ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.07.2019
Просмотров: 1231
Скачиваний: 12
31
10.
Претенденты на основные состояния лёгких ядер
Критерием для определения основного состояния является совпадение
табличных и теоретических значений параметров ядра. Методики
вычисления спина и чѐтности физических трѐхмерных моделей ядер были
показаны выше. Теперь будем искать такие изомерные физические
конфигурации, у которых вычисленные механический момент и чѐтность
будут совпадать с табличными справочными значениями. Будем
рассматривать только ядра, период полураспада которых превышает
минуту. Разрешенных комбинаций протона и нейтрона возможно всего
три. Из них экспериментально измеренному значению спина дейтрона
(J=1+) соответствуют только две зеркальные комбинации, в которых
нейтрон и протон соприкасаются полюсами. Вычисляем: для спина
J=1/2+1/2=1, для чѐтности P=(-1)
0
*(-1)0=+1.
Рисунок 10-1. Претенденты на основные состояния ядер водорода, гелия, лития
Атомы H3, He3 и He4, изображѐнных выше ядер, химически инертны.
Скачок удельной энергии связи с 2,57-2,83 МэВ у ядер H3 и He3 до 7,07
МэВ у ядра He4 (B.E.=28,3 Мэв), называемом
-частицей, можно
объяснить следующим образом: в этом ядре больше связей – каждый
орбитальный нуклон притягивается сразу к двум нуклонам оси, а каждый
осевой нейтрон притягивается сразу к трѐм соседним нуклонам. Ядро Li6
представлено двумя изомерами. У изомера Li6(1+) чѐтность совпадает с
табличными данными, у изомера Li6(1-) квадрупольный момент совпадает
с табличными данными. Энергия связи последующих ядер после He4 уже
больше энергии связи -частицы, что позволяет предположить, что в
последующих ядрах -частицы содержатся в готовом виде.
Рисунок 10-2. Претенденты на основные состояния ядер бериллия и бора
В ядре Be9 (B.E.=58,2 Мэв) по сравнению с ядром Be7 (B.E.=37,6 Мэв)
происходит скачок на 20% удельной энергии связи, что указывает на то,
что должна быть кардинальная перестройка структуры. На рисунке выше
изображено два изомера Be9(3/2-). Но основным претендентом на
основное состояние является второй изомер, потому что в нѐм один
нейтрон скрепляет уже две -частицы, а это действительно кардинальная
32
перестройка. Без этого нейтрона ядро Be8 (B.E.=56,5 Мэв) в экспериментах
быстро распадается на две -частицы.
Рисунок 10-3. Претенденты на основные состояния ядер углерода
В лѐгких ядрах количество нейтронов примерно равно количеству
протонов. Плоский изомер ядра Be10 является примером размещения сразу
двух лишних нейтронов. Атом с таким ядром будет способен образовывать
две отрицательные валентные связи. В ядре С14(0+) этот изомер является
составной частью. Соответственно, в ядре С14 тоже два лишних нейтрона.
В нашей модели атомы с ядрами С12(0+) и С13(1/2+) химически инертны.
В ядре С12 (B.E.=92,2 Мэв) по сравнению с ядром С11 (B.E.=73,4 Мэв)
происходит скачок удельной энергии связи на 15% - опять должна быть
перестройка структуры. Один из трѐх изомеров ядра С12 представляет
собой плоскую заполненную ядерную p-оболочку. Но этот изомер не
может быть основным состоянием, поскольку у него квадрупольный
электрический момент меньше нуля, а табличное значение Q=+0,06.
Рисунок 10-4. Претенденты на основные состояния ядер азота, кислорода, фтора
В ядрах C13 и N15, построенных по табличным значениям спина,
значение чѐтности не совпадает с табличными данными. Компактное
сферическое ядро O16(0+) в основном состоянии обладает пиком удельной
энергии связи (7976 КэВ) и в нашей модели инертно – не имеет валентных
протонных лепестков. Ядро O18(0+) состоит из двух -частиц и плоской
конфигурации Be10, в которой опять размещаются два лишних нейтрона.
Рисунок 10-5. Претенденты на основные состояния ядер неона и натрия
Ядро Ne20(0+) имеет два изомера. На одном изомере заканчивается
заполнение двух ядерных s-оболочек и одной ядерной p-оболочки. В ядре
33
Ne21 один протон из p-оболочки перешѐл в новую оболочку. Во втором
изомере Ne20(0+) всего лишь одна s-оболочка, зато две p-оболочки.
Подобная структура также в ядрах Ne22 и Ne24. В отличие от инертного
атома Ne20 атомы c ядрами Ne22(0+) и Ne24(0+), изображѐнными на
рисунке выше, химически активны. В обоих ядрах лишние нейтроны
утилизируются плоскими изомерами Be10. Поэтому у атома Ne22 две
отрицательные валентные связи, а у атома Ne24 четыре отрицательные
валентные связи. Для ядер с полностью заполненными ядерными
оболочками возможен ещѐ один способ утилизации лишних нейтронов –
вставка нейтрона перед протоном и переход протона с p-оболочки на d-
оболочку. Постепенный переход на d-оболочку всех протонов p-оболочки
показан на рисунке ниже. Спин плоского слоя равен 7/2, если количество
d-протонов нечѐтное. Спин равен 0, если количество d-протонов чѐтное.
Рисунок 10-6. Второй способ утилизации лишних нейтронов.
Если в первом изомере Ne20(0+) на d-уровень перейдут два протона, то
получится ядро уже инертного атома Ne22. Если же на d-уровень перейдут
четыре протона, то получится ядро инертного атома Ne24.
Рисунок 10-7. Переход протонов p-оболочки в ядре неона на d-уровень
Теоретически подобные процессы могут происходить со вторым изомером
Mg24(0+) на рисунке ниже. Практически в данном конкретном случае
наиболее вероятно присоединение новых нейтронов к нейтронной оси.
Рисунок 10-8. Претенденты на основные состояния ядер магния
Химически инертны атомы с ядрами Ma24(0+) в основном состоянии.
Ядра Ma24(0+), Ma26(0+), Ma27(0+) имеют по два изомера, отличающиеся
тем, что в одних изомерах находится полностью заполненная p-оболочка, а
в других изомерах вместо этой оболочки располагаются s-оболочка и
усечѐнная p-оболочка с четырьмя протонными лепестками. Два изомера
34
ядра Ma25(5/2+) отличаются друг от друга всего лишь ориентацией
протонного лепестка.
Рисунок 10-9. Претенденты на основные состояния ядер алюминия
Все атомы алюминия с ядрами в основном состоянии химически активны.
Химически инертны атомы с ядрами Si28(0+), Si29(1/2+), Si31(3/2+) в
основном состоянии. Ядра Si28(0+), Si30(0+), имеют несколько изомеров,
отличающиеся тем, что в одних изомерах находятся полностью
заполненные p-оболочки, а в других изомерах вместо этих оболочек
располагаются s-оболочка и усечѐнная p-оболочка с четырьмя лепестками.
Ядро Si30(0+) обладает пиком удельной энергии связи (8521 КэВ), поэтому
более вероятным претендентом на основное состояние является первый
изомер, который наиболее близок по форме к сфере.
Рисунок 10-10. Претенденты на основные состояния ядер кремния
Ядра P30(1+), P31(1/2+), P32(1+), имеют по два изомера, отличающиеся
тем, что в одних изомерах находится полностью заполненная p-оболочка, а
в других изомерах вместо этой оболочки располагаются s-оболочка и
усечѐнная p-оболочка с четырьмя протонными лепестками.
Рисунок 10-11. Претенденты на основные состояния ядер фосфора
Рисунок 10-12. Претенденты на основные состояния ядер серы
35
Ядро S34(0+) в основном состоянии обладает пиком удельной энергии
связи (8584 КэВ), в нашей модели ядро инертно. На ядре S36(0+)
кончаются возможности утилизации лишних нейтронов с помощью
плоских конфигураций Be10. Построить конфигурации S37 и S38 с
табличными значениями спина и чѐтности уже не удаѐтся. На рисунке
ниже показаны конфигурации ядер серы с использованием второго
способа утилизации лишних нейтронов.
Рисунок 10-13. Претенденты на основные состояния ядер серы с d-оболочкой
Рисунок 10-14. Претенденты на основные состояния ядер хлора
Второй способ утилизации используем и при конфигурировании моделей
последующих ядер. В моделях ядер аргона впервые d-оболочка возникает
у самого распространѐнного стабильного изотопа (Ar40). Не удалась
попытка использовать ещѐ раз первый способ утилизации при
конфигурировании ядер аргона- в ядрах Ar39 и Ar41 чѐтность не совпадает
с табличными данными. Ядро Ar38(0+) в основном состоянии обладает
пиком удельной энергии связи (8614 КэВ), в нашей модели ядро изотопа
без d-протонов инертно и сферическое.
Рисунок 10-15. Претенденты на основные состояния ядер аргона