Оболочечная модель ядраДругая популярная модель ядра представляет его в виде атома, где нуклоны находятся на определенных уровнях, образуя оболочку, поэтому такая схема получила название оболочечная модель.Могут ли нуклоны удерживаться на своих орбитах внутри такой плотно упакованной конструкции, как атомное ядро? Имеются веские доказательства наличия в ядре небольшого «пустого пространства». Например, в мезонном атоме мезон может вращаться по орбите внутри ядра, хотя и недолго. Р. Хофстадтер установил, что ядро состоит из очень плотной сердцевины, окруженной «покрывалом», плотность которого постепенно снижается к краю ядра. Толщина этого покрывала составляет примерно половину радиуса ядра. По аналогии с электронными оболочками атома можно предположить, что ядра с заполненными внешними нуклонными оболочками должны быть более устойчивыми, чем те, где имеются вакансии. Тогда наибольшей стабильностью должны обладать ядра с 2, 8, 20, 40, 70 и 112 протонами или нейтронами. Однако это не соответствует реальности. Американский физик М. Майер, обратившая внимание на спин протонов и нейтронов, обнаружила, что учет этого параметра радикально меняет ситуацию. Согласно ее расчетам, наиболее устойчивыми должны быть ядра, содержащие 2, 8, 20, 50, 82 и 126 протонов или нейтронов, что было подтверждено опытами. По тем же расчетам, ядра с 28 или 40 протонами или нейтронами не должны отличаться особой устойчивостью. Приведенные выше «оболочечные числа» стабильных ядер иногда называют «волшебными» (соответственно числа 28 и 40 можно отнести к «полуволшебным»). К ядрам с «волшебным числом» относятся гелий-4 (2 протона плюс 2 нейтрона), кислород-16 (8 протонов и 8 нейтронов) и кальций-40 (20 протонов и 20 нейтронов). Все эти изотопы очень устойчивы и встречаются во Вселенной чаще других ядер той же величины. Что до более высоких «волшебных чисел», то известны 10 стабильных изотопов олова (у каждого по 50 протонов) и 4 изотопа свинца с 82 протонами. Лучше всего оболочечная теория работает для элементов, ядра которых имеют сферическую форму. У актинидов и лантанидов атомные ядра имеют эллипсоидную форму, поэтому применение этой теории затруднено. В 1963 году Майер разделила Нобелевскую премию по физике вместе с двумя коллегами, Вигнером и Иенсеном, которые также внесли значительный вклад в эту теорию. Можно сделать следующий вывод: чем сложнее строение ядра, тем реже оно встречается во Вселенной или тем менее устойчиво, возможно и то и другое. Наиболее сложными среди известных стабильных изотопов являются свинец-208 и висмут-209, у каждого из которых «волшебное число» нейтронов 126, а у свинца и 82 протона в придачу. Все остальные «тяжеловесы», стоящие за этими двумя изотопами, являются очень неустойчивыми и (как правило) короткоживущими. Хотя встречаются редкие исключения. Так, период полураспада тория-232 14 миллиардов лет! У радиоактивного калифорния-251 период полураспада измеряется несколькими веками. Можно ли рассчитывать, что сверхтяжелые нуклиды (которые еще не открыты) окажутся достаточно стабильными, чтобы их можно было получить в сравнительно больших количествах? Ведь, в конце концов, «волшебные числа» не обрываются на 126. Предварительные расчеты показали, что можно надеяться на значительно более высокую устойчивость элемента со 114 протонами и 184 нейтронами. По своим химическим свойствам этот элемент должен напоминать свинец. Деление ядра урана Исследование формы ядра Капельная модель ядра Нильса Бора Оболочечная модель ядра Спонтанное деление ядер урана, протактиния, тория и трансурановых элементов Стабильные сверхтяжелые элементы Эмиссия альфа-частиц тяжелыми ядрами с позиций капельной модели Бора |
|
Разное |
|
|