Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 127
Текст из файла (страница 127)
При этом недостаточно ограничиться зависимостью самосогласованного поля от радиуса т Надо еще учесть спин-орбитвльное взаимодействие. На это в 1949 г. независимо друг от друга обратили внимание Мария Гепперт-Майер (1906 — 1972) и Х. Йенсен (1907 — 1973), разработавшие наиболее удачный вариант оболочечной модели ядра. Спин нуклона может быть направлен либо по орбитальному моменту, либо против него. В первом случае энергетические уровни спускаются ниже, во втором поднимаются выше. Этот сдвиг надо подобрать так, чтобы получилась правильная последовательность наблюдаемых магических чисел, что и было сделано Гепперт-Майер и Йенсеном.
Спин-орбитальное взаимодействие математически учитывается выбором |вмильтониана .ге' в уравнении П1редингера й'ф = 9'ф. Этот гамильтониан выбирают в виде з 78) Оболочечнал модель ядра 507 11. Расположение энергетических уровней нуклона,каким оно получается в результате решения уравнения Шредингера с простейшим эмпирически подобранным гамильтонианом вида (78.1), представлено в табл. 12. В каждой строке приведены состояния нуклонов, входящих Таблица 12 в определенную оболочку. Энергии состояния (отрицательные) растут слева направо. Нумерация оболочек начинается с оболочки 1 и растет для последующих оболочек. В предпоследнем столбце указаны числа нуклонов в каждом состоянии (определяемые числом 7) и в каждой оболочке, а в последнем — полное число нуклонов (протонов и нейтронов в отдельности) в ядре, заканчивающемся застроенной оболочкой.
Расположение энергетических уровней и их группирование в оболочки приведено также на рис. 142. Отсчет энергии на рис. 142 ведется от дна потенциальной ямы. Таблица и рисунок относятся к любому типу нуклонов: как к протонам, так и к нейтронам. Обращаем внимание на расщепление уровня с определенным 1 на два подуровня с 7' = 1+ 172 и 7' = 1 — 172, обусловленное спин-орбитальным взаимодействием.
Это расщепление растет с увеличением квантового числа й Уже при 1 = = 3 расщепление 17"-состояния на 1(7д и 1~ед столь значительно, что обнаруживается повышенная стабильность ядра с числом иуклонов 28. Поэтому иногда при рассмотрении некоторых свойств ядер число 28 относят к магическим, хотя иа ием и не оканчивается заполнение протонной или нейтронной оболочки. Из-за известной неопределенности в выборе эмпирических потенциалов 17(г) и 11(г) в гвмильтониане (78.1) распределения квантовых состояний по энергетическим уровням в различных литературных источниках слегка отличаются друг от друга. Здесь приведено одно из возможных распределений.
Успехи оболочсчной модели ядра при объяснении магических чисел явились исгорически первым и самым важным аргументом в пользу признания этой модели. Но оболочечная модель объясняет и некоторые другие факты. Седа относятся, например, предсказания свинов и четностей ядер, а также вычисление их магнитных моментов. На эгих вопросах мы останавливаться не будем. Многие факты остаются необьясненными и в оболочечной модели. Это вполне естественно, ~Гл.
Х Краткие сведен л о лдерннр моделях 508 если иметь в виду эмпирический характер модели и недостаточную обоснованность ее исходных положений. 42,8 40 Зо 10 Рис. 142 Таблица 12 заканчивается шестой оболочкой для нейтронов. Вопрос о существовании оболочек более высокого порядка остается открытым, так как эти оболочки относятся к таким трансурановым ядрам, которые еще не получены и неизвестно, будут ли они вообще получены. Кроме того, надо иметь в виду, что с увеличением массовых чисел увеличивается число энергетических уровней, которые должны сформировать оболочку, а также уменьшается просвет между соседними оболочками. Поэтому при достаточно больших массовых числах, если даже соответствующие трансурановые ядра будут получены, само представление об оболочечной струкгуре ядра может потерять смысл.
Для оболочки низкого порядка значения магических чисел при разумных выборах з 78) Оболочечнал модель одра 509 самосогласованного потенциала почти не зависят от его формы. Для высших же оболочек предсказание значений магических чисел не вполне однозначно, так как с увеличением номера оболочки порядок ее заполнения становится более чувствительным к тонким деталям формы прогонного и нейтронного самосогласованных потенциалов. Все же делаются попытки предсказать значения магических чисел гипотетических ЪЧ-й протонной и М!-й нейтронной оболочек. Наиболее вероятным значением магического числа для ЪЧ-й протонной оболочки считается У = 114, а для ЪЧ1-й нейтронной Х = 284. Магическое число Е = = 114 не совпадает с магическим числом 1ь' = 126 для того же ЪЧ-го номера нейтронной оболочки.
Это связано с наличием кулоновского потенциала в случае протонов. Ожидают, что время жизни трансуранового элемента с У = 114, если он будет получен, окажется на много порядков больше времен жизни соседних трансурановых элементов. Такой элемент, возможно, будет практически вести себя как стабильный и найдет научно-технические применения. Этот вопрос остается открытым. 12. Закончим эту главу краткой характеристикой так называемой обобщенной модели ядра, начала которой были заложены Рейнуотером (р.
1917) и когорая была разработана главным образом Оге Бором (р. 1922) и Б. Моттельсоном (р. 1926). В обобщенной модели предполагается, что ядро состоит из внутренней устойчивой части остова, образованного нуклонами заполненных оболочек, и внешних нуклонов, движущихся в поле, создаваемом остовом. Движение остова описывается коллективной моделью. Однако под влиянием наружных нуклонов остов может колебаться, изменяя свою форму.
Зв счет этих колебаний изменяется и поле остова, в котором движутся наружныс нуклоны. Согласно одночастичной оболочечной модели квадрупольный электрический момент ядра полностью определяется состоянием движения наружного нуклона. Поэтому в этой модели он не может по модулю превышать примерно 10 зз см для всех ядер с нечетным числом протонов и должен обращаться в нуль для всех ядер с нечетным числом нейтронов. На самом деле имеются ядра с нечетным числом нейтронов, у которых квадрупольный влек грический момент в десятки раз превышает одночастичное значение для одного протона. Например, у ядер 11 и " Н с числами нейтронов, равными соответственно 143 и 141, квадрупольные моменты равны 9 10' м и 14 10 м ем~.
Очень велики квадрупольные электрические моменты и у многих ядер с нечетным числом протонов. Обобщенная модель объяснила большие квадрупольные моменты некоторых ядер сильной деформацией остова, вызываемой внешними нуклонами ядер. В результате этого остов становится несферическим, принимая форму вытянутого, сплюснутого или трехосного эллипсоида. Обобщенная модель позволила провести классификацию уровней энергии ядра — ввести понятие одночастичных (связанных с возбуждением наружных нуклонов) и коллективных (вращательных и колебательных, связанных с возбуждением остова) уровней ядра, определить энергии уровней, спин и четность.
Глава Х1 ПРОХОЖДЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ 'ЧАСТИЦ И ГАММА-КВАНТОВ ЧЕРЕЗ ВЕЩЕСТВО й 79. Введение В настоящей главе рассматривается прохождение через вещество заряженных частиц, у- и рентгеновских квантов высоких энергий, т.е. таких энергий, которые на несколько или много порядков превосходят средний ионизационный потенциал электрона в электронной оболочке атома. Наиболыпий практический интерес для ядерной физики представляет интервал энергий от нескольких килоэлектронвольт до около 10 МэВ.
Несмотря на необычайную сложность процессов, связанных с прохождением рассматриваемых частиц через вещество, эти процессы поддаются сравнительно точным расчетам или, во всяком случае, оценкам. Это связано, во-первых, с тем, что основную роль при прохождении заряженных частиц, у- и рентгеновских квантов через вещество играют хорошо изученные электромагнитные взаимодействия. Роль ядерных взаимодействий в большинстве случаев относительно невелика из-за короткодействующего характера ядерных сил, а также из-за того, что электронов в веществе значительно больше, чем атомных ядер. Поэтому рассматриваемые расчеты скорее относятся к атомной, а не к ядерной физике.
Они важны для ядерной физики только потому, что именно она имеет дело с высокими энергиями заряженных частиц и т-квантов. Вторая причина связана с тем, что высокая энергия проходящих через вещество заряженных частиц и у-квантов позволяет часто пренебрегать энергией связи электронов в электронных оболочках атомов, рассматривая эти электроны как свободные.
Даже в тех случаях, когда точный расчет процесса прохождения через вещество практически невыполним из-за его сложности и необходимые величины приходится находить опытным путем, качественное уяснение явлений позволяет определить, какие именно постоянные надо находить эмпирически. По характеру механизма прохождения через вещество все частицы разделяются на: 1) легкие заряженные частицы (электроны и позитроны): 2) тяжелые заряженные частицы (к ним относятся все частицы кроме электронов и позитронов) и 3) у-кванты (и кванты жестких рентгеновских лучей).
Нейтроны взаимодействуют только с атомными ядрами посредством ядерных сил, а поэтому их прохождение через вещество будет 8 80) Прохождение тяжелых заряженных частиц через вещество 511 рассмотрено в гл. Х1У. Нейтрино подвергаются только слабым взаимодействиям и могут свободно проходить в веществе астрономические расстояния. Знание закономерностей прохождения через вещество заряженных частиц и П-квантов необходимо для понимания действия приборов ядерной физики, применяемых для регистрации и изучения свойств таких частиц, а также для расчета защиты от ядерных излучений при научных исследованиях, в атомной энергетике и при прочих применениях ядерной физики. й 80. Прохождение тяжелых заряженных частиц через вещество 1. Тяжелая заряженная частица массы Лд и высокой энергии взаимодействует с электрическими полями электронов и атомных ядер. Она либо ионизует, либо возбуждает агпомы.
Осуществляется также и чисто ядерное взаимодействие частицы с атомным ядром. За счет этих процессов энергия частицы уменьшается и ее движение замедляется. Если частица заряжена положительно, то в результате замедления она начинает энергично захватывать электроны, отбирая их от атомов окружающей среды. В результате она превращается в ион или нег1тральный атом и приходит н тепловое равновесие с окружающей средой. Такова же судьба и быстрой отрицательной частицы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
