5. Spectrele de rotație ale nucleelor
Nucleele nucleare, în plus față de nivelele vibraționale din spectrul de excitație și nivelurile asociate cu tranzițiile nucleonului nuclear la cochiliile superioare, au de asemenea nivele în spectrele de excitație, care au un caracter rotativ.
Nivelurile spectrelor de excitație generate de rotația nucleelor nesferice au o serie de trăsături caracteristice; Secvența acestor nivele este adesea numită banda de rotație. Un exemplu de bandă de rotație pentru un nucleu egal de 170 Hf este prezentat în Fig. 7.5.
Fig. 7.5.
Banda de rotație a nucleului este de 170 Hf.
Nivelurile energetice ale benzii de rotație pot fi obținute prin rezolvarea ecuației Schrödinger cu un Hamiltonian care reflectă gradele de rotație a libertății nucleului.
Trebuie subliniat faptul că, conform teoriei cuantice, gradele de rotație a libertății sunt inerente numai în obiecte non-sferice.
Când sa discutat despre momentele cvadrupole ale nucleelor, s-a arătat că nucleele alungite au un moment quadrupol pozitiv, iar nucleele oblate au un moment quadrupol negativ. O măsurare directă a momentelor cvadrupole electrice este posibilă numai pentru nucleele în care centrifuga este mai mare sau egală cu 1. Totuși, multe nuclee chiar și egale au spin și paritate de 0+. sunt deformate, iar deformarea lor se manifestă în spectrele stărilor lor excitate sub forma benzilor de rotație. Forma Hamiltonianului rotativ poate fi ușor obținută din principiul corespondenței dintre cantitățile clasice și cuantice. În fizica clasică, energia unui corp cu un moment de inerție θ și un moment unghiular J este egală cu Erot = J 2 / 2θ. În fizica cuantică, cantitatea J 2 corespunde operatorului de impulsuri angulare care acționează asupra funcției de undă a nucleului. Deoarece în sistemul acceptat de notare rotația nucleului și particulelor este măsurată în unități de.
Formula care corelează energia nivelului de rotație și a spinului de stare aproximează cursul nivelelor din banda de rotație.
Problema 7.7. Se estimează momentul inerției nucleului 170 Hf deformat, al cărui spectru de rotație este dat în Tabelul 7.1 împreună cu nivelele de spin ale "benzii" de rotație.
În tabel sunt de asemenea enumerate intervalele de energie δE între acest nivel și cel mai mic nivel de energie. Relația pentru intervalele energetice ale nivelelor benzii de rotație, rotirilor de nivel și momentelor de inerție a nucleului care corespunde acestor stări poate fi obținută din (7.5):
De obicei, în fizica nucleară, nu se calculează momentul inerției nucleului într-o stare sau alta, dar valoarea = 2θ / Ï 2 în unități de MeV-1. Rezultatele calculării acestei valori pentru cele cinci stări excitate ale nucleului 170 Hf sunt date în al patrulea rând al tabelului.
Calculul arată că momentul inerției nucleului crește cu creșterea momentului unghiular și, în consecință, cu frecvența unghiulară de rotație. Acest rezultat este bine înțeles pe baza modelului de picături al nucleului: momentul inerției picăturii crește cu creșterea momentului unghiular - forma se schimbă. Un fapt important și interesant, care poate fi ușor demonstrat în acest exemplu, este acela că momentele de inerție calculate în calcul sunt cel puțin jumătate din momentele de inerție calculate în calcul sunt de un rotator solid-state cu aceeași masă.
Limita inferioară a unei cantități proporționale cu momentul inerției poate fi obținută din formula momentului de inerție al unei sfere de rază R (este convenabil să se folosească constanta de conversie în calcul):
Fig. 7.6. Ramurile de rotație și dependența momentului de inerție de viteza de rotație pentru nucleul egal cu egal 164 Er.
Astfel, calculul efectuat demonstrează că nucleul din cele mai joase state excitate are momentul de inerție, care este mai mic de 50% din momentul inerției rotatorului solid cu aceeași masă. O parte din nucleonii nucleului nu este implicată în mișcarea rotativă datorată efectului de împerechere a nucleonilor, conducând la proprietăți superfluide ale nucleelor în sol și la stări excitate mai mici. Ruptura perechilor de nucleoni, care are loc la un moment angular foarte mare al nucleelor, se manifestă printr-un salt în momentul inerției nucleului la valori apropiate de estimarea stării solide obținută mai sus (vezi Fig.7.6).
Acest efect (așa-numitul backbending) a fost bine studiat în ultimii 20 de ani în domeniul acceleratoarelor de ioni grei. Investigarea spectrelor de excitație a nucleelor se realizează în principal prin măsurarea energiilor de cuantime gamma emise de nucleu la trecerea de la un nivel superior la un nivel de energie mai scăzut.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: