Оболочечная модель ядра

В оболочечной модели, развитой Марией Гепперт-Майер, предполагается, что нуклоны в ядре независимы и движутся в усредненном центрально-симметричном поле. В ядре существуют дискретные уровни энергии, которые заполняются нуклонами в соответствии с принципом Паули подобно тому, как электроны заполняют энергетические уровни атома. Эти уровни группируются в оболочки, которые полностью заполнены у наиболее устойчивых ядер, называемых магическими, с числом нейтронов или протонов равным 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Эти числа аналогичны числу электронов в K, L, M, N и других оболочках в атоме (2, 8, 18, 32, 50, 72, 98). Ядра,

у которых и число протонов и число нейтронов являются магическими называются

дважды магическими. Таких ядер известно 5: , , , ,

Устойчивость ядер определяется их энергией связи относительно возможного процесса распада. Если энергия связи для этого процесса > 0, то ядро устойчиво, если 0, то ядро неустойчиво. С увеличением порядкового номера ядра в таблице Менделеева, т.е. с ростом числа протонов, число нейтронов также увеличивается (Рис.37). Вначале этот рост до массового числа А 50 происходит линейно, а затем с увеличением порядкового номера Z число нейтронов растет быстрее, чем число протонов. Качественно это можно объяснить тем, что в устойчивых ядрах кулоновское отталкивание протонов уравновешивается ядерными силами притяжения со стороны нейтронов.

Рис.37 Зависимость числа нейтронов в ядре от числа протонов

23. Ядерные силы

Огромная энергия связи нуклонов в ядре является следствием того, что между

ними действуют ядерные силы, которые удерживают их на расстояниях порядка

10^-15 м, несмотря на сильное кулоновское отталкивание. Эти силы обладают следую-

щими свойствами:

1.Ядерные силы (притяжения) являются короткодействующими, радиус их

действия около 10^-15 м. На меньших расстояниях притяжение нуклонов сменяется отталкиванием.

2. Сильное (ядерное) взаимодействие нуклонов не зависит от их заряда, т.е. является зарядово независимым.

3. У ядерных сил наблюдается насыщение, говорящее о том, что каждый нуклон взаимодействует с ограниченным числом (соседними) нуклонов.

4. Ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов нуклонов. Например, устойчивое ядро тяжелого водорода, дейтерия, является устойчивым, только если спины входящих в него нейтрона и протона антипараллельны.

5. Ядерные силы не являются центральными, т.е. направленными вдоль прямой, соединяющей два нуклона. Это подтверждает, в частности, их зависимость от ориентации спинов нуклонов.

Радиоактивность

Радиоактивность – самопроизвольное превращение неустойчивых изотопов химических элементов в изотопы других элементов с испусканием элементарных частиц или ядер. Естественная радиоактивность была открыта в 1896 году Беккерелем. Исследования показали, что в процессе распада урана образуется 3 вида лучей (частиц): и- и-частицы отклоняются в магнитном поле в разные стороны, а  - лучи не меняют направление своего распространения в магнитном поле (Рис.38). и представляют собой электромагнитное излучение с очень короткой длиной волны

Рис.38 Схема опыта по обнаружению α-, β- и γ-излучений. К – свинцовый контей

нер, П – радиоактивный препарат, Ф – фотопластинка, индукция магнитного поля.