1626435893-691da8e1223766775fc277661dcb4565 (Мухин 1993 - Экспериментальная ядерная физика), страница 11

Очевидно, что величина <гвг<4-4.г-г>41нв(А, У) с точностью до знака совпадает с введенной выше (см. формулу (3.9)] энергией «-распада Е,: ев=<згр<л-л,г-г>+1нв(А, У)= — Е,(А, У). (3.!1) Аналогично из формулы (3.10а) следует, что тяжелые ядра (А, У), например того же урана, обладают отрицательной энергией связи относительно ядер (А<, У<) и (Аг, Уг), удовлетворяющих условиям А,+А,=А, У<+Уг=У и А<вАг, У< ал.г: <3Ил<41го+<4,га(А, У)=~М(А<, У<)+М(Аг, Уг)-М(А, УЦс = = — Дявл(А, У) <О.

(3.12) Рассмотренная энергия связи г993$3 относительно ядер гвг~~ТЬ и г Не имеет физический смысл энергии, которую надо затратить на отделение 9<-частицы от ядра урана. Поэтому ее м<5жно назвать энергией отделения (или энергией связи) <х-частицы для ядра урана е,. Особенно широко в ядерной физике используется понятие энергии отделения нукл она ея (не следует путать с удельной энергией связи нуклона с=ЛИ'/А). По аналогии с предыдущим энергия отделения нуклона, например нейтрона, для ядра (А, У) определяется как „=( „+М(А-1, К)-М(А, г)) с'.

(3.13) Физический смысл энергии отделения нейтрона таков: это энергия, которую надо сообщить ядру (А, У), чтобы отделить от него нейтрон. Очевидно, что если провести обратный процесс слияния ядра (А — 1, с) с нейтроном, то образуется ядро (А, 2), причем выделится энергия, равная энергии отделения нейтрона ав от ядра (А, У).

В этом случае ее 51 З 3. Зивргия связи ядра иногда называют энергией присоединения (или прнлипания) к ядру (А — 1, У). Аналогично определяется энергии связи (отделения) протона в ядре: е =( +М(А — 1, К вЂ” 1) — М(А, К)) с . Нетрудно видеть, что е,=ЛИ'(А, с)-ЛИс(А-4, 2-2) — ЛИ'(аз Не); еи=ЛИс(А, У) — ЛИс(А — 1, У); ер -— ЛИ'(А, У)-ЛИ (А-1, а,— 1). (3.!4) (3.!5) В отличие от е значения е и ев сильно флуктуируют от ядра к ядру. Так например, ая(,Н)=е (гН)=2 22 МэВ; ев('ззХ =20,3 МзВ; ср( вьС)=20,8 МэВ; ев('з Х)=1,9 МэВ.

(подробнее см. п. 4). 4. НУКЛОНОСТАБИЛЬНЫЕ ЯДРА И СВОЙСТВА ЯДЕРНЫХ СИЛ До сих пор мы рассматривали свойства (3-стабильных ядер. Удельная энергия связи нуклонов е = Л И'/А в этих ядрах максимальна, т. е. ее значения находятся на гребне хребта энергетической поверхности (см. рис. 5). Проекцией гребня на плоскость (А, У) является дорожка В-стабильных изотопов, которая определяется формулой (3.4): А/(1 98+0 015А ззз) Спустимся теперь с гребня хребта на его склоны, т.

е. сойдем с дорожки р-стабильных ядер на плоскости (А, У). Прн спуске по,правому склону хребта будем уходить с дорожки в сторону избытка [по сравнению с формулой (3.4)) У, при спуске по левому склону — в сторону недостатка. Первой области соответствуют значения А и У для р+-радиоактивных ядер, второй — 'для р -радиоактивных. Массы (3-радиоактивных ядер удовлетворяют условию М(А, У)>М(А, 2+1)+зл,. Свойства !3-радиоактивных ядер, отличающие их от стабильных, подробно рассмотрены в 8 18. А сейчас мы хотим обратить внимание главным образом на те свойства, которые являются для них общими, В-Распад ядер происходит под действием слабых р-сил. Поэтому он протекает очень медленно по сравнению с типичным ядерным временем т,яж10 зз с, характерным для сильного (ядерного) взаимодействия.

Самое короткое время жизни относительно слабого распада для известных р-радиоактивных 52 Глава й Свойства стлабильиых ядер и ядерных сил ядер тси 10 ' с, а для известных элементарных частиц — 10 " с. Но даже это минимальное значение в 1О раз больше ядерного времени. Таким образом, р-радиоактивное ядро в течение громадного (в ядерных масштабах) времени т»т,„сохраняет все свои индивидуальные (типичные для данного ядра) ядерные свойства (масса, нуклонный состав, система уровней, характеристики этих уровней, способы ядерных преобразований, например сз-распад, деление и т.

п.). р-Радиоактивное ядро, так же как и р-стабильное, имеет е>0, е >О и с„>0, т. е. является связанной нуклон ной системой — нуклоностабильным ядром, которое, вообще говоря, не испускает самопроизвольно протоны и нейтроны *. Словом, анализ свойств б-радиоактивных ядер должен давать не менее полезные сведения о ядерном взаимодействии, чем б-стабильных. Поэтому целесообразно рассматривать совместно свойства всех нуклоностабильных ядер (как рсстабильных, так и р-радиоактивных). Область существования нуклоностабильных ядер гораздо шире, чем р-стабильных. Она простирается до границы протонной устойчивости е„=0 со стороны р'-радиоактивных ядер и до границы нейтронной устойчивости е„=О со стороны б -радиоактивных.

Точное положение этих границ пока неизвестно. С определением этих границ связан один из самых интересных вопросов проблемы нуклоностабильных ядер: как далеко можно спускаться по склонам хребта энергетической поверхности без риска сорваться в пропасть с в<0? К этому вопросу тесно примыкают и другие. Сколько )3-радиоактивных ядер уже открыто? Каковы их свойства (в том числе ядерные) и как они изменяются по мере отклонения Х и У этих ядер от соотношения (3.4)? Сколько еще нуклоностабильных ядер можно надеяться открыть в пределах границ нуклонной стабильности? Нельзя ли предсказать их свойства? Какими специфическими особенностями могут обладать ядра вблизи границ нуклонной стабильности? И наконец, что можно сказать о нуклононестабильном ядре? Есть ли в этом понятии какое-либо физическое содержание? Ответы на эти вопросы получают двумя способами.

Первый заключается в индивидуальном анализе свойств уже известных Испускание запаздывающих нейтронов и протонов происходит не из основного, а из возоужденного состояния ядра после предшествующего 9-распяла. Что касается испускания протона из основного состояния ядра (протонный распад), то до настоящего времени зафиксировано только два таких случая. (см.

1 20). у 3. Энергия связи ядра Таблица 2 ядер и применении пол уэмпирических экстра пол яций для соседних неизвестных, второй — в использовании для анализа и предсказаний теоретических моделей атомного ядра, позволяющих проводить более далекие экстраполяции (вплоть до границ нуклонной стабильности). Рассмотрим вкратце оба эти способа.

Для индивидуального анализа вернемся опять к сечениям энергетической поверхности плоскостями л,=сопаг (см. рис. 7) и Ф=сопаг (см. рис. 8) и на двух примерах проследим за изменением свойств соответствующих ядер. В табл. 2 приведены значения е, е„, а„ Ер, Т~„ 'и некоторые другие характеристики нескольких хорошо изучейных изотопов углеродав, т. е. ядер, которые выделяет сечение У=б (рис. 22). Из таблицы видно, что изотопы с недостатком нейтронов проявляют ()+-радиоактивность, с избытком- -р -радиоактивность, при этом энергия р-распада растет, а период полураспада уменьшается по мере зудаления (в обе стороны) от р-стабильных изотопов 'зС и ' С.

Удельная энергия связи нуклонов е для всех этих ядер изменяется сравнительно немного (примерно на 10% среднего значения а). График В последнее время открыто несколько других изотопов углерода, однако нх свойства изучены пока епге нелостаточно полно. 54 7"лава 7. Свойства стабильны» ядер и ядерны» сил г В 7 6 У 10 11 72 75 74 15 16 Я Рис. 25 Рнс. 22 а(А) отчетливо обнаруживает упомянутый выше эффект зависимости а от четности или нечетности чисел У и Ф (рис. 23). Значения е для четно-четных ядер расположены на верхней параболе, для четно-нечетных — на нижней.

Гораздо резче проявляется зависимость от массового числа А для еи и ер (рис. 24 и 25). Из рисунков видно, что с ростом числа нейтронов энергия отделения нейтронов уменьшается (в среднем), а протона растет. Оба результата вполне естественны: чем сильнее отличается соотношение А и У данного ядра от равновесного, тем слабее должен быть связан последний избыточный нуклон и тем сильнее последний дефицитный. Для нейтрононестабильного ядра сн должно уменьшиться до с„(0. Обращает на себя внимание немонотонный характер изменения е„с ростом числа нейтронов (который затрудняет предсказание значения л7, соответствующего си т0). Этот эффект есть проявление упомянутого выше (см.

В 3, п. 2) парного взаимодействия нейтронов. Нечетный нейтрон взаимодействует только со всем остальным ядром в целом, четный — со всем остальным ядром плюс дополнительно с нечетным нейтроном. Поэтому к, для четного нейтрона больше. Количественно парное взаимодействие можно оценить, введя понятие парной энергии нейтрона Р„: Р, а„(А, У) —,а„(А — 1, У), (3.1б) где Уивсопас; А †Утл7 †че.

вв 20 10 0 10 П 12 1У 74 Я Рис. 25 Рнс. 24 а 3. Эивргил связи ядра 55 Физический смысл парной энергии нейтрона — энергия образования пары нейтронов в ядре (энергия спаривания). Значения Р„для четно-четных изотопов углерода приведены в седьмой строке табл. 2. Обычно парная энергия Р„по порядку значения равна 2 — 3 МэВ. Замечено, что она зависит от формы ядра. Энергия Р„уменьшается при приближении числа нуклонов к магическому, т. е. формы ядра к сферически симметричной. В последних двух строках таблицы приведены значения еая и с„=ез„/2. Величина см — энергия отделения пары нейтронов — по определению равна: 62„=(2гл„+М(А — 2, У) — М(А, Унс~, (ЗА7) где У=сопя~, а Я=А-У вЂ” четное.