.B., Teória konečných Fermiho systémov a vlastností atómových jadier, 2. vydanie, Moskva, 1983; Bohr O., Mottelson B., Štruktúra atómového jadra, trans. z angličtiny, t. 1-2, M., 1971-77; Sitenko A. G., Tartakovsky V. K., Prednášky o teórii jadra, M., 1972; Shirokov Yu.M., Yudin N.P., Nuclear Physics, 2. vydanie, M., 1980; Aisenberg I., Greiner V., Modely jadier, kolektívne a jednočasticové javy, prekl. z angličtiny, M., 1975; nich, Mikroskopická teória jadra, prekl. z angličtiny, M., 1976; Rhine-Water, J., Ako vznikol model sféroidných jadier, prekl. z angličtiny, "UFN", 1976, v. 120, v. 4, str. 529; Bor O., Rotačný pohyb v jadrách, trans. z angličtiny, tamže, s. 543; B. Mottelson, Elementárne typy excitácie v jadrách, trans. z angličtiny, tamže, s. 563; Soloviev V.G., Teória atómového jadra. Jadrové modely, M., 1981; Michajlov V.M., Kraft O.E., Nuclear Physics, L., 1988; Nemets O. F. a kol., Nukleónové asociácie v atómových jadrách a jadrové reakcie multinukleónových transferov, K., 1988.
Yu. F. Smirnov.
