Основные модели ядра.

Если в атомной физике уравнение Шредингера для электрона в атоме можно записать, но нельзя точно решить (за исключением атома водорода) то в ядерной физике его даже невозможно записать из-за неизвестной формы потенциала ядерных сил. Поэтому ядерная физика основывается на полуфеноменологических моделях, в которые входят параметры, определяемые из эксперимента.

Капельная модель ядра (Френкель, Бор).

Свойства ядра аналогичны свойствам капли жидкости вследствие следующих причин:

1. Силы взаимодействия между нуклонами аналогичны силам взаимодействия между молекулами жидкости: обладают свойствами насыщения, короткодействующие, быстро убывают с увеличением расстояния, при малых расстояниях притяжение сменяется сильным отталкиванием.

2. Для ядерного вещества, как и для капли жидкости, характерна постоянная плотность.

3. Объем ядра пропорционален числу нуклонов.

4. Нуклоны в ядре и молекулы в капле обладают определенной подвижностью. Их движение носит хаотический характер, они часто испытывают столкновения и не могут долго находится в определенных энергетических состояниях.

Отличие ядерной капли от обычной обусловлено тем, что ядерная капля является заряженной.

Удалось объяснить: коллективное движение нуклонов, механизм ядерных реакций (возникновение объемных и поверхностных волн в ядре), деление ядра, стабильность удельной энергии ядра, полуэмпирическую формулу для энергии связи (формулу Вайцзеккера) и критерий устойчивости (стабильности) ядер.

Не удалось объяснить: механические и магнитные моменты ядер, спектры возбужденных состояний, существование магических ядер.

Оболочечная модель ядра (Гепперт-Майер, Йенсен).

Основные положения:

1. Нуклоны движутся почти независимо в самосогласованном среднем поле, которое создается ими самими. Характер движения нуклонов в таком поле отличается от движения электронов в поле ядра, поскольку электроны движутся в центрально симметричном поле. Ядерное поле не имеет центрального характера.

2. Нуклоны находятся в определенных энергетических состояниях, которые характеризуются волновыми функциями и квантовыми числами (главным и орбитальным), т.е. образуют оболочки и подоболочки.

3. В ядре существуют две системы нуклонных состояний для протонов и нейтронов.

4. Характер заполнения ядерных оболочек сходен с характером заполнения электронных оболочек (принцип Паули и минимума энергии).

Удалось объяснить: величину спина ядра, существование магических ядер (наиболее устойчивыми оказались ядра с полностью заполненными оболочками), спектр излучения ядер, как результат перехода нуклона из одного энергетического уровня на другой.

Существуют другие модели: оптическая модель, модель ферми газа, прямых ядерных реакций, коллективная модель, обобщенная модель.

Радиоактивность

Радиоактивность (radio– излучаю,activus– действенный) – способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием частиц.

К радиоактивным превращениям относят:

1. радиоактивный распад: испускание частиц(ядер гелия).

2. Все виды распада: испускание электрона, позитрона и е-захват (захват орбитального электрона, при этом электрон оказывается в центре ядра, т.е. имеет место падение электрона на ядро).

3. Спонтанное деление ядер – радиоактивный распад.

4. Протонная, двупротонная, двунейтронная и другие виды радиоактивности.

Кроме того различают:

1. Естественную радиоактивность: радиоактивные превращения ядер, существующих в природе.

2. Искусственная радиоактивность: радиоактивные превращения ядер, полученных посредством ядерных реакций (что особенно важно для практики).

По механизму радиоактивности они не отличаются друг от друга. Из ~ 2000 известных радиоактивных нуклидов 300 – природные.

Радиоактивность впервые была случайно обнаружена Беккерелем в1896г. Он поместил соли урана возле завернутой в плотную бумагу фотопленки. При проявлении фотопленка оказалась зачерненной, что положило начало исследованиям радиоактивности.

Работами Резерфорда и супругов Кюри было установлено наличие трех видов радиоактивных излучений:

1. —лучей

2. —лучей

3. —лучей

Радиоактивное излучение оказывает следующие виды воздействия на вещество:

1. Вызывает почернение фотопластинки (т.е. приводит к химическим реакциям).

2. Ионизирует вещество.

3. Проникает (в различной степени) через вещество.

4. Вызывает люминесценцию ряда веществ.

5. Вызывает нагрев (у живых организмов внутренние ожоги).

Закон поглощения - излучения,—линейный коэффициент поглощения, который зависит от типа вещества. Механизм полощения:

1. При энергиях кэВ фотоэффект на электронах внутренних оболочек атома.

2. Комптоновское рассеяние при МэВ.

3. Образование электронно-позитронных пар при МэВ.

4. Ядерный фотоэффект при МэВ.