ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.07.2019
Просмотров: 1336
Скачиваний: 13
11
4.
Принципы конфигурации легких ядер атомов
Нейтроны вне ядер долго не живут. Наиболее вероятная причина их
возникновения за пределами атома – распад ядер. Экспериментально
зафиксировано кратковременное существование не только одиночных
нейтронов, но и многонейтронных комплексов. Всего возможно две
разрешенные комбинации из двух нейтронов – слипание экваторами или
слипание полюсами. Из трех нейтронов возможно не менее пяти
комбинаций, а из четырех – не менее 18. При дальнейшем увеличении
числа
нейтронов
количество разрешенных
комбинаций
растет
лавинообразно. Чем больше нейтронов, тем стремительней увеличивается
количество разрешенных комбинаций. Любое математическое описание
при таких условиях будет слишком громоздким и неудобным для
практических расчетов. Однако, абсолютное большинство разрешенных
комбинаций недолговечны. Под влиянием совокупности внутренних сил и
внешних воздействий эти комбинации или распадаются или
рекомбинируют в более стабильные комбинации. Задача намного
упрощается,
если
по
каким-то
критериям
отфильтровывать
нежизнеспособные и маловероятные комбинации. К внешним
воздействиям наиболее устойчивы ядра при минимальном объѐме и
минимальной площади поверхности. Ядро, при этом, самопроизвольно
приобретает аксиально-симметричную форму. Сформулировать ещѐ один
критерий позволяет анализ некоторых экспериментальных данных, таких
как постоянная плотность ядерной материи внутри ядра, размытость
границ, разное распределение протонов и нейтронов, электростатическое
отталкивание протонов. С высокой вероятностью с одним нейтроном
могут слипаться только один или два протона. Так как протоны
отталкиваются друг от друга, то, притянувшись к нейтрону, они должны
равномерно распределиться вокруг нейтрона. Два протона распределяются
таким образом, что нейтрон полностью экранирует протоны друг от друга.
Чем больше нейтронов, тем больше вокруг них может разместиться
протонов. Между любыми двумя соприкасающимися нуклонами в ядре
возникает баланс сил между ядерными силами притяжения и силами
упругости. Если два нуклона ориентированы друг к другу согласно
разрешенным правилам, то между ними отсутствуют ядерные силы
отталкивания, существует лишь потенциальная яма, баланс между
ядерными силами притяжения и силами упругости. Если два нуклона
ориентированы друг к другу согласно правилам запрета, то между ними
возникают ядерные силы отталкивания - они отталкиваются друг от друга,
разрывая ядро.
Попробуем
теперь
сформулировать
общие
принципы
конфигурирования, согласно которым можно было бы отфильтровывать
нестабильные комбинации нуклонов.
12
Принцип конфигурирования 1: любые два соприкасающиеся нуклона в
ядре ориентированы друг к другу согласно разрешенным правилам.
Принцип конфигурирования 2: по причине взаимодействия моментов
вращения оси симметрии всех нуклонов в ядре атома параллельны.
Принцип конфигурирования 3: любой протон, попавший внутрь ядра,
захватывает электрон из электронной оболочки атома и превращается в
нейтрон.
Рисунок 4-1. Протон внутри ядра превращается в нейтрон
Принцип конфигурирования 4: нейтрон, попавший на поверхность ядра,
в результате внешних воздействий отдаѐт свой электрон в электронную
оболочку атома и превращается в протон.
Рисунок 4-2. Крайние нейтроны превращаются в протоны
Принцип конфигурирования 5: протоны, отталкиваясь друг от друга,
равномерно распределяются по поверхности ядра, а нейтроны
группируются внутри ядра, формируя нейтронный остов.
Рисунок 4-3. Максимальное распределение протонов вокруг 2,3,4 и 5 нейтронов
Принцип конфигурирования 6: если ядро атома имеет аксиально-
симметричную форму, то возможно образование выделенной оси
симметрии в виде нуклонного столбика.
Рисунок 4-4. Оси симметрии ядер разной длины
По разрешающим правилам к осевому нейтрону могут прилипнуть
экваторами только нуклоны, у которых противоположно направленные
спины. У всех притягивающихся к оси нуклонов спин имеет одно
направление, тогда по правилам запрета они должны отталкиваться друг от
друга, равномерно распределяясь вокруг осевого нуклона имитируя
расположение цветочных лепестков. Отталкивание двух нейтронных
лепестков полностью экранируется осевым нейтроном. Нейтроны будут
13
притягиваться к осевому нейтрону до достижения баланса между силами
притяжения и силами упругости. Если лепестков три, то сила их
притяжения к центральному нейтрону резко уменьшится, так как
отталкивающиеся лепестки будут экранироваться друг от друга только
наполовину. В случае четырѐх лепестков должно произойти коренное
изменение во взаимодействии нейтронов. В этом случае эффект
экранирования незначителен, каждый нейтронный лепесток притягивается
к одному нейтрону, а отталкивается от двух. По этой причине нейтронные
лепестки отойдут от осевого нейтрона на некоторое расстояние, при
котором установится новый баланс между силами притяжения и силами
отталкивания. При дальнейшем увеличении количества нейтронных
лепестков расстояние между ними и центральным нейтроном будет
увеличиваться ещѐ больше.
Рисунок 4-5. Принципы притяжения нескольких нейтронов к оси
Ареф и Мелешко при исследовании комбинаций линейных вихрей
математически показали, что при одинаковой интенсивности всех вихрей
конфигурация с тремя боковыми вихрями является статической, во всех
остальных случаях боковые вихри вращаются вокруг центрального вихря –
два вихря вращаются согласно направлению вращения центрального
вихря, во всех остальных случаях боковые вихри вращаются в
противоположном направлении. Так как в нашей модели протоны и
нейтроны имеют вихревую основу, то будем считать, что расчѐты Арефа и
Мелешко применимы и к нуклонным лепесткам. Принимая во внимание
исследование рассмотренных выше комбинаций, можно сформулировать
ещѐ несколько принципов конфигурирования.
Принцип конфигурирования 7: к одному осевому нейтрону может
прилипнуть всего лишь от одного до трѐх нейтронов с противоположным
направлением спина.
Принцип конфигурирования 8: к одному осевому нейтрону может
прилипнуть всего лишь от одного до двух протонов с противоположным
направлением спина.
Принцип конфигурирования 9: три нуклона, прилипшие к осевому
нейтрону, образуют статическую комбинацию.
14
Принцип конфигурирования 10: два нуклона, прилипшие к осевому
нейтрону, превращаются в протоны и начинают вращаться вокруг
центрального нейтрона подобно лопастям пропеллера, образуя
динамические протонные лепестки атомного ядра.
Принцип конфигурирования 11: протон-нейтронные пары, прилипшие к
нейтронной оси, по причине баланса сил смещения не вращаются вокруг
нейтронной оси и становятся статическими протонными лепестками
атомного ядра.
Рисунок 4-6. Статические протонные лепестки вокруг нейтронной оси
Принцип конфигурирования 12: линейная комбинация из четырех
нейтронов, слипшихся экваторами, при наличии внешних воздействий
может свернуться в нейтронное кольцо по причине притяжения друг к
другу крайних нейтронов.
Рисунок 4-7. Сворачивание в кольцо линейной комбинации из 4 нейтронов
Принцип конфигурирования 13: линейная комбинация из шести
нейтронов, слипшихся экваторами, при внешних воздействиях может
свернуться в нейтронное кольцо по причине притяжения друг к другу
крайних нейтронов.
Рисунок 4-8. Сворачивание в кольцо линейной комбинации из 6 нейтронов
Принцип конфигурирования 14: протоны, прилипшие к нейтронному
кольцу, становятся статическими протонными лепестками атомного ядра.
Рисунок 4-9. Статические протонные лепестки вокруг нейтронной оси
15
5.
Формирование ядерных оболочек легких ядер
Согласно современным представлениям, в лѐгких стабильных атомах от
водорода до кальция включительно существует всего два вида
электронных подоболочек - s-типа и p-типа. В полностью заполненной
электронной подоболочке p-типа содержится шесть электронов. В
полностью заполненной подоболочке s-типа содержится два электрона.
Такая единственная подоболочка находится в инертном атоме гелия. В
нашей модели все свойства атома определяются конфигурацией его ядра.
Поэтому электронные подоболочки атома должны формироваться
соответствующими им подоболочками его ядра. Невозможность атома
вступать в химические соединения можно объяснить отсутствием в ядре
статических протонных лепестков. Соответственно и в атоме отсутствуют
статические электронные лепестки, способные слипнуться с электронными
лепестками
других
атомов.
Существуют
только
динамические
электронные лепестки, связанные с динамическими протонными
лепестками ядра.
Рисунок 5-1. Варианты завершенной s-оболочки ядра гелия
Электронные s-лепестки, связанные с двумя орбитальными s-протонами,
вращаются вслед за ними и формируют центрально-симметричное
торообразное электронное облако – полностью заполненную s-орбиталь
электронной оболочки атома. Незавершенная атомная s-орбиталь
формируется электронным лепестком, связанным с торцевым протоном
нуклонной оси. Так как у оси два торца, то незавершенных s-орбиталей не
может быть больше двух.
Рисунок 5-2. Электронное облако атома из трех s-орбиталей и его ядро
Лепестки незавершенных s-орбиталей могут взаимодействовать с
электронными оболочками других атомов, формируя молекулярные связи.
А вращающиеся лепестки полностью заполненной s-орбитали таких связей
сформировать не способны – они инертны.
Полностью заполненная p-подоболочка атома из шести p-электронов
формируется полностью заполненной ядерной подоболочкой из шести
протонов, образованной вокруг нейтронного кольца из шести нейтронов.
Протоны каждой завершенной протонной оболочки ядра располагаются в
одной плоскости. Полностью заполненные протонные оболочки s- и p-типа