Sitova energia ja ydinmassa. Ytimen sitoutumisenergiaa kutsutaan. energiaa, to-ruyu on käytettävä ytimen jakamiseksi erillisiksi. nukleonit. Se on yhtä kuin kerrottuna Kanssa 2 erot kaikkien ytimen muodostavien nukleonien kokonaismassan ja massan välillä M itse ydin:

Tässä t R, t n ovat protonin ja neutronin massat. Ytimen sitoutumisenergia on suunnilleen verrannollinen. nukleonien lukumäärä ytimessä ja sp. sitovaa energiaa /MUTTA lähes vakio (useimmille ytimille / A~ 6-8 MeV). Tämä ominaisuus, jota kutsutaan ydinvoimien saturaatioksi, tarkoittaa, että ytimessä oleva nukleoni ei ole vuorovaikutuksessa tehokkaasti ytimen kaikkien nukleonien kanssa, vaan vain tietyn rajoitetun määrän kanssa (muuten sidosenergia olisi verrannollinen). MUTTA).

Tiheyden ja lyöntien vakioisuus. ytimen sitoutumisenergia lähentää ytimen ominaisuuksia nesteen ominaisuuksiin. Tämä samankaltaisuus muodosti perustan ytimen mallille nestepisarana ( ytimen pudotusmalli), joka perustuu K. F. von Weizsackerin (C. F. von Weizsacker) 1935 leikkaukseen, ehdotti puoliempiiristä. f-lu ( Weizsäckerin kaava) ytimen sitoutumisenergialle:

Tässä ensimmäinen termi kuvaa "pisaran" bulkkienergiaa, toinen kuvaa ytimen pinnalla sijaitsevien nukleonien sidoksen heikkenemistä, kolmas termi kuvaa säteisen pisaran Coulombin energian osuutta. R~A 1/3 ja maksulla Z. Neljännellä termillä (ns. symmetriaenergialla) ei ole klassista termiä. analoginen ja heijastaa sitä tosiasiaa, että erilaisten nukleonien välinen vetovoima vrt. vahvempi kuin identtisillä nukleoneilla. Tämä on mukana Paulin periaate tekee siitä energeettisesti epäedullisen. poikkeama N alkaen Z. Viides jäsen energiaa

Se toistaa kokeellisen tosiasian, että parilliset ytimet ( Z ja N parilliset) ovat voimakkaammin yhteydessä toisiinsa kuin viereiset parilliset ja parittomat ytimet, ja viimeksi mainitut puolestaan ​​ovat stabiilimpia kuin parittomat parittomat ytimet.

Moderni Weizsacker f-ly:n parametrien arvot: b 1 = 15,75 MeV, b 2 = 17,8 MeV, b 3 = 0,71 MeV, b 4 = 23,7 MeV. F-la (4) ks. kuvaa hyvin ytimien sitoutumisenergiat, rajoittaa arvoa Z 2 /A ~ 46 on fissioresistenttien ytimien olemassaolon alue. Se ei kuitenkaan ota huomioon ytimen kuorirakenteen yksittäisiä piirteitä. Nämä vaikutukset voidaan ottaa huomioon Strutinsky-kuorikorjausmenetelmällä, joka ennustaa ns. saaria superraskaiden ytimien vakaudessa Z~114 (katso Transuraanielementit).

Ydintasojen kvanttiominaisuudet. I. a. hajoamiskynnyksen alapuolella olevilla energioilla (nukleonin, a-hiukkasen jne. emission kanssa) voivat olla vain diskreetissä tilassa, jossa on määrätty. energia, jolle on tunnusomaista joukko kvanttilukuja, jotka määrittelevät säilyneiden suureiden (liikeintegraalien) arvot näissä tiloissa. Ytimen hajoamiskynnyksen yläpuolella erilliset tilat muuttuvat epästationaaleiksi ja näkyvät ydinreaktioissa äärellisen leveinä resonansseina.

Naib. Ydintilojen tärkeitä ominaisuuksia ovat ytimen spin (tai liikemäärän momentti, jota kutsutaan myös ytimen kulmamomentiksi) minä ja pariteetti p = + 1. Spin / mitataan yksiköissä ja se ottaa puolikokonaisluvun arvot ( minä= 1/2, 3/2, ...) Parittomat ytimet ja kokonaislukuarvot ( minä=0, 1, 2, ....) parillisille ytimille. Pariteetti p osoittaa ydintilan aaltofunktion y symmetrian suhteessa avaruuden peiliheijastukseen R(cm. Spatiaalinen inversio: R y = py. Tässä suhteessa ydinvaltioille on ilmoitettu yhdistetty ominaisuus minä p . Empiirisesti on todettu, että parillisten ytimien tiloilla on ominaisuus 0 + . Parittomien ytimien spinit ja pariteetit selitetään yleensä kuorimallilla (katso alla). Tarkkaan ottaen pariteetti ei ole tarkka kvanttiluku, koska se ei säily heikko vuorovaikutus. Voimien kautta sähköheikko vuorovaikutus nukleonien välillä tapahtuu tilojen sekoittumista, joilla on sama spin minä ja vastakkaiset pariteetit. Pariteettia rikkovien voimien pienuudesta johtuen tämä sekoittuminen on kuitenkin pientä ja voidaan jättää huomioimatta ydintasojen, erilaisten ydinreaktioiden ja siirtymien spektrejä poikkeuksena erityisesti ilmiön tutkimiseen tähtäävät prosessit. pariteetin säilyminen ytimissä.

Toinen tärkeä, vaikkakin likimääräinen ydinominaisuus on isotooppinen spin(tai isobarinen spin) T, to-ry koostuu isospineistä otd. nukleoneja samojen sääntöjen mukaan kuin tavallinen spin. Tämän arvon säilyttäminen liittyy isotooppinen invarianssi ydinvoimat, paratiisiin piilee siinä tosiasiassa, että ydinvuorovaikutus kahden nukleonin välillä identtisissä tiloissa. ja spin-tilat eivät riipu nukleonien tyypistä, eli ne ovat samat pareina pp, pn ja n. Isotooppinen spin (isospin) voi ottaa arvot T>=(N-Z)/ 2, kokonaisluku parillisille ytimille ja puolikokonaisluku parittomille ytimille. Kuten tavallisella spinillä, sillä on myös kiinteä projektio yhdelle muodollisista isospin-akselista. tilaa T Z = (A - 2Z)/2. Se liittyy ytimen varaukseen ja on siksi tiukasti säilynyt määrä kaikissa ydinvaltioissa. Sitä vastoin isospin T on likimääräinen kvanttiluku. Isospin-rikkomus (eli eriarvoisten komponenttien sekoittaminen T ydintilan aaltofunktiossa) johtuu protonin ja neutronin massojen erosta sekä protonien välisestä Coulombin vuorovaikutuksesta. Kevyissä ytimissä Z:n kanssa<=20 эти эффекты малы и изоспин T on melko tarkka kvanttiluku. Tämän seurauksena ydintilat voidaan luonnehtia kvanttiluvuilla T ja TZ, a osavaltioita samoilla arvoilla minä p , T viereisissä ytimissä isobaarit yhdistyvät isotooppimultipleteiksi. Koska isoepiinin projektio ottaa arvot TZ = T, T-1, ...., - T, sitten isotooppissa Multipletti mukana 2 T+ 1 tasoa.

Kokeellisesti on osoitettu, että mitä suurempi ydintilan viritysenergia on, sitä suurempi on isospin. Pääasiassa siis ytimen tila T = T Z ja parillisille ytimille Z=N T= 0. Ytimet kanssa T= 1/2 ja TZ = b 1/2 muotoa isodub-let (esim. 3 H - 3 He). Esimerkki isotripletistä on tärkein. tila 0 + ( T=1, T Z = 1) ytimet 6 He, viritetty tila 0 + ( T= 1, T Z = 0 ) ytimet 6 Li (viritysenergia 3,56 MeV) ja pää. ytimen tila 6 Be ( T= 1, T Z =-1) . Ydinfysiikassa on tapana liittää isospin nukleoniin T= 1/2 ja arvot T Z = 1/2 neutronia, T Z =- 1/2 protonille, toisin kuin alkeishiukkasfysiikassa, jossa käytetään nukleoni-isospin-projektioiden vastakkaisia ​​merkkejä. Tämä tehdään mukavuussyistä, jotta arvot T Z olivat positiivisia stabiileille ytimille, joille N>Z.

Yhden isotoopin muodostavien ytimien tilat. multipletti, ns analogiset tilat. Ydinvoimien isotooppisen invarianssin vuoksi näiden tilojen (puhtaasti ydin)rakenne on sama, ja kaikki erot niiden ominaisuuksissa johtuvat el-magnista. vuorovaikutusta. Esimerkiksi analogisten tilojen sitoutumisenergiat ovat samat tietyn multipletin ytimien Coulombin energioiden eroon asti. Kun Z kasvaa, Coulombin vuorovaikutuksen rooli kasvaa. Siksi isoepiinin tarkkuus kvanttilukuna heikkenee raskaissa ytimissä. Siitä huolimatta isospin-symmetrian jälkiä ilmenee siinä tosiasiassa, että hajoamisessa. Ydinreaktioissa havaitaan vuonna 1961 löydettyjä tiloja, jotka ovat epävakaita nukleonipäästöjen suhteen, jotka ovat analogeja viereisen ytimen perus- tai alemmille stabiileille viritystiloille, joilla on pienempi Z (analogiresonanssi s). Esimerkiksi kun protonit hajoavat stabiili ydin MUTTA neutronien ja protonien määrällä N ja Z(T 0 = T Z = (N-Z)/ 2 ) muodostusta vastaavat resonanssit yhdisteydin A+ 1 (Z+l, N) viritetyssä tilassa kvanttilukujen kanssa T = T 0 + 1 / 2 , TZ =T 0 - 1/2 sisältyy samaan isotooppiin. multipletti, joka on sama kuin osn. naapuriydintila A+ 1(N+ 1, Z), T=T Z=T 0 + 12. Kokeet ovat kuitenkin osoittaneet, että analogisilla resonansseilla on hieno rakenne, mikä osoittaa, että analoginen tila on sekoittunut, jolle on tunnusomaista isospin. T 0 + 1/2 muiden isospinia vastaavien yhdisteytimen virittyneiden tilojen kanssa T = T 0 - 1 / 2 .

Ytimen sähköiset ja magneettiset momentit. Jokaisessa mahdollisessa tilassa I. a. on määritelmä. magneettiset arvot. dipolimomentti ja kvadrupolisähkömomentti (katso. ytimen kvadrupolimomentti). Staattinen magn. momentti voi olla erilainen kuin 0 vain siinä tapauksessa, että ydintilan spin minä 0 ja staattinen. kvadrupolimomentilla voi olla nollasta poikkeava arvo vain silloin, kun minä> 1/2. Ydintila def. pariteetilla ei voi olla nollasta poikkeavaa sähköä. dipolimomentti ( E 1) , sekä muut sähkölaitteet. hetkiä E l pariton moninapa l ja staattinen. magn. hetkiä M l jopa moninapainen l. Nollasta poikkeavan sähkön olemassaolo dipolimomentti E 1 on myös kielletty aikakäänteisen invarianssin ( T-invarianssi). Koska vaikutukset pariteetti nonconservation ja rikkominen T-invarianssi on hyvin pieni, dipoli sähköinen. ytimien momentit ovat joko yhtä suuria kuin 0 tai hyvin pieniä ja toistaiseksi saavuttamattomissa mittausta varten.

Magn. ytimien hetket ( M 1) niillä on suuruusluokkaa ydinvoima magneton.Sähk. kvadrupoli hetkiä eQ vaihtaa alkaen e 10 -27 cm 2 joissakin kevyissä ytimissä jopa e 10 -24 cm 2 raskaissa epämuodostuneissa ytimissä. Systemaattista tietoa magn. ja kvadrupolihetket ovat käytettävissä vain pääasiassa. ydinvaltiot. Ne voidaan mitata radiospektroskopialla. menetelmät (katso Ydinmagneettinen resonanssi).Erikoislääkäri. menetelmillä (häirittyjen kulmakorrelaatioiden menetelmä) voidaan myös mitata staattista sähköä. magn. ja ytimien virittyneiden tilojen kvadrupolimomentit. Magneettitiedot. ja ytimien kvadrupolimomentit sisältävät tärkeää tietoa ytimien rakenteesta ja muodosta ja niitä käytetään ydinmallien rakentamiseen ja testaamiseen. On olemassa joitakin tietoja ytimien korkeammista moninapimomenteista (esimerkiksi heksadekapolimomentit - E 4) .

Ytimen rakenne ja mallit

I. a. on kvanttijärjestelmä. kehot, jotka ovat vahvasti vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Teoreettinen Sellaisen järjestelmän ominaisuuksien (energiatasojen spektrit, hajoamiset, ydinreaktiot ja kvanttisiirtymät) kuvaaminen on vaikea tehtävä. Nukleonien lukumäärä MUTTA ytimessä ei ole niin suuri, että tilastollisia menetelmiä voitaisiin käyttää ilman varauksia. mekaniikka (vrt. Gibbsin jakelu), käytetään menestyksekkäästi kondensaattorifysiikassa. väliaineet (nesteet, kiinteät aineet). Samaan aikaan kvanttimekaniikassa tarkka ratkaisu on mahdollista vain kahden kehon ongelmalle ( deuteron).Onnistumisia ongelman ratkaisemisessa 3-4 kappaletta Ch. arr. käyttämällä Faddeevin ja Faddeev-Jakubovskin yhtälöitä, voit saada tiukat suuret. tulokset vain kevyimmille ytimille 3 H, 3 He, 4 He. Tilannetta mutkistaa se, että ydinvoimia koskeva tietomme ei ole varma. Lopuksi, nukleonien komposiittiluonnon luominen muuttaa järjestelmän MUTTA nukleoneja järjestelmään, vähintään 3 MUTTA kvarkeja, mikä vaikeuttaa entisestään ytimien rakenteen ja ominaisuuksien kuvaamista. Johdonmukainen ratkaisu tähän ongelmaan voidaan saavuttaa vain (ei häiritsevän) puitteissa. kvanttikromodynamiikka, mutta se on vielä kaukana ratkaisusta.

Ytimen rakenteen ymmärtäminen perustuu decompin käyttöön. ydinmalleja, joista jokainen pyrkii kuvaamaan tiettyä. joukot ydinominaisuuksia ja ominaisuuksia. Jotkut mallit ovat ensi silmäyksellä toisensa poissulkevia. Siksi tärkeitä ovat mikroskooppiset. lähestymistapoja ytimen teoriassa, mikä mahdollistaa sovellettavuusrajat decomp. malleja, niiden yhteensopivuuden astetta toistensa kanssa sekä arvioida tai laskea ensimmäisten periaatteiden pohjalta niiden parametrien arvot, joita malleissa käytetään fenomenologisina ja poimitaan kokeellisista tiedoista.

Ytimen kuorimalli olettaa, että nukleonien keskinäisen vuorovaikutuksen seurauksena ytimeen muodostuu yhteinen keskimääräinen (itsekonsistentti) kenttä, jota kuvaa kuoripotentiaali V o6( r), jossa nukleonit liikkuvat itsenäisinä (ensimmäisessä approksimaatiossa) hiukkasina. Jokainen nukleoneista täyttää yhden kiertoradan, jolle on tunnusomaista kiertoratamomentti l(jos kyseessä on pallosymmetrinen vrt. kenttä), kokonaiskulma. hetki j=l+ 1/2 ja pariteetti p = (-1) l. Nukleonienergia kiertoradalla lj ei riipu projektiosta t nukleonin kokonaisliikemäärä j (-j<=m<=j) . Siksi Paulin periaatteen mukaisesti kullakin energiatasolla ( nlj) voi olla 2 j+1 samantyyppistä nukleonia, jotka muodostavat protonin (tai neutronin) alikuoren ( nlj), missä n= 1, 2,... - ch. kvanttiluku (radiaalinen).

Useita samankaltaiset energia-alakuoret on ryhmitelty kuoriksi, jotka erotetaan toisistaan ​​suurella energiatichillä. väliajoin. täysi hetki minä varten k nukleonit kuoressa saadaan lisäämällä momentit j otd. nukleonit. Täytetyssä kuoressa kaikkien nukleonien momentit kompensoivat toisiaan ja vain yksi kokonaismomentin arvo on sallittu minä= 0. Kuten jalokaasuatomit, joilla on täytetty elektronikuori, myös täytetyistä nukleonikuorista koostuville ytimille on ominaista erityinen stabiilius (suuri spesifinen sitoutumisenergia). Ytimen pohja- ja matalalla viritetyssä tilassa alemmat yksipartikkeliradat täyttyvät ja muodostavat ytimen "inertin" ytimen, minkä lisäksi lähimmässä täyttämättömässä kuoressa on tietty määrä nukleoneja. Aivan kuten valenssielektronit määräävät kemian. atomien ominaisuudet, alempien tasojen spektrit ja niiden ominaisuudet useimmissa ytimissä määräytyvät täyttämättömistä kuorista peräisin olevien "valenssinukleonien" avulla.

Kuorimallin yksinkertaisin versio (yksi hiukkanen malli) edustaa paritonta ydintä yhdistelmänä parillisen ja parillisen ytimen 0+-tilassa ja parittoman nukleonin kiertoradalla. nlj. Sitten parittoman ytimen spin pääosassa. tila on yhtä suuri j, ja pariteetti p = (- 1) l. Parittomien ytimien spinien ja pariteettien systematiikka mahdollistaa ytimien täyttöratojen järjestyksen sekä näiden kiertoratojen energioiden määrittämisen. Tämä mahdollisti pääasiallisen kuoripotentiaalin ominaisuudet ja muoto V o6( r). Erityisesti M. Goeppert-Mayer (M. Goeppert-Mayer, USA) ja J. X. Jensen (J. H. Jensen, Saksa) vuosina 1949-50 totesivat tarpeen sisällyttää spin-kiertoradan vuorovaikutus kuoripotentiaaliin V co( r) (ls). Vasta kun otetaan huomioon yksipartikkelisten tilojen voimakas spin-kiertorata-jakauma, voidaan selittää ydinspinien systematiikka ja kiertoradan täyttymisjärjestys sekä taikuutta. täytettyjä kuoria vastaavien protonien tai neutronien lukumäärä (katso Maagiset ytimet). numerot (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126) vastaavat peräkkäisiä. täyttäminen yhdentyyppisten kuorien nukleoneilla:

Sulut osoittavat joukon yhden hiukkasen tiloja, joilla on samanlainen energia ja jotka muodostavat yhden kuoren. Kuoret erotetaan toisistaan ​​energeettisesti. rako, joka ylittää merkittävästi saman kuoren tasojen välisen etäisyyden (kuva 1).

Keskusta. osa kuoren potentiaalista on potentiaalia. äärellisen syvyinen kuoppa, jonka muoto toistaa ydintiheyden jakauman. Useimmiten ns. Saxon-Woodsin mahdollisuudet:

Kanssa V 0 50 MeV. Kun kuvataan nukleonien sidotut tilat, se voidaan likimäärin korvata harmonisella potentiaalilla. oskillaattori tai suorakulmio hyvin ja käytä nukleonien aaltofunktioita näille yksinkertaisille kuoripotentiaalille ydintilojen ominaisuuksien kuvaamisessa.

Riisi. 1. Kaavio ydinkuorten täyttämisestä protoneilla (vasemmalla) ja neutroneilla (oikealla). Tasojen oikealla puolella ovat ytimen kokonaiskulmamomentti; vasemmalla - spektroskooppiset symbolit: kirjain vastaa tiettyä arvoa l [l=0 (s), 1(p), 2(d), 3(f), 4(g), 5(h), 6(i)]; numero on pääkvanttiluku. Katkoviiva merkitsee kuorien täyttämisen maagisia numeroita.

Kuorimalli kuvaa tyydyttävästi magneettikenttää. parittomien ytimien hetkiä, jotka kokeellisten tietojen mukaan sijaitsevat ns. Schmidtin linjat. Schmidtin linjat soitettiin. magneettinen riippuvuus. nukleonien dipolimomentit M alkaen ang. hetki j annettu l = jb 1/2 (kuva 2). Hieman huonompia kuvataan sähköisiä. ydinvaltioiden kvadrupolihetket. Jälkimmäinen johtuu siitä, että potentiaalia V o6( r) oletettiin alun perin olevan pallosymmetrinen.

Riisi. 2. Schmidt-viivat ytimille, joissa on pariton luku protonit Z.

Ytimen ei-pallomaisuus. Pyörivä malli. Kvadrupolimomentit ovat erityisen suuria K ytimet kanssa I> 1/2 harvinaisten maametallien alalla (150<A<190) и актинидов (A> 200 ). Ne ylittävät pallomaisen kuorimallin ennustamat arvot. potentiaalia V noin 10-100 kertaa. Näiden ytimien alempien tasojen energiat täyttävät "kiertolain":

to-ry kuvaa kiertospektrin. jäykän symmetrisen yläosan tasot hitausmomentilla J(cm. Ytimen pyörivä liike Tällaisen topin tila ang. hetkiä I = K, K+ 1, K+ 2, ... muodostavat kierron. bändi, jolle on ominaista tietty. projektiokulman arvo. momentti huipun symmetria-akselilla minä 3 = Vastaanottaja. Poikkeuksena ovat bändit K= 0, jolle sallitaan vain parilliset tai vain parittomat kulman arvot. hetki minä. Erityisesti parillisten ytimien tilat perustuvat pyörimiseen. raidat kanssa K= 0 ja arvot minä p = 0 + , 2 + , 4 + , ... nauhat ovat vahvoja sähköisiä. kvadrupoli ( E 2 )g-siirtymät.

Nämä tosiasiat toimivat perustana 1950-luvulla ehdotetun ytimen kollektiivisen mallin rakentamiselle. J. Rainwater, A. Bohr, B. R. Mottelson. Tämän mallin mukaan yllä olevien alueiden ytimet ovat puoliakselisten kiertoellipsoidin muotoisia

jossa muodonmuutosparametri P kuvaa ytimen epäpalloisuuden astetta. Se määrittää ytimien staattisten kvadrupolimomenttien arvot, e-magnin todennäköisyyden. E 2-siirtymä pyörien välillä ytimen hitausmomentin tasot ja arvot (katso epämuodostuneet ytimet). Koetietojen mukaan b:n arvo suurimmalle osalle epämuodostuneista ytimistä on välillä 0,1-0,3 (normaali muodonmuutos). Ydinreaktioiden avulla raskaiden ionien kanssa löydettiin kiihdytetyt kierrokset. joissakin ytimissä (152 Dy) suurella kulmalla. hetkiä minä~40-60 (ytimien high-spin-tilat), joille on ominaista erittäin suuri muodonmuutos, kun ytimen puoliakselien suhde a 1 : a 2 = 2:1 tai 3:2 (super rauhanvastaiset raidat). Jotkut muotoutuvat. ytimillä (isotoopit Os, Pt) ei ole aksiaalista symmetriaa. Niiden alemmat tasot edustavat pyörimistä. epäsymmetrisen yläosan tilat (ei-aksiaalisen rotaattorin malli Davydov-Filippov). Kierrä asteikkoa. energiat (2 / 2J~= 100 keV) raskaassa muodonmuutoksessa. ytimet on sellainen, että ytimen hitausmomentti tiloissa, joissa on normaali muodonmuutos J~10 -27 g. cm2. Se on 2-3 kertaa pienempi kuin vastaavan muotoisen kiinteän ellipsoidin hitausmomentti. Tämä tarkoittaa, että kaikki ytimen massa ei osallistu pyörimiseen. liikettä. Superdeformerissa. nauhat, hitausmomentti on lähellä kiinteää tilaa.

Int. muodonmuutos. ytimiä kuvataan mallilla kuoret, joissa on muotomuuttaja. potentiaalia V noin ( r) (Nielssonin malli). Tutkimus nukleonien yksipartikkelisten kiertoratojen energian riippuvuudesta muodonmuutoksesta tässä mallissa osoittaa, että joillakin alueilla jaksollinen elementtijärjestelmissä, on energeettisesti edullista, että ytimet eivät ole pallomaisia, vaan muotoiltuja. Teorian ennustama muodonmuutoksen arvo on yleisesti samaa mieltä kokeen kanssa. Perusteella värähtelyn herätteet deformer. ytimet (katso Ytimen värähtelyviritykset) syntyy uusia kierroksia. raidat (b-nauha, jossa K= 0 ja g-kaista K= 2) . Yksipartikkelisten kiertoratojen täytön uudelleenjärjestely deformaattoriksi. potentiaali synnyttää kiihtyneen pyörimisen. raidat. Tämän seurauksena useiden ytimien spektrissä on mahdollista erottaa keskiarvot. kierrosten määrä kaistat (jopa 9 235 U -ytimessä). Dep. nauhat on jäljitetty erittäin suuriin kulmiin. hetki minä~ 25-30. Keinot. muodonmuutos sekä pyöriminen. spektreissä on joitain suhteellisen kevyitä ytimiä (esim. 20 Ne, 4 Mg). Kun sydämen muodonmuutosparametri b muuttuu, vaipan rakenne muuttuu. Suurelle b ( a 1 :a 2 = 2:1 ) yksipartikkeliset kiertoradat ryhmitellään kuoriksi eri tavalla kuin normaaleissa muodonmuutoksissa, uusia taikuutta ilmaantuu. numeroita. Taikuutta lähellä olevat ytimet (esimerkiksi 152 Dy), joilla on tällainen muodonmuutos, ovat suhteellisen vakaita ja voivat synnyttää pyörimisen. raidat. Ne löydettiin kokeellisesti superdeformersin muodossa. raidat.

Pyörivä rakenne. todellisten ytimien spektrit poikkeavat ihanteellisesta kierrosta. laki ( 5 ) johtuen keskipakovaikutuksista (ytimen hitausmomentin kasvu vääntömomentin kasvaessa), sekä Coriolis-voimat ja muut, ei-adiabaattiset. tarkistuksia. Liikenneviestintä otd. nukleonit, joissa ytimen pyöriminen kokonaisuutena vaikuttaa kiertorakenteeseen. parittomien ytimien tilat jo pienillä b:n ja arvoilla Vastaanottaja, mikä johtaa siihen, että (5):n sijasta niiden energioita kuvaa f-loi

Täällä d K,1/2 =0 at Vastaanottaja 1/2 ja d TO, 1/2 = 1 at K= 1/2, vakio a-empiirisesti valittu "irrotusparametri", joka luonnehtii ang:n sidosta. nukleonin liikemäärä ja rotaatio. ytimen hetki.

Superfluid ydinmalli. Ytimessä syntyy suprajohtavan tyyppisiä parikorrelaatioita ns. nukleonien välinen jäännösvuorovaikutus, se osa todellista nukleoni-nukleonivuorovaikutusta, joka ei sisälly itseyhdenmukaiseen potentiaaliin vrt. kentät V noin ( r). Empiirisesti tarkkailtu energisesti. hyödyttää kahta nukleonia kiertoradalla nlj muodostavat parin kompen-herran kanssa. selkä, ts. täydellä hetkellä minä = 0. Tällainen pari on samanlainen kuin Cooperin elektronipari, jonka momentti on päinvastainen suprajohteen. Nukleonien välinen vetovoima näissä tiloissa lähellä Fermin pintaa aiheuttaa atomiytimien superfluiditeetti.

Yksityiskohtaisen supernestemallin ytimestä kehittivät itsenäisesti S. T. Belyaev ja V. G. Solovjov käyttäen menetelmiä, jotka ovat samanlaisia ​​kuin suprajohtavuusteoriassa. Yksi ydinaineen superfluiditeetin ilmenemismuodoista voi olla energian läsnäolo. rakot D ydinaineen supernesteen ja normaalin tilan välillä. Sen määrää Cooper-parin tuhoutumisenergia ja se on ~ 1 MeV raskaissa ytimissä. Ero ytimien hitausmomenttien ja kiinteän olomuodon arvojen välillä liittyy myös ydinaineen superfluiditeettiin. Ytimen superfluidimalli kuvaa tyydyttävästi ytimien hitausmomentit, ytimen muodonmuutosparametrin b muutosta valenssikuoren täyttyessä nukleoneilla. Ydinaineen superfluiditeetilla, joka johtaa Fermin pinnan tahriintumiseen, on merkittävä vaikutus e-mag:iin. siirtymät, yhden nukleonin (hajoaminen, poiminta) ja kahden nukleonin siirron reaktioiden todennäköisyydet (katso. Suorat ydinreaktiot).

Superfluidimalli ennustaa parikorrelaatioiden tuhoutumisen ytimessä riittävän suurilla spineillä ( minä>>1). Tämä ilmiö on analoginen vahvojen magneettien aiheuttaman suprajohtavuuden tuhoamisen kanssa. kenttä, ilmenee hitausmomentin äkillisenä kasvuna J tässä kierrossa. bändi tietyllä rommikriittisellä tasolla. spin arvo minä kr ~60. Tätä ei kuitenkaan ole vielä selkeästi havaittu tutkittaessa ytimien high-spin-tiloja ( minä<=20-30), возбуждаемых в реакциях с тяжёлыми ионами, наблюдалось немонотонное изменение J kasvaessa minä(b ja t n y zag ja b). Pyörityksen alueella minä B (~12-16) ang:n nousu. hetki minä ei johda nousuun pyörimisnopeus w, mutta sen lasku johtuen siitä, että ytimen hitausmomentti kasvaa jyrkästi J. Tämä muutos johtuu siitä, että lähellä pistettä minä B on pääkierron leikkauspiste. ydinbändit ( K= 0 + ), jonka sisäpuolelle on rakennettu jännittävä nauha. ytimen tila, jossa yksi Cooper-pareista neutroniradalla h 11/2 tuhoutuu ja näiden kahden nukleonin spinit eivät enää kompensoi toisiaan, vaan molemmat ovat linjassa pyörimisen kanssa. hetki. Tässä tapauksessa sydämen muodonmuutos muuttuu, hitausmomentti kasvaa ja magneettikenttä muuttuu. ydinominaisuudet.

Parin tuhoutuminen johtuu Coriolis-voimista, joiden vaikutus on suurin nukleoneille kuorissa, joissa on suuri nukleonimomentti j. Protonien kiertoradan kohdistus löydetty h 11/2 ja neutronit kiertoradalla i 13/2. Kahden nukleoniparin kohdistaminen johtaa toiseen käänteiseen taivutukseen jne. Kysymys ydinaineen superfluiditeetin luonteesta superdeformeriksi. osavaltioita tutkitaan.

Muut ydinmallit. Yhdessä pääasiallisen kanssa ydinmalleja käytetään erikoistuneemmin. mallit. Klusterimalli tulkitsee joidenkin ytimien rakenteen eräänlaiseksi molekyyliksi, joka koostuu a-hiukkasista, deuteroneista (d), newts(t) jne. Esimerkiksi l2 C = 3a, 16 O = 4a, 6 Li = a+d, 7 Li = a + t jne. (cm. nukleoniassosiaatiomalli). Ytimen tilastollinen malli kuvaa ytimien voimakkaasti virittyneiden tilojen ominaisuuksia ja ominaisuuksia, kuten tasotiheyttä, lämpötilaa jne.

Vuorovaikutuksessa olevien bosonien vuorovaikutuksen mallissa oletetaan, että parillisen ytimen alimmissa tiloissa nukleonit yhdistyvät S- ja D-parit (momenteilla 0 ja 2), joita voidaan pitää suunnilleen ihanteellisina s- ja d- bosonit. Näiden bosonien lukumäärä on yhtä suuri kuin puolet valenssinukleonien lukumäärästä. Tässä mallissa ytimen alimpien kollektiivisten tilojen spektri muodostuu bosonien välisen vuorovaikutuksen seurauksena. Tämän mallin tarkemmat versiot sisältävät s-, d-, g-,... bosonit, ja myös vertailla erilaisia ​​bosoneja protoni- ja neutronipareihin. Vuorovaikutteisten bosonien malli mahdollistaa kuvaamisen yhdessä pyörimisen kanssa. ja vaihdella. spektrit ovat myös monimutkaisemman rakenteen spektrejä, jotka ovat ominaisia ​​ytimille, jotka siirtyvät pallomaisista ytimistä epämuodostuneisiin ytimiin. Ydinmallien perustelut ja ytimien ominaisuuksien tarkemmat laskelmat tehdään ns. mikroskooppinen menetelmät (Hartrey-Fokan menetelmä, satunnaisvaihemenetelmä, äärellisten Fermi-järjestelmien teoria jne.).

Lit.: Davydov A. S., Atomiytimen teoria, M., 1958; Mukhin K. N., Experimental ydinphysics, 5. painos, kirja. 1-2, M., 1993; Migdal A. B., Teoria äärellisistä Fermi-järjestelmistä ja atomiytimien ominaisuuksista, 2. painos, M., 1983; Bohr O., Mottelson B., Atomiytimen rakenne, trans. englannista, osa 1-2, M., 1971-77; Sitenko A. G., Tartakovsky V. K., Luennot ytimen teoriasta, Moskova, 1972; Shirokov Yu. M., Yudin N. P., Nuclear Physics, 2. painos, M., 1980; Aizenberg I., Greiner V., Ydinmallit, kollektiiviset ja yksipartikkeliilmiöt, käänn. Englannista, M., 1975; ne, ytimen mikroskooppinen teoria, trans. Englannista, M., 1976; Rhine-water, J., How the Spheroidal Nuclei Model Came to Be, käänn. englannista, UFN, 1976, v. 120, c. 4, s. 529; Bor O., Pyörimisliike ytimissä, trans. englannista, ibid., s. 543; Mottelson B., Alkuperäiset viritystyypit ytimissä, trans. englannista, ibid., s. 563; Solovjov VG, Atomiytimen teoria. Nuclear Models, Moskova, 1981; Mikhailov V. M., Kraft O. E., Nuclear Physics, L., 1988; Nemets O. F. et ai., Nucleon Associations in atomic nuclei and ydinreaktiot moninukleonisiirroissa, K., 1988.

Yu. F. Smirnov.

Atomi koostuu positiivisesti varautuneesta ytimestä ja sitä ympäröivistä elektroneista. Atomiytimien mitat ovat noin 10 -14 ... 10 -15 m (atomin lineaariset mitat ovat 10 -10 m).

Atomiydin koostuu alkuainehiukkasista protoneja ja neutroneja. Venäläinen fyysikko D. D. Ivanenko ehdotti ytimen protoni-neutronimallia, jonka myöhemmin kehitti V. Heisenberg.

Protoni ( R) jonka positiivinen varaus on yhtä suuri kuin elektronin ja lepomassan varaus t s = 1,6726∙10 -27 kg 1836 m e, missä m e on elektronin massa. Neutroni ( n)-neutraali hiukkanen lepomassalla m n= 1,6749∙10 -27 kg 1839t e ,. Protonien ja neutronien massa ilmaistaan ​​usein muissa yksiköissä - atomimassayksiköissä (a.m.u., massayksikkö, joka vastaa 1/12 hiiliatomin massasta
). Protonin ja neutronin massat ovat suunnilleen yhtä atomimassayksikköä. Protoneja ja neutroneja kutsutaan nukleonit(alkaen lat. ydin-ydin). Atomiytimen nukleonien kokonaismäärää kutsutaan massaluvuksi MUTTA).

Ydinten säteet kasvavat massaluvun kasvaessa suhteen mukaisesti R= 1,4MUTTA 1/3 10-13 cm.

Kokeet osoittavat, että ytimillä ei ole teräviä rajoja. Ytimen keskustassa on tietty ydinaineen tiheys, ja se pienenee vähitellen nollaan etäisyyden kasvaessa keskustasta. Koska ytimellä ei ole tarkasti määriteltyä rajaa, sen "säde" määritellään etäisyydeksi keskustasta, jossa ydinaineen tiheys puolittuu. Useimpien ytimien keskimääräinen aineen tiheysjakauma ei ole vain pallomainen. Suurin osa ytimistä on epämuodostunut. Usein ytimet ovat pitkänomaisia ​​tai litistettyjä ellipsoideja.

Atomiydin on karakterisoitu veloittaaZe, missä Zlatausnumero ydin, joka on yhtä suuri kuin protonien lukumäärä ytimessä ja on sama kuin kemiallisen alkuaineen sarjanumero Mendelejevin jaksollisessa elementtijärjestelmässä.

Ydintä merkitään samalla symbolilla kuin neutraalia atomia:
, missä X- kemiallisen alkuaineen symboli, Z atomiluku (protonien lukumäärä ytimessä), MUTTA- massaluku (nukleonien lukumäärä ytimessä). Massanumero MUTTA suunnilleen yhtä suuri kuin ytimen massa atomimassayksiköissä.

Koska atomi on neutraali, ytimen varaus Z määrittää elektronien lukumäärän atomissa. Elektronien lukumäärä riippuu atomin tilojen jakautumisesta. Ydinvaraus määrittää tietyn kemiallisen alkuaineen ominaispiirteet, eli määrittää elektronien lukumäärän atomissa, niiden elektronikuorten konfiguraation, atominsisäisen sähkökentän suuruuden ja luonteen.

Ytimet, joilla on sama varausnumero Z, mutta eri massaluvuilla MUTTA(eli eri neutronimäärillä N = A-Z) kutsutaan isotoopeiksi ja ytimiksi, joilla on sama MUTTA, mutta erilainen Z- isobaarit. Esimerkiksi vety ( Z= l) sisältää kolme isotooppia: H - protium ( Z=l, N= 0), H - deuterium ( Z=l, N= 1), H - tritium ( Z=l, N\u003d 2), tina - kymmenen isotooppia jne. Suurimmassa osassa tapauksista saman kemiallisen alkuaineen isotoopeilla on samat kemialliset ja lähes samat fysikaaliset ominaisuudet.

E, MeV

Kun elektroni siirtyy korkeamman energian tilasta alhaisempaan energiatilaan, energiaero emittoituu fotonin muodossa. Näiden fotonien energia on useiden elektronivoltien luokkaa. Ytimen tasoenergiat ovat noin 1 - 10 MeV. Näiden tasojen välisten siirtymien aikana emittoituu erittäin korkean energian fotoneja (γ-kvantit). Tällaisten siirtymien havainnollistamiseksi kuvassa. 6.1 näyttää ytimen viisi ensimmäistä energiatasoa
.Pystyviivat osoittavat havaitut siirtymät. Esimerkiksi y-kvantti, jonka energia on 1,43 MeV, emittoituu ytimen siirtyessä tilasta, jonka energia on 3,58 MeV, tilaan, jonka energia on 2,15 MeV.

atomiydin
Atomiydin

atomiydin - atomin keskeinen ja erittäin kompakti osa, johon on keskittynyt lähes kaikki sen massa ja kaikki positiivinen sähkövaraus. Ydin, joka pitää lähellä itseään Coulombin toimesta, pakottaa elektroneja määrässä, joka kompensoi sen positiivista varausta, muodostaen neutraalin atomin. Suurin osa ytimistä on muodoltaan lähellä pallomaista ja halkaisijaltaan ≈ 10 -12 cm, mikä on neljä suuruusluokkaa pienempi kuin atomin halkaisija (10 -8 cm). Aineen tiheys ytimessä on noin 230 miljoonaa tonnia/cm 3 .
Atomiydin löydettiin vuonna 1911 Cambridgessa (Englanti) E. Rutherfordin johdolla suoritettujen alfahiukkasten sironnan kokeiden sarjan tuloksena ohuiden kulta- ja platinakalvojen avulla. Vuonna 1932, kun J. Chadwick löysi neutronin, kävi selväksi, että ydin koostuu protoneista ja neutroneista
(V. Heisenberg, D.D. Ivanenko, E. Majorana).
Atomiytimen osoittamiseen käytetään atomin kemiallisen alkuaineen symbolia, joka sisältää ytimen, ja tämän symbolin vasen yläindeksi näyttää nukleonien lukumäärän (massaluku) tässä ytimessä ja alempi vasen indeksi osoittaa siinä olevien protonien määrä. Esimerkiksi nikkeliydin, joka sisältää 58 nukleonia, joista 28 on protoneja, on merkitty. Samaa ydintä voidaan myös nimetä 58 Ni:ksi tai nikkeli-58:ksi.

Ydin on järjestelmä tiheästi pakautuneista protoneista ja neutroneista, jotka liikkuvat nopeudella 10 9 - 10 10 cm/s ja joita pitävät voimakkaat ja lyhyen kantaman keskinäisen vetovoiman ydinvoimat (niiden vaikutusaluetta rajoittavat etäisyydet ≈ 10-13 cm). Protonit ja neutronit ovat kooltaan noin 10-13 cm, ja niitä pidetään yhden hiukkasen, nukleonin, kahdeksi eri tilaksi. Ytimen säde voidaan arvioida likimäärin kaavalla R ≈ (1,0-1,1)·10 -13 A 1/3 cm, jossa A on nukleonien lukumäärä (protonien ja neutronien kokonaismäärä) ytimessä. Kuvassa Kuva 1 näyttää, kuinka aineen tiheys muuttuu (yksiköissä 10 14 g/cm3) nikkeliytimen sisällä, joka koostuu 28 protonista ja 30 neutronista, riippuen etäisyydestä r (yksiköissä 10 -13 cm) ytimen keskustaan. ydin.
Ydinvuorovaikutus (ytimen nukleonien välinen vuorovaikutus) johtuu siitä tosiasiasta, että nukleonit vaihtavat mesoneja. Tämä vuorovaikutus on ilmentymä perustavanlaatuisemmasta vahvasta vuorovaikutuksesta nukleoneja ja mesoneja muodostavien kvarkkien välillä (samaan tapaan molekyyleissä olevat kemialliset sidosvoimat ovat ilmentymä perustavanlaatuisemmista sähkömagneettisista voimista).
Ydinmaailma on hyvin monimuotoinen. Tunnetaan noin 3000 ydintä, jotka eroavat toisistaan ​​joko protonien tai neutronien lukumäärän tai molempien osalta. Suurin osa niistä on saatu keinotekoisesti.
Vain 264 ydintä ovat vakaita, ts. eivät koe spontaaneja muutoksia, joita kutsutaan hajoamiseksi, ajan myötä. Loput kokevat erilaisia ​​hajoamisen muotoja - alfa-hajoaminen (alfahiukkasen eli heliumatomin ytimen emissio); beeta-hajoaminen (elektronin ja antineutrinon tai positronin ja neutrinon samanaikainen emissio sekä atomielektronin absorptio neutriinon emission kanssa); gammahajoaminen (fotonipäästö) ja muut.
Erityyppisiä ytimiä kutsutaan usein nuklideiksi. Nuklideja, joissa on sama määrä protoneja ja eri määrä neutroneja, kutsutaan isotoopeiksi. Nuklideja, joissa on sama määrä nukleoneja, mutta eri protonien ja neutronien suhteet, kutsutaan isobaariksi. Kevyet ytimet sisältävät suunnilleen yhtä paljon protoneja ja neutroneja. Raskaissa ytimissä neutronien määrä on noin 1,5 kertaa protonien lukumäärä. Kevyin ydin on vetyatomin ydin, joka koostuu yhdestä protonista. Raskaimmissa tunnetuissa ytimissä (ne on saatu keinotekoisesti) on nukleonien lukumäärä ≈290. Näistä 116-118 on protoneja.
Erilaiset protonien Z ja neutronien lukumäärän yhdistelmät vastaavat eri atomiytimiä. Atomiytimet ovat olemassa (eli niiden elinikä t > 10 -23 s) melko kapealla lukujen Z ja N muutosalueella. Tässä tapauksessa kaikki atomiytimet on jaettu kahteen osaan. suuria ryhmiä- stabiili ja radioaktiivinen (epästabiili). Vakaat ytimet klusterit lähellä stabiilisuusviivaa, joka saadaan yhtälöstä

Kuvassa Kuva 2 esittää NZ-kaavion atomiytimistä. Mustat pisteet osoittavat vakaita ytimiä. Aluetta, jossa stabiilit ytimet sijaitsevat, kutsutaan yleensä stabiiliuslaaksoksi. Vakaiden ytimien vasemmalla puolella ovat ytimet, jotka on ylikuormitettu protoneilla (protonirikkaat ytimet), oikealla - ytimet, jotka on ylikuormitettu neutroneilla (neutronirikkaat ytimet). Tällä hetkellä löydetyt atomiytimet on korostettu värein. Niitä on noin 3,5 tuhatta. Niitä uskotaan olevan yhteensä 7 - 7,5 tuhatta. Protonirikkaat ytimet (purinpunainen väri) ovat radioaktiivisia ja muuttuvat pysyviksi pääasiassa β + -hajoamisen seurauksena, ytimeen kuuluva protoni muuttuu neutroniksi. Neutronirikkaat ytimet (sininen väri) ovat myös radioaktiivisia ja muuttuvat vakaiksi - -hajoamisen seurauksena, kun ytimen neutroni muuttuu protoniksi.
Raskaimmat stabiilit isotoopit ovat lyijyn (Z = 82) ja vismutin (Z = 83) isotoopit. Raskaat ytimet β + ja β - hajoamisprosessien ohella ovat myös alttiina α-hajoamiselle ( keltainen) ja spontaani fissio, joista tulee niiden pääasialliset hajoamiskanavat. Pisteviiva kuvassa Kuva 2 hahmottelee atomiytimien mahdollisen olemassaolon alueen. Viiva B p = 0 (B p on protonien erotusenergia) rajoittaa atomiytimien olemassaoloaluetta vasemmalla (protonitipuviiva). Suora B n = 0 (B n on neutronien erotusenergia) on oikealla (neutronien tippuviiva). Näiden rajojen ulkopuolella atomiytimiä ei voi olla olemassa, koska ne hajoavat tyypillisessä ydinajassa (~10 -23 - 10 -22 s) nukleoniemissiolla.
Kahden kevyen ytimen yhdistäminen (synteesi) ja raskaan ytimen fissio kahdeksi kevyemmäksi fragmentiksi vapautuu paljon energiaa. Nämä kaksi menetelmää energian saamiseksi ovat tehokkaimmat tunnetuista. Joten 1 gramma ydinpolttoainetta vastaa 10 tonnia kemiallista polttoainetta. Ydinfuusio (termoydinreaktiot) on energian lähde tähtille. Hallitsematon (räjähtävä) fuusio tapahtuu, kun lämpöydinpommi (tai niin kutsuttu "vety") räjäytetään. Hallittu (hidas) synteesi on kehitteillä olevan lupaavan energialähteen – lämpöydinreaktorin – taustalla.
Hallitsematon (räjähtävä) fissio tapahtuu atomipommin räjähdyksen aikana. Hallittu jako suoritetaan vuonna ydinreaktoreita, jotka ovat energianlähteitä ydinvoimaloissa.
Atomiytimien teoreettiseen kuvaamiseen käytetään kvanttimekaniikkaa ja erilaisia ​​malleja.
Ydin voi käyttäytyä sekä kaasuna (kvanttikaasu) että nesteenä (kvanttineste). Kylmällä ydinnesteellä on superfluidiominaisuudet. Voimakkaasti kuumennetussa ytimessä nukleonit hajoavat kvarkeiksi. Nämä kvarkit ovat vuorovaikutuksessa gluoneja vaihtamalla. Tällaisen hajoamisen seurauksena ytimen sisällä oleva nukleonisarja muuttuu uudeksi aineen olomuodoksi - kvarkkigluoniplasmaksi