1. Introducere
În prezent, nu există o teorie exactă care să explice toate proprietățile nucleelor atomice. Prin urmare, diferite modele sunt folosite pentru a descrie structura nucleelor atomice, fiecare dintre acestea bazându-se pe diferite fapte experimentale și face posibilă explicarea unora dintre proprietățile distincte ale nucleului. Astfel, modelele nucleare au o gamă limitată de aplicabilitate. Cu toate acestea, ele joacă un rol important în dezvoltarea teoriei nucleului și au fost obținute o serie de rezultate semnificative în cadrul lor.Listați principalele fapte experimentale care au inițiat crearea de modele nucleare:
- Chiar și într-un stadiu incipient de studiere a structurii nucleului, împrăștierea datelor # 945; particulele pe nuclee ușoare au dat motive să presupună că densitatea materiei nucleare este aproximativ constantă. Această presupunere a fost ulterior verificată cu atenție în experimente privind împrăștierea electronilor de mare energie (vezi figura 1.1). Dacă presupunem că nucleul este sferic, atunci rezultă din faptul de mai sus că raza nucleului R ar trebui să crească odată cu creșterea numărului de masă A în conformitate cu legea R = r0 A 1/3. unde valoarea experimentală a constantei
ro 1,2; 10-13 cm = 1,2 Fermi.
Fig. 1.1. Imprastierea electronilor cu o energie de 153 MeV pe nucleele Au. Partea superioară a figurii prezintă două distribuții diferite # 961; (r) din sarcina nucleară: varianta A, care corespunde unei distribuții uniforme a sarcinii în interiorul unei sfere de rază RA. și varianta B care corespunde distribuirii formularului # 961; (r) = # 961; 0B) / a]> -1. care ia în considerare difuzitatea stratului de suprafață al nucleului. Secțiunile transversale teoretice împrăștiate care corespund acestor distribuții sunt prezentate mai jos. Aici este dată secțiunea transversală teoretică pentru o încărcare punct. Datele experimentale sunt afișate prin puncte.
Figura 1.2. Dependența energiei de legare specifică asupra numărului de masă A. Datele experimentale sunt prezentate printr-o linie întreruptă. Curba netedă este rezultatul calculelor folosind formula Weizsacker semi-empirică.
Fig. 1.3. Secțiuni transversale totale pentru împrăștierea neutronilor prin nucleele Cu, Cd și Pb. Experiment - curbe solide. Linia punctată este secțiunea transversală calculată pentru miezul complet opac ("negru").
- Studiile experimentale au relevat o anumită periodicitate în variația caracteristicilor individuale ale stărilor și ale stărilor excitate ale nucleelor (cum ar fi energiile de legare, rotirile, momentele magnetice, paritățile, anumite trăsături # 945; - și # 946; - dezintegrarea, plasarea izomerilor nucleari printre alte nuclee etc.). Sa constatat că periodicitatea menționată este similară cu periodicitatea proprietăților cojilor de electroni ai unui atom și este determinată de numerele magice de nucleoni: 2, 8, 20, 50, 82, 126. Fig. 1.2 se poate observa că nucleele cu un număr magic de neutroni sau protoni au o energie de legare specifică crescută. Două nuclee magice sunt deosebit de stabile ,,,,. Două alte ilustrații ale modificării proprietăților nucleelor în apropierea numerelor magice sunt prezentate în Fig. 1.4 și 1.5. unde sunt reprezentate curba abundenței relative a nucleelor uniforme și date despre energiile emise de nucleele grele ale particulelor.
Fig. 1.4. Prevalența relativă a diferitelor nuclee egale cu A> 50. Unitățile selectate în care prevalența lui Si este 10 6.
Fig. 1.5. energie # 945; particule. Linile conectează datele pentru izotopii aceluiași element. Vârful la N = 128 corespunde celei mai favorabile pentru # 945; - în cazul în care se formează un produs de miez magic puternic conectat (N-2 = 126).
Fig. 1.6. Energia de separare a neutronilor Bn. Liniile conectează datele pentru nuclee cu același exces de neutroni. Salturile ascuțite observate se datorează energiei de cuplare a neutronilor în nucleu.
Proprietățile nucleelor se schimbă semnificativ atunci când numărul de protoni (Z) sau de neutroni (N) care le introduc este schimbat cu unul. Astfel, atunci când schimbarea puterii de paritate componenta nucleon discontinuă schimbare ramură nucleu de neutroni Bn (N, Z) = E legare (N, Z) - Eb (N-1, Z) și Bp proton (N, Z) = Eb (N, Z ) - Esb (N, Z-1), (vezi Figura 1.6). După cum arată experimentul, nucleele plane chiar sunt cele mai puternic conectate; al doilea grup este format din stabilitatea nucleelor chiar-impar și par-impar (nuclee cu nui număr de masă A), și în cele din urmă cel mai slab nucleul impar-impar legat. Toate nucleele plane chiar și în starea solului au zero rotiri. în timp ce pentru nucleele ciudate care formează și un sistem Bose, acest lucru nu este necesar.
Proprietățile 1 și 2 se datorează naturii forțelor nucleare care au o gamă finită de acțiune și determină o atracție reciprocă puternică a nucleonilor localizați una de alta la o distanță de
0.5 Fermi, dar pe măsură ce această distanță scade, ele încep să acționeze ca forțe puternice repulsive, interpretate ca având un nucleu solid în nucleon (vezi Figura 1.7).
Fig. 1.7. Potențialul Yamada-Johnston pentru o componentă simetrică centrală a forțelor nucleon-nucleon care acționează într-o stare spin-triplet cu paritate pozitivă.
În cazul în care numai forța de atracție care acționează între nucleoni, contracția a avut loc la nucleonilor și miezul ar avea o rază de aproximativ egală cu raza forțelor nucleare (indiferent de numărul total de nucleoni); În acest caz, densitatea nucleului ar crește proporțional cu numărul de masă A, iar energia sa de comunicare va crește
A 2 (proporțional cu numărul de legături nucleonice dintr-un astfel de nucleu). În realitate, totuși, "contracția" nucleonilor continuă numai atâta timp cât efectele atracției nu sunt echilibrate de efectele de repulsie (saturația forțelor nucleare). Ca rezultat, o distanță medie (de ordin r0) este stabilită între nucleoni, ceea ce conduce la faptul că fiecare nucleon interacționează numai cu cei mai apropiați vecini. Din aceasta rezultă constanta în experiment a densității materiei nucleare (
0,17 nucleon / Fermi 3 in mijlocul nucleului) și Eb este aproximativ proporțională cu numărul de masă A. Starea în care materialul nuclear este foarte similar cu starea unui lichid sau cristal clasic, care este saturat, dar nu nucleară, și forțe chimice. Acest lucru a dat temeiuri pentru dezvoltarea diferitelor modele nucleare colective, în care sunt luate în considerare numai acele grade sau grade colective de libertate a mișcării sistemului nucleon. Cu alte cuvinte, în aceste modele se presupune că interacțiunea dintre nucleonii vecini este atât de mare încât gradele de libertate ale nucleonilor individuali pot fi ignorate. Primul dintre modelele colective (și, în general, din modelele nucleare) a fost modelul de cădere al nucleului. În el, nucleul este asemănător cu o picătură sferică a unui lichid nuclear încărcat incompresibil.
Proprietatea 3 a contribuit la formarea unui alt pol al modelelor nucleare: crearea de modele de particule independente. In aceste modele, bazate pe mare drumul liber al unui nucleon în nucleu, se presupune că în nucleoni prima aproximare interacțiune conduce la un câmp nuclear secundar, în care particulele se mișcă independent. Cel mai simplu astfel de model este un model Fermi de gaz, care reprezintă dimensiunea finită a nucleului, dar neglijează influența asupra mișcării nucleonilor suprafeței nucleare. În ciuda simplității extreme, acest model se dovedește util în studiul multor proprietăți fundamentale ale nucleului.
Cel mai productiv a fost versiunea modelului de particule independente, în care se ia în considerare mișcarea nucleonilor într-un potențial sferetic simetric și condițiile limită sunt luate în considerare cu exactitate. Acest model este numit modelul shell, calculate în nivelurile de energie unică particule sunt împărțite în mai multe grupe (analogul cochilii de electroni de atomi) separate printr-un interval de energie suficient de larg. Aceasta ne permite să explicăm periodicitatea proprietăților kernelului, date de numerele magice A (a se vedea proprietatea 4). În exemplele de realizare actuale, modelul shell ia în considerare interacțiunea reziduală între nucleoni, care nu sunt incluse în domeniul nuclear medie (de obicei, numai între nucleoni sunt în învelișul de valență neumplute). Acest lucru face posibilă explicarea într-o oarecare măsură a originii excitațiilor nucleare colective (cum ar fi vibrațiile cvadrupole ale suprafeței miezului, rezonanța dipol gigant etc.).
Foarte adesea, modelul de scoici este combinat cu unul sau alt model colectiv. Cel mai cunoscut exemplu de acest gen este modelul generalizat Bohr-Mottelson.
Proprietatea 5 a găsit o explicație în modelul nuclear superfluid, care ia în considerare forțele reziduale cu rază scurtă de acțiune, care conduc la împerecherea neutronilor cu neutroni și protoni cu protoni.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: