Часть 2. Строение атомного ядра

Аннотация

Развиваемая автором «Геометрическая теория» позволяет дополнить, развить и уточнить оболочечную модель строения ядра, а также объяснить особенности строения молекул.

Введение

На сегодня существует несколько моделей атомного ядра, каждая из которых удовлетворительно описывает некоторые свойства ядер.

1. Опыты Хофштадтера по рассеянию быстрых электронов на атомных ядрах убедительно показали, что нуклоны имеют конечные пространственные размеры. Но поскольку элементарным частицам с самого начала было отказано в праве иметь пространственную структуру, то и попыток классификации с ее помощью не было.

Размеры радиусов нуклонов (протона и нейтрона) в 0,8 Ферми (1Ф = 10^–13 см) найдены Хофштадтером экспериментально, поэтому не могли быть отвергнуты и зафиксированы в справочниках (как досадное исключение, на которое никто не обращал внимания). Таким образом, есть два принципиально различных подхода к описанию структуры элементарных частиц: либо локальность, теория относительности и принцип неопределенности Гейзенберга, либо протяженность и отказ от теорий, которые ей противоречат.

2. Еще в 1917 г. П. Эренфест отметил, что в эвклидовых пространствах с размерностью более трех не могут существовать устойчивые аналоги атомов и планетных систем. Но, поскольку при размерности менее трех не могут возникнуть сложные структуры, то три является единственной размерностью, при которой реализуются основные, устойчивые элементы Вселенной, т.е. элементарные частицы.

3. Все субатомные частицы являются проявлением в трехмерном пространстве одного и того-же вещества в различных количествах и форме. При этом наполненность веществом единицы объема (плотность) для всех частиц является константой. В силу действия философского закона перехода количества в качество, изменение количества вещества ведет к изменению свойств частицы.

Атомное ядро, по сути, является сложной квантовой системой большого количества частиц, с сильным взаимодействием, и описывается большим количеством параметров (свойств). Любая попытка создания теории ядра сталкивается с трудностями, в основном - из-за отсутствия знаний о природе ядерных сил. Но даже, если бы, был известен характер ядерных сил, действующих между нуклонами, то следующей задачей теоретической физики станет решение квантовой задачи, учитывающей взаимодействие многих тел, хотя эта задача сегодня не имеет решения даже для трёх нуклонов.

Именно потому, ядерные силы взаимодействия между нуклонами, определяются методом подбора неких параметров к уже известным экспериментальным данным при помощи формул и зависимостей, разных для каждой модели. Поскольку каждая  модель  обладает ограниченными возможностями и не может дать полного описания всех свойств ядра, то приходится рассматривать разные модели, описывающих некоторые ядерные свойства.

Наиболее распространенные сегодня капельная модель  ядра, оболочечная модель.

Гидродинамическая (капельная) модель  ядра  (Н.Бор, 1936). Капельная модель основан на аналогии между поведением нуклонов в ядре и поведением молекул в капле жидкости. В капельной  модели   ядро  рассматривается как непрерывная среда, состоящая из нейтронной и протонной жидкостей и описываемая уравнениями классической гидродинамики. Эта модель не объяснила повышенную устойчивость ядер, содержащих магические числа протонов и нейтронов.

Оболочечная  модель   ядра . (М. Гепперт-Маер, И.Х.Д. Йенсен, 1950). Ещё в начале развития ядерной физики на основе обнаружения так называемых магических чисел протонов и нейтронов в ядре атомов (2,8, 20, 50, 82, 126) было предложено использовать оболочечную модель, успешно работающую в теории электронных оболочек атома.

Оболочечная модель также не дает теоретического обоснования «магических» чисел.

 Коллективная  модель  ядра  (Дж. Рейнуотер, 1959, О. Бор и Б. Моттельсон, 1952), в была создана на основе представлений капельной  модели , объяснила природу низколежащих возбуждений ядер . Возбуждения ядер интерпретируются как динамическая деформация поверхности (т.е. поверхность зависит от времени).

Эта модель примирила исключающие исходные положения гидродинамической и оболочечной моделей. Но она столкнулась с трудностями в объяснении опытных данных, особенно в тех ядрах, в которых вне остова движется несколько нуклонов. Попытки создания моделей парных корреляций(напр.сверхтекучая  модель  ядра . (Н. Н. Боголюбов, О. Бор, Б. Моттельсон, Д.Пайнс - 1958). В основе этой модели лежит предположение о том, что пары протонов и нейтронов с равными и противоположными направленными моментами количества движения образуют в ядре состояния типа связанных. С помощью моделей парных корреляций удаётся хорошо описывать спины и квадрупольные моменты основных состояний ядер, а также энергии, спины, квадрупольные моменты и вероятности переходов возбужденных однонуклонных и коллективных (вращательных и колебательных) состояний в ядрах вплоть до энергий 3-6 МэВ. Модель хорошо описывает плотность уровней, свойства нейтронных резонансов и позволяет рассчитывать равновесные деформации ядер как в основном, так и в возбужденном состоянии.

Развиваемая автором «Геометрическая теория» позволяет дополнить, развить и уточнить оболочечную и коллективные модели строения ядра.

1. Основные положения “Геометрической теории” атомного ядра

Основные понятия и термины геометрической модели :

Нуклонная пара - ядро Протия, состоящее из двух связанных нуклонов (протона и нейтрона).

Цепочка - Пространственная структура в виде линейно-последовательно соединенных нуклонных пар (p-n-p-n).

Оболочка - Пространственная структура в виде квадрата, заполняемая нуклонными парами и цепочками, расположенными в одной плоскости. Полностью заполненная Оболочка имеет вид квадрата. Виды Оболочек : s – две нуклонные пары, p – шесть пар, d- десять пар, f- четырнадцать пар, b- восемнадцать нуклонных пар.

Слой – Пространственная структура, состоящая из Оболочек, вложенных один в другой, и расположенных в одной плоскости.

Основное ядро – Пространственная структура, состоящая из слоев, полностью или частично заполненных нуклонными парами Оболочек.

Вакансия - местоположение в структуре ядра, в которое может быть помещен нейтрон в заполняемую Оболочку или рядом с ним.

Гипотеза 1: Структура электронных оболочек атома является отражением структуры атомного ядра. Нуклоны в атомном ядре соединяются в 3-х мерном пространстве под углом 90°. Ядерные оболочки имеют форму квадрата и располагаются последовательными слоями. Каждый нуклон Оболочки каждого слоя имеет в ядре определенное пространственное положение.

Гипотеза 2: Все связи нуклонов в ядре имеют характер «протон-нейтрон», образуя протон-нейтронные пары и цепочки. Такие протон-нейтронные пары в количестве Z образуют «основное ядро», заполняя Оболочки по определенному порядку. Местоположение протонов и нейтронов в одинаковых позициях в Оболочках, меняются местами в соседних слоях.

Гипотеза 3: Порядок вакансии определяется количеством связей, которые будут установлены нейтроном, помещенным в данную точку пространства. Автором предложено обозначать вакансии символами W1 ÷ W6. У изотопов для которых А>2*Z, первыми заполняются вакансии старших порядков. Порядок заполнения вакансий аналогичен порядку заполнения оболочек. У изотопов для которых А<2*Z, вакансии образуются на месте нейтронов, входящих во внешние Оболочки основного ядра.

формате PDF (248Кб)