ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Систематика ядер из "Ядерная химия и радиохимия" Энергия связи. Как было показано выше, и объем и полная энергия связи ядер почти точно пропорциональны числу нуклонов в ядре. Первое наблюдение показывает, что ядерное вещество практически несжимаемо, второе свидетельствует о насыщенном характере ядерных сил, т. е. означает, что нуклон, находящийся в ядре, по-видимому, взаимодействует лишь с небольшим числом других нуклонов. Это в какой-то мере похоже на поведение атома в жидкости или твердом теле, где он сильно взаимодействует лишь с небольшим числом соседних атомов. Продолжая эту мысль, ядро можно сравнить с каплей несжимаемой жидкости и использовать эту аналогию при рассмотрении вопроса об энергии связи. Следуя капельной модели, с помощью полуэмпирических расчетов удалось получить очень полезные выражения , связывающие полную энергию связи (или массу) с нуклонным составом ядра (т. е. с 2 и 4). Встречающиеся в литературе выражения могут содержать несколько отличные коэффициенты, но характер входящих в них членов всегда одинаков. [c.48] Первый и наиболее существенный член в выражении (3) отражает тот факт, что полная энергия связи пропорциональна числу нуклонов А. Это обстоятельство является прямым следствием того, что ядерные силы имеют короткий радиус действия и насыщенный характер. Как указывают наблюдаемые большие энергии связи Не, l 0 (см. рис. 5а), насыщение этих сил, по-видимому, происходит почти полностью (однако не совсем) при взаимодействии четырех частиц двух протонов и двух нейтронов. [c.48] Можно ожидать, что нуклоны, расположенные на поверхности ядра, имеют ненасыщенные силы, и поэтому следует учитывать уменьшение энергии связи, пропорциональное поверхности ядра. Этот учет производится с помощью второго (отрицательного) члена, содержащего поскольку А пропорционально объему ядра, то А /з является мерой его поверхности. С увеличением размеров ядра отношение площади поверхности к объему уменьшается, соответственно уменьшается и роль второго члена. [c.48] Большая устойчивость ядер с заполненными уровнями проявляется не только в большем числе четно-четных ядер, но также в их большей распространенности в природе по сравнению с другими типами ядер. В среднем элементы с четными 2 значительно более распространены, чем элементы с нечетными Z (примерно в 10 раз). У элементов с четными Z относительные количества изотопов с четными массами (четные Щ составляют обычно 70—100% (за исключением бериллия, ксенона и диспрозия). [c.50] Характер приведенной на рис. 5 кривой зависимости энергии связи от А, имеющей максимум при А 60, обусловлен совокупным и противоположным действием разных физических явлений. С ростом А уменьшается поверхностная энергия, но увеличивается энергия, связанная с кулоновским взаимодействием и асимметрией ядер. [c.50] Таким образом, при определенном 4 коэффициенты а, Ь, с являются постоянными и при данном значении 6 уравнение (6) есть уравнение параболы. Сечение поверхности при любом нечетном 4 (б == 0) дает одну параболу, сечение при любом четном 4 (б = +132) дает две параболы, сдвинутые друг относительно друга по оси энергии на 26/4, но в остальном совершенно идентичные. Массовые (или энергетические) параболы полезно использовать при систематике процессов р-распада, так как они позволяют наглядно оценивать приблизительные значения энергии р-перехода между соседними изобарами. На рис. 10 и И представлены вычисленные по уравнению (6) параболы для 4 = 125 и 4 = 128. [c.51] Для достижения согласия с экспериментальными результатами надо сдвинуть параболу вдоль оси Ъ на 0,3 единицы, чтобы минимум пришелся в точку = 52,4. В этом случае улучшается соответствие и с другими известными из опыта значениями энергий -переходов, а следовательно, становятся более реальными предсказания пока неизмеренных энергий Р-распада Ва и Ьа . Максимальная абсолютная ошибка в оценке при использовании полуэмпирических уравнений приблизительно равна единице. [c.54] Ядерные оболочки. Во всех предыдущих рассуждениях ядро рассматривалось как статистический ансамбль протонов и нейтронов. Такая модель, согласно которой ядро уподобляется жидкой капле, хорошо объясняет многие свойства ядер. Однако, с другой стороны, вполне определенные экспериментальные данные указывают на существование в ядре некоторой структуры, аналогичной электронным оболочкам в атоме, хотя и не так явно выраженной. [c.54] Еще в 1934 г. Эльзассер обратил внимание на то обстоятельство, что при определенных соотношениях протонов и нейтронов образуются особенно стабильные конфигурации. Однако до 1948 г. вопрос о структуре ядерных оболочек не привлекал большого внимания, если не считать попыток объяснения известной повышенной стабильности легких ядер со значениями X и N, равными 2, 8 и 20 (гНе, вО , гоСа ). В 1948 г. Майер обнаружила еще ряд магических чисел 50 и 82 для протонов и 50, 82 и 126 для нейтронов [18]. Позднее было установлено, что 28 также является магическим числом. [c.54] Приведем краткую сводку экспериментальных наблюдений, свидетельствующих в пользу наличия в ядре определенной структуры. [c.54] При 2 28 только на долю следующих нуклидов с четными 7 в изотопной смеси приходится более 60% = 50), Ва (Ы = 82) и Се Ы = 82). При любом Ы, кроме = 50 и 82, имеется не более пяти стабильных изотопов, но в случае = 50 их известно шесть, а при N = 82 — семь. Аналогично наибольшее число стабильных изотопов (10 имеется у олова (2 = 50) у олова и кальция (2 = 20) массовые числа стабильных изотопов перекрывают необычайно большой интервал А. Знаменателен тот факт, что все три природных радиоактивных семейства заканчиваются стабильными изотопами свинца (2 = 82). Наиболее тяжелые стабильные нуклиды и В1 содержат по 126 нейтронов. [c.54] Избыточный сверх заполненной оболочки нуклон имеет особенно низкую энергию связи (аналогично низкому ионизационному потенциалу щелочных атомов). Это проявляется в необычайно малой вероятности захвата нейтронов ядрами, имеющими N = 50, 82 и 126. С другой стороны, в ядрах N = 51) и Хе N = 83) один нейтрон связан так слабо, что он самопроизвольно покидает ядро непосредственно вслед за образованием Кг и Хе при Р-распаде Вг и Р . [c.54] Множество сведений о наличии заполненной оболочки при N == 126 получено с помощью систематики а-распадов. При данном 2 энергия а-распада является плавной функцией А, но при N = 126 наблюдаются резкие скачки. Наконец, существует интересная корреляция между ядерной изомерией и магическими числами. Речь идет о так называемых островках ядерных изомеров, которые наблюдаются при X тк N, расположенных непосредственно ниже 50, 82 и 126. [c.55] Вопрос о ядерных оболочках удет еще рассматриваться в гл. IX, где показано, как можно объяснить магические числа с точки зрения представлений о заполнении нейтронами и протонами определенных энергетических уровней. [c.55] Вернуться к основной статье