Напечатать документ Послать нам письмо Сохранить документ Форумы сайта Вернуться к предыдущей
АКАДЕМИЯ ТРИНИТАРИЗМА На главную страницу
Дискуссии - Наука

В.А. Шашлов
Строение ядер (VII)

Oб авторе


Описаны конструкции стабильных ядер первых 8 элементов таблицы Менделеева с использованием кварк-нуклонной и кварковой формул, показывающих распределение нуклонов и кварков по ячейкам и узлам ядерного каркаса. Выявлена особенность ядерных конструкций 7Li и 9Ве, благодаря которой эти ядра могут участвовать в реакциях холодного ядерного синтеза.


Введение

Данная работа продолжает серию работ [1-6], посвященных строению атомного ядра. Основная идея данной серии работ заключается в представлении ядер в виде конструкций, построенных из моделирующих нуклоны прямоугольных тетраэдров.

Реальная форма нуклонов гораздо сложнее: центральным кором каждого нуклона является поверхность Боя. Однако эта поверхность имеет форму трилистника, который можно представить в виде прямоугольного тетраэдра: вершина тетраэдра, составленная из 3-х прямых углов, сопоставляется центральной части трилистника (общей области 3-х лепестков), а боковые ребра – лепесткам поверхности Боя.

Второй составной частью нуклона является связка проективных прямых: множество прямых, проходящих через центр поверхности Боя, точнее, через ее тройную точку, в которой сходятся 3 лепестка. Прямые связки представляют собой силовые линии единичного заряда и формируют элементарный заряд (е).


Примечание. Данное понимание заряда прямо противоположно пониманию заряда в Стандартной модели, где заряд рассматривается как первичная сущность, которая неведомым образом (используя всего-навсего соотношение неопределенности) генерирует неограниченное множество виртуальных фотонов, составляющих электрическое поле.


При соединении с лепестками поверхности Боя, связка прямых разбивается на 3 одинаковые части, что приводит к возникновению в каждом лепестке заряда величиной (1/3)е. Однако доля связки, приходящаяся на один лепесток, может перейти к соседнему лепестку, вследствие чего заряд этого лепестка увеличится в 2 раза и станет равным (2/3)е. В первом случае в лепестке образуется нижний кварк, а во втором случае – верхний кварк. Кварки не являются самостоятельными частицами, а образуются в результате распределения связки прямых по лепесткам поверхности Боя.

Данное понимание природы кварков выявляет физическую причину конфайнмента: кварки невозможно выделить (выбить) из адронов, поскольку лепестки невозможно отделить от поверхности Боя.

Фокусирование электрических силовых линий лепестками поверхности Боя происходит вблизи вершин лепестков. Это означает, что кварки располагаются вблизи указанных вершин, т.е. вблизи вершин основания моделирующих нуклоны тетраэдров. Вследствие этого, кварки соседних нуклонов могут быть сближены на расстояние, много меньшее размеров самих нуклонов: достаточно развернуть нуклоны друг к другу вершинами своих лепестков (вершинами оснований тетраэдров-нуклонов).

Именно таким образом располагаются нуклоны в атомных ядрах: нуклоны соприкасаются вершинами своих выступающих частей (лепестков), в которых находятся кварки. Вследствие этого кварки соседних нуклонов оказываются в непосредственной близости друг от друга: расстояние между кварками равно удвоенной толщине поверхностного слоя нуклонов (2d ~ 0,06 Фм). На таком расстоянии энергия кулоновского взаимодействия между кварками в расчете на один кварк составляет (2,5-3) Мэв.

Соответственно, энергия кулоновского взаимодействия нуклона с соседними нуклонами имеет величину 3*(2,5-3) ~ (7,5-9) Мэв. Именно такая величина характеризует энергию связи нуклонов в атомных ядрах, на основании чего можно сделать вывод, что нуклоны в ядрах связаны за счет кулоновского взаимодействия кварков, которые сблизились благодаря тому, что нуклоны направлены друг к другу выступающими участками поверхности (вершинами лепестков), в которых находятся кварки.


Примечание. Разворот нуклонов вершинами лепестков также осуществляется за счет кулоновского взаимодействия: подобным образом поворачиваются диполи, которые сблизились на расстояние, сравнимое с размером самих диполей.


При сближении N вершин лепестков (принадлежащих N нуклонам), образуются объекты, в которые входят N кварков, среди которых n штук u-кварков и m штук d-кварков (N = n + m). Данные объекты образуются вокруг узлов ядерного каркаса и носят название (n,m)-узлов. Объем (n,m)-узлов составляет всего (10-4 - 10-3) объема ядра, однако в (n,m)-узлах собраны все кварки, которые имеются в составляющих ядро нуклонах.


Примечание 1. Уже 60 лет, как (n,m)-узлы обнаружены экспериментально в куммулятивных эффектах рассеяния протонов, однако до сих пор результаты этих экспериментов интерпретируются как обнаружение «флуктонов». Между тем, ни один из сторонников гипотезы флуктонов не просчитал вероятность слияния 2-х, а тем более, 3-х нуклонов: что это за «нуклонный синтез» внутри ядра?

Примечание 2. Более детальный анализ указанных экспериментов должен показать, что во многих ядрах массивные образования, от которых «отскакивают» протоны, имеют дробный заряд, что никак не вяжется с гипотезой флуктонов.


Согласно тетраэдрной модели, атомные ядра представляют собой конструкции, построенные из прямоугольных тетраэдров путем объединения вершин их оснований в (n,m)-узлы. Строение ядерной конструкции однозначно определяет набор (n,m)-узлов данного ядра и их пространственное расположение (кварковую формулу ядра).

В свою очередь, все имеющиеся в ядре массы, заряды и спины принадлежат кваркам, поэтому расположение (n,m)-узлов определяет распределение всех масс, зарядов и спинов по объему ядра. Это означает, что знание кварковой формулы позволяет вычислить все физические величины, присущие атомным ядрам. В данной работе будут рассматриваться только спин, четность и геометрические размеры ядер.

Задача исследования конкретного ядра заключается в построении ядерной конструкции, которую образуют входящие в состав ядра протоны и нейтроны, а также – в нахождении вида всех (n,m)-узлов, которые входят в данную конструкцию.


Цель работы

Целью работы является возможно более детальное описание ядерных конструкций, которыми обладают ядра первых 8 элементов таблицы Менделеева.


Содержание работы

В первой части изложен способ описания ядерных конструкций, посредством которого каждому нуклону приписывается номер ячейки ядерного каркаса, в которую встроен данный нуклон, а также 3 номера узлов, в которые встроены 3 кварка нуклона.

Во второй части представлены конструкции ядер водорода, гелия, лития, бериллия.

В третьей части представлены конструкции ядер бора, углерода, азота, кислорода.


I. Нумерация ячеек и узлов ядерного каркаса

В работах [1-6] введено понятие ядерного каркаса, образованного из правильных тетраэдров путем наложения граней. Размер тетраэдров выбирается таким, чтобы их грани были конгруэнтны основанию тетраэдров-нуклонов. В этом случае составляющие каркас тетраэдры способны выполнять функцию ячеек: для встраивания тетраэдра-нуклона достаточно наложить его основание на одну из 4-х граней ячейки.

Итак, ядерный каркас содержит 2 типа элементов:

1. ячейки, представленные правильными тетраэдрами,

2. узлы, образованные вершинами соседних ячеек.

Ядерные конструкции строятся путем встраивания тетраэдров-нуклонов в ячейки каркаса. При таком встраивании, все имеющиеся в нуклонах кварки оказываются расположенными вокруг узлов ядерного каркаса, что приводит к образованию (n,m)-узлов: узлы ядерного каркаса служат геометрическими центрами (n,m)-узлов.

Для описания ядерной конструкции необходимо указать номера ячеек, в которых располагаются тетраэдры-нуклоны, а также – номера узлов каркаса, в которые встроены 3 вершины основания каждого тетраэдра-нуклона, причем следует выделить номер узла, в который встроен непарный кварк. Чтобы осуществить такое описание, необходимо пронумеровать ячейки и узлы ядерного каркаса.

Для ядер, содержащих не более 16 нуклонов, каркас содержит 8 узловых точек. Первые 4 точки – это вершины нулевой ячейки, а вторая четверка точек – это вершины 4-х тетраэдров, которые наложены своими основаниями на 4 грани нулевой ячейки (эти 4 точки находятся над центрами 4-х граней нулевой ячейки на высоте, равной высоте ячейки). Чтобы представить данный каркас, можно воспользоваться двумя способами.

Первый способ. Введем декартову систему координат, начало которой совместим с центром нулевой ячейки, ось х направим параллельно одному из 3-х ребер основания, ось у – на наблюдателя, ось z – вертикально вверх. В данной системе координат 8 узловых точек ядерного каркаса имеют следующие координаты (Фм):

N

1

2

3

4

5

6

7

8

X

+1,11

-1,11

0,0

0,0

0,0

-1,81

+1,81

0,0

Y

+0,64

+0,64

-1,28

0,0

2,09

-1,04

-1,04

0,0

Z

-0,45

-0,45

-0,45

+1,35

+0,75

+0,75

+0,75

-2,27

Данные 8 точек представляют собой вершины 2-х правильных тетраэдров.

Первые 4 точки – это вершины нулевой ячейки: точки №1, №2, №3 – это вершины основания (z1,2.3 = - 0,45 Фм), а №4 – вершина нулевой ячейки (z4 = + 1,35 Фм).

Вторая четверка точки образует вершины правильного тетраэдра, который имеет больший размер и обращен своей вершиной вертикально вниз. Вершинами основания второго тетраэдра служат точки №5, №6, №7 (z5,6.7 = + 0,75 Фм), а вершина, обращенная вниз – это вершина №8 (z8 = - 2,27 Фм).


Примечание. Центры граней второго тетраэдра совпадают с вершинами первого тетраэдра: второй тетраэдр является «описывающим» для первого тетраэдра.


Второй способ. Открыть журнал «Наука и Жизнь» №5 2018 год на стр. 68 и посмотреть рис. 4 «Развертка пентатопа» (пентатоп – это 4-мерный тетраэдр). Данная развертка – это в точности изображение первых 5 ячеек ядерного каркаса.

Чтобы сопоставить вершины развертки пентатопа на указанном рисунке с 8 вершинами ядерного каркаса, следует воспользоваться следующей таблицей:


N

1

2

3

4

5

6

7

8

Рис. 4

В

А

С

D

Е3

Е2

Е1

Е4

Примечание. При рассмотрении описываемых далее ядерных конструкций следует держать перед глазами рис. 4 и использовать данную таблицу. Изображение развертки пентатопа (без обозначения вершин) https://www.nkj.ru/archive/articles/33706/


Нумерацию ячеек ядерного каркаса осуществим следующим образом. Ячейке, которая расположена в центре каркаса, припишем номер №0: это – нулевая ячейка. Используя номера вершин, нулевую ячейку можно обозначить также [1234].

К нулевой ячейке присоединены 4 ячейки, которые составляют первый слой ячеек. Ячейка №1 [1245] «смотрит» на наблюдателя, ячейки №2 [2346] и №3 [1347] направлены своими вершинами влево и вправо, а ячейка №4 [1238] – вертикально вниз.

Следующие 12 ячеек с номерами №5 - №16 строятся на боковых гранях ячеек нулевого слоя: №5 - №7 – на боковых гранях ячейки №1, №8 - №10 – на боковых гранях ячейки №2, №11 - №13 – на боковых гранях ячейки №3, №14 - №16 – на боковых гранях ячейки №4. Данные 12 ячеек составляют второй слой ячеек ядерного каркаса.

Нумерация нуклонов и точное указание их расположения внутри ядерного каркаса могут быть осуществлены с помощью обозначения (N)ijk, здесь – номер ячейки, которую занимает данный нуклон, N – тип нуклона (р или n), ijk – номера узлов, в которые встроены 3 кварка данного нуклона: на первом месте (жирным шрифтом) указан номер узла, в который встроен непарный кварк, на втором и третьем местах стоят номера узлов, в которые встроены парные кварки.

Полное описание конструкции ядра получается суммированием всех выражений, описывающих расположение отдельных нуклонов, в результате чего получается кварк-нуклонная формула ядра: (АХ) = ∑(N)ijk. Данная формула дает полное описание конструкции ядра: кварк-нуклонная формула полностью определяет структуру ядра.

Задача описания конструкции ядер заключается в указании ячеек, в которых располагаются составляющие ядро нуклоны, а также – в указании 3-х узлов ядерного каркаса, в которые встроены непарный и парные кварки каждого нуклона.

Для наглядности (хотя это будет являться некоторым дублированием) номера узлов, в которые встроены протоны, будем выделять красным цветом (ijk), а номера узлов, в которые встроены нейтроны – синим цветом (ijk). В отдельных случаях на одну и ту же грань наложены основание как тетраэдра-протона, так и тетраэдра-протона: номера узлов, являющихся вершинами данных граней, будем выделять зеленым цветом (ijk).

Расположение всех составляющих ядерную конструкцию тетраэдров-нуклонов практически однозначно определяется расположением (n,m)-узлов: каждый тетраэдр-нуклон встроен вершинами основания в 3 (n,m)-узла, образованных вокруг 3-х вершин ячейки ядерного каркаса, в которую встроен данный нуклон.

Тетраэдры-нуклоны могут встраиваться в ячейки ядерного каркаса только в том случае, если основание тетраэдра-нуклона будет совмещаться с гранью ячейки. Поскольку количество граней ячейки равно 4, и имеется 3 способа совмещения основания с каждой гранью, то тетраэдр-нуклон может быть размещен в ячейке 3*4 = 12 разными способами. Любое из этих 12 положений нуклона в ячейке каркаса задается последовательностью 3-х номеров (ijk) вершин ячейки, с которыми совмещены 3 вершины основания тетраэдра-нуклона (на первом месте стоит вершина, в которую вставляется непарный кварк).

Первым шагом на пути исследования каждого ядра является построение его тетраэдрной модели и нахождение кварк-нуклонной формулы. Эти 2 вещи являются эквивалентными: зная расположение всех нуклонов в конструкции данного ядра, легко написать его кварк-нуклонную формулу, а кварк-нуклонная формула непосредственно показывает расположение всех нуклонов в ячейках ядерного каркаса.

Исходя из кварк-нуклонной формулы, легко вычисляется кварковая формула ядра: для каждого узла подсчитывается количество u-кварков и d-кварков, которые собраны в данном узле. На основании прямого подсчета числа кварков в каждом из узлов ядерного каркаса записывается кварковая формула, которая показывает распределение всех имеющихся в ядре кварков по узлам каркаса: {АХ} = ∑(n,m)i. Кварковая формула представляет собой набор пронумерованных (n,m)-узлов и позволяет вычислить все физические величины ядра.


II. Конструкции ядер водорода, гелия, лития, бериллия

2.1. Конструкция ядра 2Н получается, когда в ячейку №0 встроен тетраэдр-протон, а в ячейку №4 – тетраэдр-нейтрон, причем основания обоих тетраэдров наложены на основание нулевой ячейки. Соответственно, кварк-нуклонная формула дейтрона имеет вид (2Н) = (0р123, 4n123,), а кварковая формула {2Н} = {(1,1), (1,1), (1,1), 0}.

Компенсация спинов происходит сначала внутри отдельных нуклонов и только затем – внутри (n,m)-узлов. Поэтому, несмотря на то, что в конструкции 2Н имеется три (1,1)-узла, некомпенсированными являются спины кварков, входящих только в один (1,1)-узел. Соответственно, результирующий спин ядра 2Н имеет величину: S = 1/2 + 1/2 = 1.

Благодаря наличию указанного спина, конструкция ядра 2Н испытывает вращение вокруг оси, проходящей через (1,1)-узел, составленный из непарного u-кварка нейтрона и непарного d-кварка протона. Частота вращения имеет чрезвычайно большую величину порядка ν ~ 1022 гц. Это означает, что для всех процессов, протекающих в масштабе времени t > 1/ν ~ 10-22 сек, ядро 2Н будет выглядеть как сплошной диск, радиус которого примерно совпадает с длиной ребра ячейки ядерного каркаса: r(2Н) ~ 2,22 Фм, что хорошо согласуется с экспериментальным значением r(2Н)эксп ~ 2,14 Фм.

Таким образом, относительно большой размер дейтрона (по сравнению с ядрами, содержащими 3 и 4 нуклона) объясняется вовсе не слабостью (парного) взаимодействия протона и нейтрона (как считается в современных моделях дейтрона), а тем, что ядро 2Н находится во вращательном движении, причем точка, вокруг которой происходит вращение, располагается на самом краю конструкции 2Н. Именно по этой причине «видимый» размер ядра 2Н оказывается больше размера ядер 3Н, 3Не, 4Не.

Что касается слабости связи протона и нейтрона в ядре 2Н, то она объясняется тем, что основания тетраэдра-протона и тетраэдра-нейтрона не могут быть наложены друг на друга таким образом, чтобы все 3 пары кварков оказались напротив друг друга. Причина в том, что из-за разной величины кулоновского взаимодействия одноименных кварков в нейтроне и протоне (u-кварки в протоне отталкиваются в 4 раза сильнее, чем d-кварки в нейтроне), размеры данных оснований не совсем одинаковы. Фактически, в ядре 2Н протон и нейтрон соединены лишь в одном (1,1)-узле, а два других (1,1)-узла часть времени могут находиться в разорванном состоянии.

Конструкция ядра 2Н обладает плоскостью симметрии, поэтому четность является положительной, что подтверждается экспериментом.

2.2. - 2.3. Конструкции ядер 3Н и 3Не получаются путем наложения оснований 3-х тетраэдров-нуклонов на 3 боковые грани нулевой ячейки, т.е. на грани [124], [234], [134].

Это означает, что кварк-нуклонные формулы данных ядер имеют вид (3Н) = (1р412, 2n324, 3n413) и (3Не) = (1n412, 2р324, 3р413).


Примечание. Как это и должно быть, конструкции (и кварк-нуклонные формулы) зеркальных ядер отличаются лишь заменой нейтронов на протоны и протонов на нейтроны в одних и тех же ячейках ядерного каркаса.


В результате указанного наложения оснований 3-х тетраэдров-нуклонов, в 3-х вершинах основания нулевой ячейки образуются (1,1)-узлы, а в вершине нулевой ячейки (в узле №4) образуется узел, содержащий 3 кварка: в 3Н – это (1,2)-узел, а в 3Не – (2,1)-узел. Соответственно, кварковые формулы данных ядер имеют вид:

{3Н} = {(1,1), (1,1), (1,1), (1,2)} и {3Не} = {(1,1), (1,1), (1,1), (2,1)}.

В ядрах 3Н и 3Не компенсация спинов также происходит сначала в отдельных нуклонах (как в дейтроне), поэтому спин определяется спином кварка в нечетном узле и имеет величину S = 1/2. Данный спин не передается всей конструкции данных ядер, а приводит во вращение непарный нуклон.

Хотя ядра 3Н и 3Не содержат на один нуклон больше, чем 2Н, эти 3 нуклона расположены более компактно: расстояние от геометрического центра ядер 3Н и 3Не (от центра нулевой ячейки) до крайних точек конструкции меньше длины ребра ячейки. С учетом того, что ядра 3Н и 3Не, как целое, не испытывают вращения, радиус ядер 3Н и 3Не должен быть меньше радиуса 2Н, что наблюдается на эксперименте (за счет вращения непарного нуклона «видимый» радиус конструкции увеличивается всего на 0,1 Фм).

Тот факт, что радиус 3Не: r(3Не)эксп ~ 1,966 Фм превышает радиус ядра 3Н: r(3Н)эксп ~ 1,76 Фм объясняется наличием кулоновского отталкивания (2,1)-узла от 3-х (1,1)-узлов, которое имеет место в ядре 3Не.

Наличие у ядерных конструкций 3Н и 3Не оси симметрии означает, что четность данных ядер также является положительной.

2.4. Конструкция ядра 4Не получается из конструкций 3Н и 3Не путем совмещения основания четвертого тетраэдра-нуклона с основанием нулевой ячейки [123].

Имеется 2 возможности такого совмещения: тетраэдр-нуклон может быть ориентирован своей вершиной во внешнюю сторону (как остальные 3 тетраэдра-нуклона), либо – внутрь нулевой ячейки. Из соображений симметрии реализуется первая возможность, а вторая возможность соответствует двум возбужденным состояниям ядра 4Не: в одном случае внутрь вставлен протон, а во втором случае – нейтрон.

Для основного состояния ядра 4Не кварк-нуклонная формула имеет вид: (4Не) = (1n412, 2р423, 3р413, 4n123), а кварковая формула {4Не} = {(2,1), (1,2), (2,1), (1,2)}.

Каждый из узлов в конструкции 4Не имеет спин 1/2, однако эти 4 узла разбиваются на 2 пары одинаковых узлов и находятся в пределах одной ячейки, вследствие чего их спины компенсируются, и результирующий спин ядра 4Не равен нулю: S = 0.

То, что радиус r(4Не)эксп ~ 1,675 Фм меньше радиуса ядер 3Н и 3Не объясняется тем, что встраивание четвертого тетраэдра-нуклона в вершины основания нулевой ячейки приводит к «стягиванию» трех (1,1)-узлов, расположенных в вершинах этого основания.


Примечание. Данная модель объясняет, почему в природе отсутствуют ядра с числом нуклонов равным 5. Причина состоит в том, что нулевая ячейка имеет только 4 грани, и после того, как в ядре 4Не все эти грани оказываются заняты, пятому тетраэдру-нуклону просто некуда встраиваться.


2.5. Конструкция ядра 6Li получается путем объединения конструкций ядер 3Н и 3Не. Тетраэдры-нуклоны, составляющие конструкции данных 2-х ядер, наложены на боковые грани ячеек №0 и №4 (при этом сами ячейки остаются незанятыми). Таким образом, 6 оснований тетраэдров-нуклонов ядра 6Li окружают ячейки №0 и №4 и образуют фигуру, которую естественно именовать «треугольный гептаэдр».


Примечание. Треугольный гептаэдр – это замкнутая поверхность, составленная из 6 правильных треугольников (это – почти «платоновское тело»).


Кварк-нуклонная формула: (6Li) = (1n412, 2р423, 3р314, 14р812, 15n823, 16n318). Кварковая формула ядра 6Li имеет вид: {Li-6} = {(2,2), (2,2), (2,2), (2,1) |1 0, 0, 0, (1,2) |2}.

В 3-х (2,2)-узлах спины одноименных кварков, в соответствие с принципом Паули, компенсируют друг друга. Соответственно, спин ядра 6Li равен сумме спинов (2,1)-узла и (1,2)-узла, и имеет величину S(6Li) = 1/2 + 1/2 = 1.


Примечание. Существующие модели ядра не справляются с задачей вычисления спина ядра 6Li: согласно оболочечной модели, спин 6Li должен быть равен S = 3.


Наличие у ядра 6Li плоскости симметрии означает, что четность положительна.

Большая величина радиус ядра 6Li: r(6Li)эксп ~ 2,54 Фм, вероятно, объясняется тем, что вследствие индивидуального вращения непарных нуклонов, «половинки» конструкции ядра 6Li отодвинуты друг от друга (чтобы это вращение могло совершаться).

2.6. Ядро 7Li отличается от ядра 6Li всего одним нейтроном, однако конструкция 7Li принципиально отличается от конструкции 6Li. В этой конструкции два 3-блока не стыкуются друг с другом своими основаниями на одной грани (основании [123]) нулевой ячейки, как это имеет место в ядре 6Li, а накладываются на 2 боковые грани [234], [134]. На третью боковую грань [124] накладывается основание нечетного тетраэдра-протона.

В итоге, кварк-нуклонная формула имеет вид: (7Li) = (1р412, 8n614, 9n623, 10р634, 11n714, 12n714, 13р734).

Кварковая формула {7Li} = {(1,2), (1,2), (2,2), (2,3) |1 0, (2,1), (2,1), 0|2}.

Ядро 7Li содержит 5 нечетных узлов, однако два одинаковые (1,2)-узла располагаются в пределах одной (нулевой) ячейки, поэтому их спины компенсируют друг друга, и результирующий спин имеет величину 1/2 + 1/2 + 1/2 = 3/2.

Вопрос о четности нуждается в дополнительном исследовании. В настоящее время считается, что четность 7Li отрицательна (это следует из оболочечной модели). Однако высокая скорость протекания реакции 7Li + 1Н = 4Не + 4Не означает, что запрет по четности отсутствует и, следовательно, четность исходных продуктов реакции должна быть такой же, как четность конечных продуктов. Поскольку четность ядер 4Не и 1Н положительна, то положительной должна быть и четность 7Li. Данный вывод согласуется с описанной конструкцией 7Li, поскольку она обладает плоскостью симметрии.


Примечание. Правда, эта плоскость «разрезает» протон пополам, что физически нереализуемо: четность 7Li может оказаться неопределенной.


Радиус ядра 7Li (2,42 Фм) существенно (на 0,12 Фм) меньше радиуса ядра 6Li. Данное уменьшение радиуса, хотя ядро 7Li содержит на один нуклон больше, объясняется тем, что эти 7 нуклонов расположены более компактно и спин-центр (вокруг которого вращается ядро 7Li) расположен вблизи геометрического центра ядерной конструкции 7Li.

2.7. Конструкция ядра 9Ве отличается от конструкции ядра 7Li тем, что непарный протон, расположенный внутри ячейки №1, заменяется на 3 тетраэдра-нуклона (3-блок), которые своими основаниями наложены на 3 боковые грани этой же самой ячейки №1. Внешний вид конструкции ядра 9Ве таков: эта конструкция составлена из 3-х троек нуклонов (трех 3-блоков), расположенных в ячейках, которые надстроены над боковыми гранями 3-х первых ячеек ядерного каркаса №1, №2, №3 (т.е. в ячейках №№ 5-13).

После соответствующих перестановок и поворотов нуклонов в указанных ячейках каркаса, кварк-нуклонная формула ядра 9Ве приобретает вид: (9Ве) = (5n512, 6n145, 7р524, 8р426, 9р634, 10n623, 11n714, 12р317, 13n347).

Подсчитывая количество кварков каждого вида в каждом из 7 узлов каркаса, получаем кварковую формулу: {9Ве} = {(2,2), (2,2), (2,2), (2,4) |1 (1,2), (2,1), (2,1), 0|2}.

Спин равен сумме спинов 3-х нечетных узлов: 1/2 + 1/2 + 1/2 = 3/2. Как и в случае ядра 7Li, вопрос о четности 9Ве нуждается в дополнительном рассмотрении.

Радиус ядра 9Ве (2,52 Фм) несколько больше радиуса ядра 7Li, поскольку ядро 9Ве содержит дополнительную субъединицу, состоящую из 3-х нуклонов.


Добавление. Механизм холодного ядерного синтеза.

Характерной особенностью конструкций ядер 7Li и 9Ве является наличие в их центре полости: у ядра 7Li эта полость включает в себя ячейки №0, №2, №3, а в ядре 9Ве еще и ячейку №1, т.е. объем полости равен объему 4-х ячеек №0, №1, №2, №3.

Принципиально важным моментом является то, что данные полости соединены с внешним пространством через основание нулевой ячейки [123]. Через это отверстие электроны могут попасть во внутреннюю полость и накопиться в ней в количестве 4-5 (или более) штук. В этом случае заряд ядра станет отрицательным, и это ядро будет испытывать кулоновское притяжение к нормальным ядрам, имеющим положительный заряд. В результате, будет происходить слияние ядер и осуществляться ядерные реакции.

Данные реакции могут протекать при сколь угодно низкой температуре: для сближения ядер не требуется преодолевать кулоновский барьер (наоборот, кулоновское притяжение способствует слиянию ядер). За счет выбора ядер, например, ядер никеля, с которыми будут осуществлять реакции (отрицательно заряженные) ядра 7Li и 9Ве, эти реакции можно сделать экзотермическими, т.е. в них будет выделяться энергия.


Примечание. Вероятно, именно на этом механизме работают литий-никелевые источники энергии инженера Росси (созданные опытным путем, без серьезной научной базы). Если изложенный механизм холодного ядерного синтеза соответствует действительности, то появляется возможность усовершенствовать конструкцию данных источников и добиться существенно большего выхода энергии.


III. Конструкции ядер бора, углерода, азота, кислорода

Общий вид конструкций данных ядер был описан в предшествующих работах [5,6]. Чтобы не перегружать данную работу, детальное описание данных конструкций и их кварк-нуклонные формулы будут приведены в следующей работе. Здесь укажем лишь основные характерные особенности конструкций этих ядер.

Отличительной особенностью конструкций ядер 10В и 11В является то, что в этих конструкциях нулевая ячейка заполнена нуклонов (вероятно, во всех остальных стабильных ядрах нулевая ячейка остается не занятой).

Конструкция ядра 12С характеризуется тем, что в ней происходит формирование (2,2)-блоков, которые, в качестве субъединиц, входят в состав всех более тяжелых ядер.


Примечание. (2,2)-блок – это группа из 4-нуклонов, составленных таким образом, что в одной из вершин данной группы образован (2,2)-узел.


Главной причиной образования (2,2)-блоков является то, что (2,2)-узел является четно-четным, вследствие чего спины составляющих эти узлы кварков компенсируются, и величина результирующего спина ядра получается минимальной.

В конструкции ядра 16О происходит полное заполнение всех 16 ячеек, составляющих первый и второй слои ядерного каркаса. Конструкция ядра 16О состоит из 4-х (2,2)-блоков, которые наложены на грани нулевой ячейки таким образом, что все остальные вершины (2,2)-блоков, складываясь в вершинах нулевой ячейки, образуют в каждой из этих 4-х вершин (4,4)-узел. В итоге, кварковая формула ядра 16О приобретает чрезвычайно симметричный вид: во всех 4-х узлах первого слоя узлов сформированы (4,4)-узлы, а во всех 4-х узлах второго слоя узлов – (2,2)-узлы. Именно такой вид ядерной конструкции 16О обеспечивает то, что данное ядро является магическим.


Примечание. К заключительной работе данной серии автор надеется создать вращающееся изображение развертки пентатопа, что позволит дать весьма наглядное и красивое представление ядерных конструкций до 16О включительно. Тех, кто владеет технологией «3D-вращения», прошу помочь в создании данного изображения.


Заключение

В данной работе рассматривается применение тетраэдрной модели атомных ядер для объяснение геометрических и спиновых свойств ядер первых 8 элементов таблицы Менделеева, а именно, приводятся оценки радиусов данных ядер и определяются их спины и четности. Вычислению электрического и магнитного моментов атомных ядер будет посвящена следующая работа.

Характерной особенностью расположения нуклонов в атомных ядрах является то, что все соседние нуклоны повернуты друг к другу участками поверхности, в которых расположены входящие в состав нуклонов кварки. В результате, все кварки объединяются в (n,m)-узлы, которые играют значительно большую роль в строении ядер, чем сами нуклоны. Вид и расположение (n,m)-узлов задает кварковую формулу ядра и определяет все его физические свойства, включая величины электрического и магнитного моментов.


Примечание. Существование (n,m)-узлов является прямым следствием тетраэдрной модели строения атомных ядер.


Для описания конструкций ядер вводится ядерный каркас, ячейки которого имеют вид правильных тетраэдров и служат для размещения в них отдельных нуклонов, а узловые точки каркаса являются центрами, вокруг которых формируются (n,m)-узлы.

Для всех ядер ядерный каркас имеет один и тот же вид, и отличие между ядрами заключается лишь в том, в какие ячейки каркаса вставлены нуклоны, и какие (n,m)-узлы сформированы вокруг каждого из узлов ядерного каркаса.


Примечание. Набор (n,m)-узлов в ядерной конструкции ядра зависит от того, какие ячейки ядерного каркаса заняты протонами и нейтронами, и какой из 12 способов расположения тетраэдров-нуклонов в каждой ячейке каркаса реализуется.


Указан способ нумерации ячеек и узлов ядерного каркаса, который позволяет указать расположение каждого нуклона внутри ядра. Для определения положения каждого нуклона достаточно указать номер ячейки, в которой расположен данный нуклон, а также номера вершин той грани, на которую наложено основание тетраэдра-нуклона (номера вершин, в которые встроены 3 кварка данного нуклона). Данное описание носит название кварк-нуклонной формулы ядра и дает исчерпывающее представление о структуре ядра: его форме, распределении масс, зарядов и спинов по объему данного ядра.

Рассмотрим, каким образом в рамках тетраэдрной модели объясняются 2 свойства, которыми обладает межнуклонное взаимодействия:

1. свойство насыщения,

2. нецентральный характер взаимодействия.

1. Насыщение обусловлено тем, что каждый нуклон участвует во взаимодействии только с теми нуклонами, которые вносят свои кварки в те три (n,m)-узла, в которые вносит свои кварки данный нуклон. Другими словами, каждый нуклон взаимодействует только с теми нуклонами, кварки которых входят в состав (n,m)-узлов, в которые входят кварки данного нуклона: межнуклонное взаимодействие осуществляется исключительно в пределах (n,m)-узлов, в которые встроен данный нуклон.

При этом, удельная энергия взаимодействия кварков в (n,m)-узлах весьма слабо зависит от количества входящих в узел кварков, вследствие чего для большинства ядер удельная энергия связи имеет примерно одинаковую величину.

2. Нецентральный характер взаимодействия является прямым следствием того, что кварки в нуклонах расположены не сферически симметрично, а находятся в 3-х вершинах правильного треугольника. При сближении нуклонов на предельно малое расстояние (вплоть до касания), направления отрезков, которые соединяют пары кварков, входящие в состав этих нуклонов, существенно отличаются от направления отрезка, соединяющего центры данных нуклонов. Таким образом, хотя каждая пара кварков, принадлежащих соседним нуклонам, взаимодействует по кулоновскому закону, суммарное взаимодействие этих пар оказывается нецентральным.


Выводы

1. Представлено детальное описание конструкций стабильных ядер от водорода до бериллия.

2. Положение каждого нуклона внутри ядерной конструкции конкретного ядра является строго фиксированным: каждый нуклон занимает определенную ячейку ядерного каркаса и расположен в ячейке строго определенным образом.

3. Положение нуклонов в каждой из ячеек ядерного каркаса описывается кварк-нуклонной формулой.

4. Набор кварков в каждом из узлов ядерного каркаса описывается кварковой формулой.

5. Вычислены значения спинов и четностей ядер от 2Н до 9Ве, а также дано объяснение зависимости радиусов этих ядер от числа нуклонов.

6. Ядра 7Li и 9Ве могут участвовать в реакциях холодного синтеза, поскольку их внутренняя полость, включающая нулевую и прилегающие ячейки, соединены с внешним пространством отверстием, через которое электроны могут попасть в эту полость и сделать эффективный заряд данных ядер отрицательным.

7. Межнуклонное взаимодействие не является центральным, поскольку осуществляется между тройками кварков, которые разнесены в пространстве.

8. Межнуклонное взаимодействие обладает свойством насыщения, поскольку каждый нуклон взаимодействует только с нуклонами, которые вносят свои кварки в три (n,m)-узла, в которые встроены кварки данного нуклона.


ЛИТЕРАТУРА

1. В.А. Шашлов, Строение ядер (I) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.24325, 05.03.2018

2. В.А. Шашлов, Строение ядер (II) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.24360, 20.03.2018

3. В.А. Шашлов, Строение ядер (III) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.24377, 26.03.2018

4. В.А. Шашлов, Строение ядер (IV) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.24471, 08.05.2018

5. В.А. Шашлов, Строение ядер (V) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.24523, 29.05.2018

6. В.А. Шашлов, Строение ядер (VI) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.24558, 15.06.2018



В.А. Шашлов, Строение ядер (VII) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.24655, 23.07.2018

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]

В начало документа

© Академия Тринитаризма
info@trinitas.ru