ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы О капельной и оболочечной ядерных моделях из "Новые элементы в периодической системе Д И Менделеева Издание 2" Бора и оказалась особенно плодотворной для описания деления тяжёлых ядер. Эта модель основана на представлениях о сходстве свойств ядра со свойствами жидкой капли. Такая аналогия не покажется удивительной, если вспомнить, что объёмы ядер пропорциональны числу содержащихся в ядрах нуклонов и что средняя энергия связи, приходящаяся на один Н5ГКЛ0Н, имеет в разных ядрах довольно близкие значения. [c.38] Таким образом, становится возможным говорить о своеобразном ядерном веществе, обладающем определённой плотностью. Как из молекул жидкости можно построить капли разной величины, так и из ядерного вещества могут быть построены различные ядра. Известно, что вследствие наличия поверхностного натяжения жидкая капля всегда стремится принять форму с наименьшей при данном объёме поверхностью— сферическую форму. Такое же поверхностное натяжение должно проявляться и для атомных ядер. Однако в ядрах есть добавочное явление, отсутствующее в капле обычной жидкости, именно — электростатическое взаимоотталкивание протонов. Вследствие этого отталкивания протоны стремятся разойтись подальше друг от друга, вытянуть сферическое ядро в эллипсоид, разорвать это ядро. Таким образом, основой для расчётов по. капельной модели служит конкуренция между поверхностным натяжением ядерной жидкости и электростатическим отталкиванием протонов. Протоны являются одной из компонент ядерной жидкости , разбавленной другой компонентой — нейтронами, несколько экранирующими действие электростатических сил. [c.38] Третий член в формуле описывает поверхностное натяжение, а четвёртый — электростатическое отталкивание протонов. Формула отражает, в частности, тот факт, что среди лёгких ядер наиболее устойчивы такие, у которых содержится равное число нейтронов и протонов, т. е. Ы=Е, а в тяжёлых ядрах, где сильнее проявляется отталкивание протонов, максимум устойчивости смещается примерно до 1,52. [c.39] Особенно удачной оказалась попытка применения капельной модели для объяснения деления ядер, предпринятая непосредственно после открытия О. Ганом и Ф. Штрасманом деления нейтронами ядер урана (1939 г.). [c.39] Представим себе, что захват нейтрона приводит к деформации сферического ядра (рис. 8). В ядерной капле при такой деформации может образоваться перетяжка, и дальнейшая судьба ядра — разделится оно или восстановит первоначальную форму — зависит от того, будет ли преобладать действие электрического отталкивания или поверхностного натяжения. [c.39] Поскольку расстояние между центрами двух половинок г пропорционально радиусу исходного ядра то очевидно, что пропорционально т. е. объёму исходного ядра. Между тем объём исходного ядра определяется числом за-f Л ключённых в нём протонов и нейтронов. [c.40] Чем больше параметр деления, тем более способно данное ядро к делению. Действительно, делятся ядра самых тяжёлых элементов системы Менделеева. [c.40] Деформация ядерной капли может произойти не только в результате захвата нейтронов, но и вследствие наличия внутренних колебаний. Поэтому из теории следовала возможность спонтанного (самопроизвольного) деления неустойчивых тяжёлых ядер, обнаруженного, как уже упоминалось выше, в том же году советскими учёными. [c.40] Капельная модель ядра, давая правильное качественное описание общей картины прочности ядер, процессов деления, роли соотношения числа нейтронов и протонов в радиоактивных превращениях, совершенно не объясняет, однако, других существенных фактов. [c.40] Поэтому в чётно-чётных ядрах происходит компенсация спинов нуклонов, и суммарный спин таких ядер равен нулю, равно как и магнитный и, квадрупольный моменты. [c.41] Особая прочность чётно-чётных ядер привела к предположению о так называемом а-частичном строении ядер, согласно которому основным строительным материалом сложных ядер являются а-частицы, сверх которых в ядрах может быть не более одного протона и то или иное количество нейтронов. Однако а-частичная модель оказалась слишком примитивной и применимой лишь к очень небольшому числу лёгких ядер. [c.41] Оболочечная модель ядра. Представления об оболочечной структуре ядер возникли и развились благодаря систематизации свойств большого числа (свыше 1100) известных сейчас устойчивых и радиоактивных ядер, т. е. благодаря распространению метода, применённого в своё время Д. И. Менделеевым к элементам (атомам), на атомные ядра. Систематическое изучение свойств атомных ядер привело к выводу, что в атомных ядрах существуют определённые протонные и нейтронные оболочки-, подобно тому как в атомах существуют электронные оболочки. Ядра с заполненными оболочками обладают особенно устойчивой структурой, и это проявляется во многих свойствах таких ядер. Числа нейтронов и протонов, отвечающие заполненным оболочкам, получили название магических , или особых, чисел. [c.41] Не будем приводить здесь большого числа других примеров специфичности таких особых ядер. [c.42] Существование периодов заполнения ядер нейтронами и протонами и особые свойства структур с 2 или Л/, равными 20, 50 и 82, были отмечены ещё в 1934 г. И. П. Се-линовым. С тех пор появилось большое количество работ, в которых приводятся новые доказательства специфики ядер с особыми значениями Z и Л/ и даётся теоретическое обоснование особых чисел. Ясно, что капельная модель ядра не содержит ничего похожего на оболочечную структуру и что теория ядерных оболочек должна основываться на существенно других предпосылках, чем теория жидкого ядра. [c.42] В самом деле, в капельной модели рассматриваются свойства ядерного вещества как единого целого и не учитывается поведение отдельных нуклонов в ядре, тогда как теория ядерных оболочек исходит из различия свойств отдельных ядерных нуклонов, расположённых в различных оболочках. [c.42] Уравнения квантовой механики приводят к выводу, что и в такой прямоугольной яме нуклоны могут обладать не любыми, но лишь вполне определёнными, квантованными значениями энергии. В этом смысле поведение нуклонов в ядре оказывается вполне аналогичным поведению электронов в атоме — в обоих случаях происходит последовательное заполнение различных энергетических уровней, различных оболочек — вначале ниже расположенных, т. е. отвечающих более прочной связи нуклонов в ядре (или электронов с атомным ядром), а затем более высоких уровней. Однако последовательность заполнения уровней, т. е. последовательность перехода от более низких уровней к более высоким, оказывается в ядрах иной, чем для электронов в атомах. Поэтому магические числа, характеризующие число нейтронов или протонов во всех заполненных нуклонных обо- лочках (2, 8, 20, 50, 82 и 126), оказываются иными, чем номера элементов, заканчивающих периоды системы Д. И. Менделеева (2, 10, 18, 36, 54, 86), характеризующие число электронов во всех заполненных электронных оболочках. [c.44] Для проверки и дальнейшего развития оболочечной ядерной модели представляют большой интерес всякие опыты по исследованию различных свойств ядер, например механического, магнитного и квадрупольного моментов, радиоактивного распада, точных значений их масс. [c.44] Поскольку в чётно-чётных ядрах моменты отдельных нуклонов взаимно компенсируются, общие величины моментов чётно-нечётных и нечётно-чётных ядер определяются моментом количества движения избыточного нечётного нейтрона или протона. Между тем, величина этого момента нуклона зависит от того, в какой оболочке, на каком уровне он находится. Поэтому измерение величин ядерных моментов ряда соседних ядер даёт возможность определения того, какой именно уровень находится в этих ядрах в стадии заполнения. [c.44] Определение точных значений масс яДер поайоЛяе ой е-делить энергию связи нуклонов и тем самым установить, в каких ядрах эта энергия особенно мала или особенно велика. Как уже указывалось, энергия связи нуклонов особенно велика в магических ядрах и особенно мала для соседних с магическими ядер. Поэтому измерения масс и энергий связи сыграли сушественную роль в определении магических чисел и формировании представлений о ядерных оболочках. [c.45] Вернуться к основной статье