Atom çekirdeğinin kütlesini bulun kg. Atom çekirdeği: yapı, kütle, bileşim. İletişim enerjisi. Nükleer kütle kusuru

Atom çekirdeği- bu, atomun proton ve nötronlardan (birlikte denir) oluşan merkezi kısmıdır. nükleonlar).

Çekirdek, 1911'de E. Rutherford tarafından pasajı incelerken keşfedildi. α -madde yoluyla parçacıklar. Atomun neredeyse tüm kütlesinin (% 99.95) çekirdekte yoğunlaştığı ortaya çıktı. Atom çekirdeğinin boyutu, elektron kabuğunun boyutundan 10.000 kat daha küçük olan 10 -1 3 -10 - 12 cm mertebesindedir.

E. Rutherford tarafından önerilen atomun gezegen modeli ve hidrojen çekirdeklerinin deneysel gözlemi bozuldu α -Diğer elementlerin çekirdeklerinden gelen parçacıklar (1919-1920), bilim insanını şu düşünceye yöneltti: proton... Proton terimi 1920'lerin başında tanıtıldı.

Proton (Yunancadan. protonlar- ilk, sembol P) Kararlı bir temel parçacıktır, bir hidrojen atomunun çekirdeğidir.

Proton- yükü bir elektronun yüküne mutlak değerde eşit olan pozitif yüklü bir parçacık e= 1,6 10 -1 9 Cl. Bir protonun kütlesi, bir elektronun kütlesinin 1836 katıdır. Bir protonun dinlenme kütlesi m p= 1.6726231 10 -27 kg = 1.007276470 amu

Çekirdekteki ikinci parçacık nötron.

nötron (lat. kısırlaştırmak- ne biri ne de diğeri, sembol n) Yükü olmayan, yani nötr olan temel bir parçacıktır.

Nötronun kütlesi elektronun kütlesinin 1839 katıdır. Bir nötronun kütlesi, bir protonun kütlesine neredeyse eşittir (biraz daha fazladır): serbest bir nötronun geri kalan kütlesi mn= 1.6749286 10 -27 kg = 1.0008664902 amu ve bir protonun kütlesini bir elektronun kütlesinin 2,5 katı kadar aşar. Nötron, genel adı altında bir proton ile birlikte nükleon atom çekirdeğinin bir parçasıdır.

Nötron, 1932'de berilyum bombardımanı sırasında E. Rutherford'un öğrencisi D. Chadwig tarafından keşfedildi. α -parçacıklar. Yüksek nüfuz etme kabiliyetine sahip (10-20 cm kalınlığında bir kurşun levhanın bariyerini aşan) ortaya çıkan radyasyon, parafin levhadan geçerken etkisini yoğunlaştırdı (şekle bakın). Joliot-Curies tarafından yapılan Wilson odasındaki izlerden bu parçacıkların enerjisinin tahmini ve ek gözlemler, bu ilk varsayımı dışlamayı mümkün kıldı. γ -kuantlar. Nötron adı verilen yeni parçacıkların büyük nüfuz etme yeteneği, elektronötraliteleriyle açıklanıyordu. Sonuçta, yüklü parçacıklar aktif olarak madde ile etkileşime girer ve enerjilerini hızla kaybeder. Nötronların varlığı, D. Chadwig'in deneylerinden 10 yıl önce E. Rutherford tarafından tahmin edildi. vuruşta α - berilyum çekirdeğindeki parçacıklar, aşağıdaki reaksiyon gerçekleşir:

İşte nötronun sembolü; yükü sıfıra eşittir ve bağıl atom kütlesi yaklaşık olarak bire eşittir. Bir nötron kararsız bir parçacıktır: ~ 15 dakikalık bir sürede serbest bir nötron. bir protona, bir elektrona ve bir nötrinoya bozunur - dinlenme kütlesinden yoksun bir parçacık.

1932'de J. Chadwick tarafından nötronun keşfinden sonra, D. Ivanenko ve V. Heisenberg bağımsız olarak önerdiler. proton-nötron (nükleon) nükleer modeli... Bu modele göre çekirdek, proton ve nötronlardan oluşur. proton sayısı Z D. I. Mendeleev tablosundaki elementin sıra numarası ile çakışır.

çekirdek şarj Q proton sayısı ile belirlenir Zçekirdeği oluşturan ve elektron yükünün mutlak değerinin bir katıdır e:

Q = + Z.

Numara Z aranan çekirdeğin yük sayısı veya atomik numara.

Çekirdeğin kütle numarası A içinde bulunan toplam nükleon, yani proton ve nötron sayısı olarak adlandırılır. Çekirdekteki nötron sayısı harf ile gösterilir. n... Buna göre kütle numarası:

A = Z + N.

Nükleonlara (proton ve nötron) bire eşit bir kütle numarası atanır, elektron - sıfır.

Çekirdeğin bileşimi fikri de keşifle kolaylaştırıldı. izotoplar.

İzotoplar (Yunancadan. iso'lar- eşit, aynı ve topoa- yer), atom çekirdeği aynı sayıda protona sahip olan aynı kimyasal elementin atom çeşitleridir ( Z) ve farklı sayıda nötron ( n).

Bu tür atomların çekirdeklerine izotop da denir. izotoplar nüklidler bir element. Nüklit (lat. çekirdek- çekirdek) - verilen sayılarla herhangi bir atom çekirdeği (sırasıyla atom) Z ve n... Nüklitlerin genel tanımı ……. nerede x- kimyasal bir elementin sembolü, A = Z + N- kütle Numarası.

İzotoplar, adlarının geldiği Periyodik Element Tablosunda aynı yeri işgal eder. İzotoplar, kural olarak, nükleer özelliklerinde (örneğin, nükleer reaksiyonlara girme yeteneklerinde) önemli ölçüde farklılık gösterir. İzotopların kimyasal (b neredeyse aynı ölçüde fiziksel) özellikleri aynıdır. Bunun nedeni, bir elementin kimyasal özelliklerinin, atomun elektron kabuğunun yapısını etkileyen kişi olduğu için çekirdeğin yükü tarafından belirlenmesidir.

İstisna, hafif elementlerin izotoplarıdır. hidrojen izotopları 1 n — protiyum, 2 n— döteryum, 3 n — trityum kütleleri o kadar güçlü farklıdır ki fiziksel ve kimyasal özellikleri farklıdır. Döteryum stabildir (yani radyoaktif değildir) ve sıradan hidrojende küçük bir safsızlık (1:4500) olarak bulunur. Döteryum oksijenle birleşince ağır su oluşur. Normal atmosfer basıncında 101,2 °C'de kaynar ve +3,8 °C'de donar. trityum β -Yaklaşık 12 yıllık bir yarı ömre sahip radyoaktif.

Tüm kimyasal elementlerin izotopları vardır. Bazı elementlerin yalnızca kararsız (radyoaktif) izotopları vardır. Tüm elementler için radyoaktif izotoplar yapay olarak elde edildi.

Uranyum izotopları. Uranyum elementinin iki izotopu vardır - kütle numaraları 235 ve 238. İzotop, daha yaygın olanın sadece 1/140'ıdır.

İzogonlar. Bir hidrojen atomunun çekirdeği - bir proton (p) - en basit çekirdektir. Pozitif yükü, bir elektronun yüküne mutlak değerde eşittir. Protonun kütlesi 1.6726-10'2 kg'dır. Atom çekirdeğinin bir parçası olan bir parçacık olarak proton, 1919'da Rutherford tarafından keşfedildi.

Atom çekirdeği kütlelerinin deneysel olarak belirlenmesi için, kütle spektrometreleri.İlk olarak Thomson (1907) tarafından önerilen kütle spektrometrisi ilkesi, elektrik ve manyetik alanların odaklama özelliklerini yüklü parçacıkların ışınlarına göre kullanmaktır. Yeterince yüksek çözünürlüğe sahip ilk kütle spektrometreleri 1919'da F.W. Aston ve A. Dempstsrom. Kütle spektrometresinin çalışma prensibi Şek. 1.3.

Atomlar ve moleküller elektriksel olarak nötr olduğundan, önce iyonize edilmeleri gerekir. İyonlar, bir iyon kaynağında, test maddesinin buharlarının hızlı elektronlarla bombardıman edilmesi ve daha sonra bir elektrik alanında ivmenin ardından (potansiyel fark) oluşturulur. V) tek tip bir manyetik alan B bölgesine düşen vakum odasına gidin. Etkisi altında, iyonlar yarıçapı olan bir daire içinde hareket etmeye başlar. G Lorentz kuvveti ve merkezkaç kuvvetinin eşitliğinden bulunabilir:

nerede M- iyonun kütlesi. İyon hızı v bağıntı ile belirlenir

Pirinç. 1.3.

Hızlanan potansiyel fark Veya manyetik alan kuvveti V aynı kütleye sahip iyonlar, bir fotoğraf plakası veya başka bir konuma duyarlı dedektör üzerinde aynı yere düşecek şekilde seçilebilir. Ardından, kütle spektrum sinyalinin maksimumunu bulmak ve formül (1.7) kullanılarak iyonun kütlesini belirlemek mümkündür. m. 1

hız hariç v(1.5) ve (1.6)'dan şunu buluruz:

Kütle spektrometrisi teknolojisinin gelişimi, 1910'da Frederick Soddy tarafından yapılan varsayımın, kimyasal elementlerin kesirli (hidrojen atomunun kütlesinin birimlerinde) atomik kütlelerinin varlığı ile açıklandığı varsayımını doğrulamayı mümkün kıldı. izotoplar- aynı nükleer yüke sahip, ancak farklı kütlelere sahip atomlar. Aston'un öncü araştırmaları sayesinde, çoğu elementin aslında iki veya daha fazla doğal izotopun karışımından oluştuğu tespit edildi. Bunun istisnası, monoizotopik olarak adlandırılan nispeten az sayıda elementtir (F, Na, Al, P, Au, vb.). Bir elementteki doğal izotop sayısı 10'a (Sn) ulaşabilir. Ayrıca, daha sonra ortaya çıktığı gibi, istisnasız tüm elementlerin radyoaktivite özelliğine sahip izotopları vardır. Çoğu radyoaktif izotop doğada bulunmaz; sadece yapay olarak elde edilebilirler. Atom numarası 43 (Tc), 61 (Pm), 84 (Po) ve üzeri olan elementler sadece radyoaktif izotoplara sahiptir.

Bugün fizik ve kimyada kabul edilen uluslararası atomik kütle birimi (amu), doğadaki en yaygın karbon izotopunun kütlesinin 1/12'sidir: 1 amu. = 1.66053873 * 10”kg. Hidrojenin atom kütlesine eşit olmasa da ona yakındır. Bir elektronun kütlesi yaklaşık 1/1800 amu'dur. Modern kütle spektrometrisinde, kütle ölçümünün bağıl hatası

AMfM= 10 -10, bu da 10 -10 amu seviyesinde kütle farklarını ölçmeyi mümkün kılar.

Amu cinsinden ifade edilen izotopların atomik kütleleri, neredeyse tam olarak tamsayı. Böylece, her atom çekirdeği ona atfedilebilir. kütle numarası A(bütün), örneğin H-1, H-2, H-C, C-12, 0-16, Cl-35, C1-37 ve benzerleri. İkinci durum, yeni bir temelde, tüm elementlerin hidrojenden yapıldığına göre W. Prout'un (1816) hipotezine olan ilgiyi canlandırdı.

b v, b s b k, k v, k s, k k, B s B k C1 parametreleriyle. pozitif bir kesirli güçte Z olan bir terim içermesi bakımından olağandışıdır.
Öte yandan, nükleer madde teorisine veya etkin nükleer potansiyellerin kullanımına dayalı kütle formüllerine ulaşmak için girişimlerde bulunulmuştur. Özellikle, sadece küresel simetrik çekirdeklerin değil, eksenel deformasyonların da dikkate alındığı çalışmalarda etkin Skyrme potansiyelleri kullanıldı. Bununla birlikte, nükleer kütleler için hesaplama sonuçlarının doğruluğu, genellikle makro-makroskopik yöntemden daha düşüktür.
Yukarıda tartışılan tüm çalışmalar ve bunlarda önerilen kütle formülleri, çekirdeklerin özelliklerini tahmin etmeye yönelik bir gözle nükleer değişkenlerin (A, Z, vb.) Düzgün fonksiyonları aracılığıyla tüm çekirdek sisteminin küresel bir açıklamasına yöneliktir. uzak bölgeler (nükleon stabilite sınırına yakın ve ötesinde ve ayrıca süper ağır çekirdekler). Global formüller ayrıca kabuk düzeltmeleri içerir ve bazen önemli sayıda parametre içerir, ancak buna rağmen doğrulukları nispeten düşüktür (1 MeV mertebesinde) ve bunların ve özellikle makroskopik (sıvı) ne kadar optimal olduğu sorusu ortaya çıkar. damlacık) kısmı, deneyin gereksinimlerini yansıtır.
Bu bağlamda, Kolesnikov ve Vymyatnin'in çalışmalarında, formülün yapısının ve parametrelerinin deneyden en az kök-ortalama-kare sapmasını sağlaması şartından yola çıkarak optimal kütle formülünü bulma ters problemi çözüldü. bu, minimum parametre sayısı n ile elde edilir, yani böylece Q = (n + 1) formülünün her iki kalite indeksi de minimumdur. Oldukça geniş bir göz önünde bulundurulan işlevler sınıfı (yayınlanmış kütle formüllerinde kullanılanlar dahil) arasından seçimin bir sonucu olarak, formül (MeV cinsinden) bağlanma enerjisi için en uygun seçenek olarak önerildi:

burada S (Z, N) en basit (iki parametreli) kabuk düzeltmesidir ve P (A) parite düzeltmesidir (bkz. (6)) 9 serbest parametreli optimal formül (12) kök-ortalama karesini sağlar deneysel değerlerden sapma = 1.07 MeV, maksimum ~ 2.5 MeV sapma ile (tablolara göre). Ayrıca, beta-kararlılık çizgisinden ve Z * (A) çizgisinin gidişatından uzaktaki izobarların (küresel tipteki diğer formüllerle karşılaştırıldığında) daha iyi bir tanımını verir ve Coulomb enerji terimi boyutlarıyla tutarlıdır. Elektron saçılma deneylerinden elde edilen çekirdekler. Formül, A 2/3 ile orantılı olağan terim (genellikle "yüzey" enerjisi ile tanımlanır) yerine, A 1/3 ile orantılı bir terim içerir (bu arada, burada "eğrilik" terimi adı altında mevcut). birçok kütle formülü, örneğin). B (A, Z) hesaplamalarının doğruluğu, daha fazla sayıda parametre dahil edilerek artırılabilir, ancak formülün kalitesi bozulur (Q artar). Bu, kullanılan fonksiyon sınıfının yeterince tamamlanmadığı veya çekirdek kütlelerini tanımlamak için farklı (küresel olmayan) bir yaklaşımın kullanılması gerektiği anlamına gelebilir.

4. Çekirdeklerin bağlanma enerjilerinin yerel açıklaması

Kütle formülleri oluşturmanın başka bir yolu, nükleer enerji yüzeyinin yerel bir tanımına dayanmaktadır. Her şeyden önce, birkaç (genellikle altı) komşu çekirdeğin kütlelerini nötron ve proton sayıları Z, Z ile ilişkilendiren fark ilişkilerini not ediyoruz. + 1, N, N + 1. İlk olarak Harvey ve Kelson tarafından önerildiler ve diğer yazarların eserlerinde daha da rafine edildiler (örneğin, in). Fark ilişkilerinin kullanılması, bilinmeyen, ancak bilinene yakın olan çekirdeklerin kütlelerini 0.1 - 0.3 MeV mertebesinde yüksek bir doğrulukla hesaplamayı mümkün kılar. Ancak, çok sayıda parametre girilmelidir. Örneğin, 1241 çekirdeğin kütlelerini 0,2 MeV doğrulukla hesaplamak için 535 parametre girmek gerekiyordu. Dezavantajı, sihirli sayılar çarpıldığında, doğruluğun önemli ölçüde azalmasıdır; bu, bu tür formüllerin herhangi bir uzak ekstrapolasyon için tahmin gücünün küçük olduğu anlamına gelir.
Nükleer enerji yüzeyinin yerel açıklamasının bir başka versiyonu, nükleer kabuklar fikrine dayanmaktadır. Nükleer kabukların çok parçacıklı modeline göre, nükleonlar arasındaki etkileşim, tamamen çekirdekte belirli bir ortalama alanın yaratılmasına indirgenmez. Buna ek olarak, özellikle spin etkileşimi şeklinde ve parite etkisinde kendini gösteren ek (artık) etkileşimi de hesaba katmak gerekir. De Chalit, Talmy ve Tyberger'in gösterdiği gibi, aynı nötron (alt) kabuğunun dolgusu içinde, nötronun bağlanma enerjisi (B n) ve benzer şekilde (proton (alt) kabuğunun dolgusu içinde) proton (B p), nötron ve proton sayısına bağlı olarak lineer olarak değişir ve toplam bağlanma enerjisi, Z ve N'nin ikinci dereceden bir fonksiyonudur. Çalışmalardaki çekirdeklerin bağlanma enerjilerine ilişkin deneysel verilerin analizi, benzer bir sonuca yol açar. Ayrıca, bunun yalnızca küresel çekirdekler için (de Chalite ve diğerleri tarafından önerildiği gibi) değil, aynı zamanda deforme olmuş çekirdek bölgeleri için de geçerli olduğu ortaya çıktı.
Çekirdek sistemini sihirli sayılar arasındaki bölgelere basitçe bölerek, (Levy'nin gösterdiği gibi) bağlanma enerjilerini, en azından global kütle formüllerini kullanmaktan daha kötü olmayan, Z ve N'nin ikinci dereceden fonksiyonlarıyla tanımlamak mümkündür. Zeldes tarafından daha teorik bir çalışma temelli yaklaşım benimsendi. Ayrıca çekirdek sistemini 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 sihirli sayıları arasındaki bölgelere ayırdı, ancak bu bölgelerin her birindeki etkileşim enerjisi sadece Z ve N'de ikinci dereceden nükleonların ikili etkileşimini içermiyor ve Coulomb etkileşimi, ancak deformasyon etkileşimi olarak adlandırılan, saniyeden daha yüksek Z ve N derecelerinde simetrik polinomlar içeren.
Bu, parametre sayısında bir artışa yol açmasına rağmen, çekirdeklerin bağlanma enerjilerinin tanımını önemli ölçüde iyileştirmeyi mümkün kıldı. Bu nedenle, 1280 çekirdeği = 0.278 MeV ile tanımlamak için 178 parametreyi tanıtmak gerekliydi. Bununla birlikte, alt kabukların ihmali, Z = 40 (~ 1.5 MeV) civarında, N = 50 (~ 0.6 MeV) civarında ve ağır çekirdekler bölgesinde (> 0.8 MeV) oldukça önemli sapmalara yol açmıştır. Ayrıca, sınırlardaki enerji yüzeyinin sürekliliği durumundan farklı bölgelerde formülün parametrelerinin değerlerine uymak istendiğinde zorluklar ortaya çıkar.
Bu bağlamda, alt kabuk etkisinin dikkate alınması gerektiği açık görünmektedir. Ancak, ana sihirli sayıların hem teorik hem de deneysel olarak güvenilir bir şekilde oluşturulduğu bir zamanda, alt büyü sayıları meselesinin çok kafa karıştırıcı olduğu ortaya çıkıyor. Aslında, güvenilir bir şekilde oluşturulmuş genel olarak kabul edilen alt-büyü sayıları yoktur (her ne kadar literatürde 40, 56.64 ve diğerleri nükleon sayıları için çekirdeklerin bazı özelliklerinde düzensizlikler belirtilmiş olsa da). Düzenliliklerin nispeten küçük ihlallerinin nedenleri farklı olabilir. Örneğin, Goeppert-Mayer ve Jensen tarafından belirtildiği gibi, komşu seviyelerin normal doldurma sırasının ihlalinin nedeni, açısal momentumlarının büyüklüğündeki fark olabilir. ve sonuç olarak, eşleşme enerjilerinde. Diğer bir sebep ise çekirdeğin deformasyonudur. Kolesnikov, alt-kabuk etkisini hesaba katma problemini, komşu sihirli sayılar arasındaki çekirdek bölgesini, her birinin içinde nükleon bağlanma enerjilerinin (Bn ve Bp) Z ve N'nin lineer fonksiyonları ile tanımlanır ve toplam bağlanma enerjisinin bölgelerin sınırları dahil her yerde sürekli bir fonksiyon olması şartıyla. Alt kabukları dikkate almak, bağlanma enerjilerinin deneysel değerlerinden = 0.1 MeV'ye, yani deneysel hatalar seviyesine kök-ortalama-kare sapmasını azaltmayı mümkün kılmıştır. Çekirdek sisteminin ana sihirli sayılar arasında daha küçük (alt-sihirli) bölgelere bölünmesi, büyüler arası bölgelerin sayısında bir artışa ve buna bağlı olarak daha fazla sayıda parametrenin tanıtılmasına, ancak ikincisinin değerlerinin farklı olmasına yol açar. bölgeler, bölgelerin sınırlarındaki enerji yüzeyinin sürekliliği koşullarından eşleştirilebilir ve böylece serbest parametre sayısı azaltılabilir.
Örneğin, en ağır çekirdek bölgesinde (Z> 82, N> 126) ~ 800 çekirdeği = 0.1 MeV ile tanımlarken, sınırlardaki enerji sürekliliği koşulları dikkate alındığından dolayı parametre sayısı azalmıştır. üçte birden fazla (şimdi 226 yerine 136).
Buna göre, aynı büyüler arası bölge içindeki bir protonun bağlanma enerjisi - bir protonun bir çekirdeğe (Z, N) bağlanma enerjisi - şu şekilde yazılabilir:

burada i indeksi çekirdeğin paritesini proton sayısı ile belirler: i = 2, Z'nin çift olduğu ve i = 1 - Z'nin tek olduğu anlamına gelir, ai ve bi, pariteyi belirleyen farklı j indekslerine sahip çekirdekler için ortak sabitlerdir. nötron sayısı ile Bu durumda, pp, protonların eşleşme enerjisidir ve burada Δ pn, pn - etkileşimin enerjisidir.
Benzer şekilde, bir nötronun bağlanma (bağlanma) enerjisi şu şekilde yazılır:

burada ci ve i sabitlerdir, burada δ nn nötron eşleştirme enerjisidir, a, Z k ve N l protonların (alt) sihirli sayılarının en küçüğüdür ve buna bağlı olarak bölgeyi (k, l) sınırlayan nötronlardır.
(13) ve (14)'te, dört parite türünün tümünün çekirdekleri arasındaki fark dikkate alınır: hh, hn, nh ve nn. Nihai olarak, çekirdeklerin bağlanma enerjilerinin böyle bir açıklamasıyla, her bir parite türü için enerji yüzeyi, birbirine bağlı nispeten küçük parçalara, yani. mozaik bir yüzey gibi olur.

5. Line beta - çekirdeklerin kararlılığı ve bağlanma enerjileri

Ana sihirli sayılar arasındaki bölgelerdeki çekirdeklerin bağlanma enerjilerini tanımlamanın bir başka olasılığı, çekirdeklerin beta bozunma enerjilerinin beta kararlılık çizgisinden uzaklıklarına bağımlılığına dayanır. Bethe-Weizsacker formülünden, enerji yüzeyinin izobarik kesitlerinin paraboller olduğu (bkz. (9), (10)) ve orijini büyük A'da bırakan beta-kararlılık çizgisinin giderek daha fazla nötrona doğru saptığı sonucu çıkar. -zengin çekirdekler. Bununla birlikte, gerçek beta kararlılık eğrisi, sihirli nötron ve proton sayılarının kesişiminde süreksizlikleri olan düz çizgi parçalarını temsil eder (bkz. Şekil 3). Z*'nin A'ya lineer bağımlılığı aynı zamanda de Chalite ve diğerleri tarafından nükleer kabukların çok-parçacıklı modelinden kaynaklanmaktadır. Deneysel olarak, beta kararlılık çizgisindeki (Δ Z * 0.5-0.7) en önemli kırılmalar N, Z = 20, N = 28, 50, Z = 50, N ve Z = 82, N sihirli sayılarının kesişiminde meydana gelir. = 126). Submagic sayılar çok daha zayıftır. Ana sihirli sayılar arasındaki aralıkta, izobarların minimum enerjisi için Z * değerleri, doğrusal ortalamalı (düz) çizgi Z * (A) üzerinde oldukça iyi bir doğrulukla bulunur. En ağır çekirdek bölgesi için (Z> 82, N> 136) Z * formülle ifade edilir (bkz.)

Gösterildiği gibi, büyüler arası bölgelerin her birinde (yani, ana sihirli sayılar arasında), beta-artı ve beta-eksi azalmanın enerjileri iyi bir doğrulukla Z - Z * (A) 'nın doğrusal bir fonksiyonu olarak ortaya çıkar. Bu, Şekil 5'te Z> 82, N> 126 bölgesi için gösterilmiştir, burada + D'nin Z - Z * (A)'ya bağımlılığı çizilir, kolaylık olması için Z'ye sahip çekirdekler seçilir; D, çift N'li (ve Z'li) çekirdekler için 1.9 MeV'ye ve tek N'li (ve çift Z'li) çekirdekler için 0.75 MeV'ye eşit bir parite düzeltmesidir. Tek Z'ye sahip bir izobar için, beta eksi bozunma - enerjisinin, Z + 1 çift yüklü bir izobarın beta artı bozunma eksi enerjisine eşit olduğu ve (A, Z) = - (A, Z + 1), Şekil 5'teki grafik, Z> 82, N> 126 bölgesinin tüm çekirdeklerini, Z ve N'nin hem çift hem de tek değerleriyle istisnasız kapsar. Söylenenlere göre

burada k ve D, ana sihirli sayılar arasında kalan bölge için sabitlerdir. Z> 82, N> 126 bölgesine ek olarak, gösterildiği gibi, benzer doğrusal bağımlılıklar (15) ve (16) ana sihirli sayılarla ayırt edilen diğer bölgeler için geçerlidir.
(15) ve (16) formüllerini kullanarak, dikkate alınan altbüyü bölgesinin herhangi bir (deneysel çalışma için şimdiye kadar erişilemeyen) çekirdeğinin beta bozunma enerjisi, yalnızca Z yükü ve A kütle numarası bilinerek tahmin edilebilir. Bu durumda, Tablonun gösterdiği ~ 200 deneysel değerle karşılaştırmalı olarak Z> 82, N> 126 bölgesi için hesaplama doğruluğu, maksimum sipariş sapmaları ile tek A için = 0,3 MeV ve çift A için 0,4 MeV'ye kadar değişir. 0,6 MeV, yani global tipteki kütle formüllerini kullanırken olduğundan daha yüksek. Ve bu, minimum sayıda parametre kullanılarak elde edilir (beta kararlılık eğrisi için formül (16)'da dört ve formül (15)'te iki tane daha). Ne yazık ki, süper ağır çekirdekler için deneysel veri eksikliği nedeniyle benzer bir karşılaştırma yapmak şu anda mümkün değildir.
Beta bozunma enerjilerini ve buna ek olarak yalnızca bir izobar (A, Z) için alfa bozunma enerjisinin bilinmesi, beta kararlılığından yeterince uzak olanlar da dahil olmak üzere, aynı kütle numarası A olan diğer çekirdeklerin alfa bozunma enerjilerini hesaplamayı mümkün kılar. astar. Bu, alfa bozunmasının nükleer enerjiler hakkında ana bilgi kaynağı olduğu en ağır çekirdek bölgesi için özellikle önemlidir. Z> 82 bölgesinde, beta kararlılık çizgisi, alfa bozunmasının meydana geldiği N = Z çizgisinden sapar, böylece alfa parçacığı kaçtıktan sonra oluşan çekirdek beta kararlılık çizgisine yaklaşır. Z> 82 bölgesinin beta stabilitesi çizgisi için (bkz. (15)) Z * / A = 0.356, alfa bozunması için Z / A = 0.5. Sonuç olarak, çekirdek (A-4, Z-2) çekirdeğe (A, Z) kıyasla beta kararlılık çizgisine bir miktar (0,5 - 0,356) daha yakındır. 4 = 0,576 ve beta bozunma enerjisi 0,576 olur. k = 0,576. 1.13 = 0.65 MeV çekirdeğe göre daha azdır (A, Z). Dolayısıyla, (A, Z), (A, Z + 1), (A-4, Z-2), (A-4, Z-1) çekirdeklerini içeren enerji (,) döngüsünden şu şekildedir: çekirdeğin (A, Z + 1) alfa bozunma Q a enerjisinin, izobardan (A, Z) 0,65 MeV daha fazla olması gerektiği. Böylece izobardan (A, Z) izobara (A, Z + 1) geçerken alfa bozunma enerjisi 0,65 MeV artar. Z> 82, N> 126 için bu, ortalama olarak tüm çekirdekler için (pariteden bağımsız olarak) çok iyi gerekçelendirilmiştir. Nötronlar için alt-sihirli sayıların N = 152 ve protonlar kesişir.

Alfa bozunma enerjileri üzerine deneysel verilere dayanarak, ağır elementler bölgesindeki çekirdeklerin alfa bozunması enerjilerindeki değişimin genel resmini tamamlamak için, beta kararlılık çizgisi üzerinde uzanan hayali çekirdekler için alfa bozunma enerjisinin değeri , Q * a, hesaplandı. Sonuçlar Şekil 6'da gösterilmektedir. Şekilden görüldüğü gibi. Şekil 6'da, kurşunun ardından alfa bozunmasına göre çekirdeklerin genel kararlılığı, hızla (Q*a düşer) A235'e (uranyum bölgesi) yükselir, ardından Q*a yavaş yavaş büyümeye başlar. Bu durumda, Q * a'da yaklaşık olarak lineer değişimin 5 alanı ayırt edilebilir:

Q a'nın formülle hesaplanması

6. Ağır çekirdekler, süper ağır elementler

Son yıllarda, süper ağır çekirdeklerin incelenmesinde önemli ilerlemeler kaydedilmiştir; Z = 110'dan Z = 118'e kadar seri numaralı elementlerin izotopları sentezlendi. Bu durumda, büyük miktarda nötron içeren 48 Ca izotopunun bombardıman parçacığı olarak kullanıldığı Dubna'daki JINR'de gerçekleştirilen deneyler özel bir rol oynadı. Bu, betaya daha yakın nüklidlerin sentezlenmesini mümkün kıldı. -kararlılık hattı ve dolayısıyla daha uzun ömürlü ve daha düşük enerji ile çürüyen. Ancak zorluklar, ışınlama sonucunda oluşan çekirdeklerin alfa bozunma zincirinin bilinen çekirdeklerde bitmemesi ve bu nedenle ortaya çıkan reaksiyon ürünlerinin, özellikle de kütle numaralarının tanımlanmasının açık olmamasıdır. Bu bağlamda elementlerin varlığının sınırında yer alan süper ağır çekirdeklerin özelliklerini anlamak kadar, deneysel ölçümlerin sonuçlarını teorik modellerle karşılaştırmak gerekir.
Yönlendirme, transfermium elementleri üzerine yeni veriler dikkate alınarak, enerjiler - ve - bozunma sistematiği tarafından verilebilir. Bununla birlikte, şimdiye kadar yayınlanan makaleler, neredeyse yirmi yıl öncesinin oldukça eski deneysel verilerine dayanıyordu ve bu nedenle çok az kullanışlı olduğu ortaya çıktı.
Teorik çalışmalara gelince, sonuçlarının açık olmaktan uzak olduğu kabul edilmelidir. Her şeyden önce, çekirdeğin hangi teorik modelinin seçildiğine bağlıdır (aktarım çekirdeklerinin bölgesi için makro-mikro model, Skyrme-Hartree-Fock yöntemi ve göreli ortalama alan modeli en kabul edilebilir olarak kabul edilir). Ancak aynı model çerçevesinde bile sonuçlar, parametrelerin seçimine ve belirli düzeltme terimlerinin dahil edilmesine bağlıdır. Buna göre, farklı sihirli sayıda proton ve nötron için (ve buna yakın) artan kararlılık tahmin edilmektedir.

Böylece Möller ve diğer bazı teorisyenler, iyi bilinen sihirli sayılara (Z, N = 2, 8, 20, 28, 50, 82 ve N = 126) ek olarak, Z = 114 sihirli sayısının da olması gerektiği sonucuna vardılar. transfermium elementleri alanında görünür ve Z = 114 ve N = 184'ün yakınında, nispeten kararlı bir çekirdek adası olmalıdır (bazı yüce popülerleştiriciler, yeni sözde kararlı süper ağır çekirdekler ve bunlarla ilişkili yeni enerji kaynakları hakkında hayal kurmak için acele ettiler) . Bununla birlikte, aslında, diğer yazarların eserlerinde, Z = 114'ün büyüsü reddedilir ve bunun yerine protonların sihirli sayıları Z = 126 veya 124 olarak ilan edilir.
Öte yandan eserlerde sihirli sayıların N=162 ve Z=108 olduğu ileri sürülmektedir. Ancak eserin yazarları buna katılmamaktadır. Teorisyenlerin görüşleri, Z = 114, N = 184 ve Z = 108, N = 162 sayılarına sahip çekirdeklerin küresel olarak simetrik olup olmayacağı veya deforme olup olmayacağı konusunda da farklıdır.
Proton sayısının Z = 114'ün büyüsü hakkındaki teorik tahminlerin deneysel olarak doğrulanmasına gelince, daha sonra 170 ila 176 arasındaki nötron sayılarıyla deneysel olarak elde edilen bölgede, 114 elementinin izotoplarının izolasyonu (daha yüksek kararlılıkları anlamında) diğer elementlerin izotoplarıyla karşılaştırıldığında görsel olarak gözlenmez.

Yukarıdakiler 7, 8 ve 9'da gösterilmektedir. Şekil 7, 8 ve 9'da, noktalarla çizilen transfermiyum çekirdeklerinin alfa bozunma enerjilerinin Qa deneysel değerlerine ek olarak, teorik hesaplamaların sonuçları gösterilmektedir. eğri çizgiler şeklinde. Şekil 7, sekizinci mertebeye kadar deformasyonların çok kutupluluğu dikkate alınarak bulunan Z bile olan elementler için makro-mikro çalışma modeline göre hesaplamaların sonuçlarını göstermektedir.
İncirde. 8 ve 9, sırasıyla çift ve tek elemanlar için optimal formüle göre Qa hesaplamalarının sonuçlarını gösterir. Parametrelendirmenin 5-10 yıl önce yapılan deneyler dikkate alınarak gerçekleştirildiğini ve çalışmanın yayınlanmasından bu yana parametrelerde herhangi bir değişiklik yapılmadığını unutmayın.
Transfermiyum çekirdeklerinin tanımının genel karakteri (Z ile > 100) içinde ve yaklaşık olarak aynıdır - ortalama kare kök sapması 0,3 MeV'dir, ancak N> 170 olan çekirdekler için Qa (N) eğrisinin davranışı deneysel olandan farklıdır, tam uyum ise N = 170 alt kabuğunun varlığını hesaba katarsak elde edilir.
Son yıllarda yayınlanan bir dizi makaledeki kütle formüllerinin, transfermiyum bölgesindeki (0.3-0.5 MeV) çekirdekler için Qa enerjilerinin oldukça iyi bir tanımını verdiği ve bu yazıda, Q'daki tutarsızlık olduğu belirtilmelidir. a en ağır çekirdeklerin zinciri için 294 118 290 116 286 114 deneysel hataların içinde olduğu ortaya çıktı (her ne kadar transfermiyum çekirdeklerinin tüm bölgesi için 0,5 MeV, yani, örneğin c'den daha kötü).
Yukarıda, Bölüm 5'te, bir çekirdeğin (A, Z) alfa bozunma enerjisinin Q a'nın uzaklığa bağımlılığının kullanımına dayalı olarak, Z> 82 olan çekirdeklerin alfa bozunma enerjilerini hesaplamak için basit bir yöntem tarif edilmiştir. formüllerle ifade edilen beta stabilite çizgisi ZZ * ( Q a (A, Z) hesaplaması için gerekli Z * değerleri formül (15) ve Q a * Şekil 6'dan veya formüllerle bulunur (17-21). Z> 82, N> 126 olan tüm çekirdekler için alfa bozunma enerjilerinin hesaplanmasının doğruluğu 0,2 MeV, yani. en azından küresel tipteki kütle formüllerinden daha kötü değil. Bu tabloda gösterilmiştir. Formüller (22, 23) ile Qa hesaplama sonuçlarının izotop tablolarında yer alan deneysel verilerle karşılaştırıldığı 1, burada. Ayrıca tabloda. Şekil 2, Z> 104'e sahip çekirdekler için Qa hesaplamalarının sonuçlarını gösterir, son deneylerle olan tutarsızlığı aynı 0.2 MeV içinde kalır.
Z = 108 sayısının büyüsüne gelince, Şekil 7, 8 ve 9'dan görülebileceği gibi, bu proton sayısı ile kararlılıkta önemli bir artış yoktur. N = 162 kabuğunun etkisinin, güvenilir deneysel verilerin eksikliğinden dolayı ne kadar önemli olduğunu şu anda yargılamak zordur. Doğru, Dvorak ve ark.'nın çalışmasında, radyokimyasal yöntem kullanılarak, oldukça uzun ömürlü ve nispeten düşük bozunma enerjisine sahip alfa parçacıkları yayarak bozunan bir ürün izole edildi; bu, bir dizi 270 Hs çekirdeği ile tanımlandı. nötronlar N = 162 (karşılık gelen Q a per değeri (bir çarpı ile işaretlenmiş şekil 7 ve 8'e bakın). Ancak, bu çalışmanın sonuçları diğer yazarların sonuçlarıyla aynı fikirde değil.
Bu nedenle, şimdiye kadar, ağır ve süper ağır çekirdekler bölgesinde yeni sihirli sayıların varlığını ve daha önce oluşturulmuş N = 152 ve N = 152 alt kabuklarına ek olarak çekirdeklerin kararlılığındaki ilişkili artışı iddia etmek için ciddi bir gerekçe olmadığını söyleyebiliriz. Z = 100. Sihirli sayı Z = 114'e gelince, o zaman, elbette, Z = 114 kabuğunun etkisinin kararlılık adasının merkezine yakın (yani, yakın) olduğu tamamen göz ardı edilemez (bu pek olası görünmese de). N = 184) anlamlı olabilir, ancak bu alan henüz deneysel çalışma için uygun değildir.
Alt-sihirli sayıları ve ilgili alt-kabuk doldurma etkilerini bulmak için, Bölüm 4'te açıklanan yöntem mantıklı görünmektedir.(yukarıda, Bölüm 4'e bakınız) gösterildiği gibi, çekirdek sisteminin bölgelerini ayırmak mümkündür. nötronların bağlanma enerjileri B n ve protonların bağlanma enerjileri B p, nötron sayısı N ve proton Z sayısına bağlı olarak doğrusal olarak değişir ve tüm çekirdek sistemi, içinde formüller (13) ve ( 14) geçerlidir. (Alt) sihirli sayı, B n ve B p'nin düzenli (doğrusal) varyasyonunun iki bölgesi arasındaki sınır olarak adlandırılabilir ve nötron (proton) kabuğunu doldurmanın etkisi, B n (B p) enerjilerindeki fark olarak anlaşılır. ) bir bölgeden diğerine geçiş sırasında. Alt-sihirli sayılar önceden belirtilmez, ancak çekirdek sistemini bölgelere ayırırken B n ve B p için doğrusal formüller (11) ve (12) deneysel verileriyle uyuşmanın bir sonucu olarak bulunur, bakınız Bölüm 4, ve ayrıca.

(11) ve (12) formüllerinden görülebileceği gibi, B n ve B p, Z ve N'nin fonksiyonlarıdır. Bn'nin nötron sayısına bağlı olarak nasıl değiştiği ve çeşitli nötronları doldurmanın nasıl bir etkisi olduğu hakkında bir fikir edinmek için (alt) kabuklar, nötronların bağlanma enerjilerini beta-kararlılık çizgisine getirmek için uygundur. Bunun için, N'nin her sabit değeri için, B n * B n (N, Z * (N)) bulundu, burada ((15'e göre)) Z * (N) = 0.5528Z + 14.1. Dört parite türünün de çekirdekleri için B n *'nin N'ye bağımlılığı, N> 126 olan çekirdekler için Şekil 10'da gösterilmiştir. Şekil 10'daki noktaların her biri, gösterilen B n * değerlerinin ortalama değerine karşılık gelir. aynı N ile aynı paritedeki çekirdekler için beta kararlılık çizgisinde.
Şekil 10'dan görülebileceği gibi, B n * sadece iyi bilinen sihirli sayı N = 126'da (2 MeV düşüş) ve subsihir sayısında N = 152'de (tüm paritenin çekirdekleri için 0,4 MeV düşüş) sıçramalara maruz kalır. türleri), ama aynı zamanda N = 132, 136, 140, 144, 158, 162, 170'te. Bu alt kabukların doğası farklı çıkıyor. Mesele şu ki, kabuk etkisinin büyüklüğü ve hatta işareti, farklı parite tiplerindeki çekirdekler için farklı çıkıyor. Yani N = 132 B'den geçerken n*, tek N'li çekirdekler için 0,2 MeV azalır, ancak N'li çekirdekler için aynı miktarda artar. Tüm parite türleri üzerinden ortalaması alınan C enerjisi (Şekil 10'daki C çizgisi) süreksizliğe uğramaz. Pirinç. 10, yukarıda listelenen diğer alt-sihirli sayılar geçildiğinde ne olduğunu izlemenizi sağlar. Ortalama enerji C'nin süreksizlik yaşamaması veya azalma (N = 162'de) veya artış (N = 158 ve N = 170'de) yönünde ~ 0.1 MeV değişmesi önemlidir.
B n * enerjilerindeki değişimdeki genel eğilim şu şekildedir: kabuğu N = 126 ile doldurduktan sonra, nötronların bağlanma enerjileri N = 140'a yükselir, böylece ortalama enerji C 6 MeV'ye ulaşır, ardından azalır. en ağır çekirdekler için yaklaşık 1 MeV.

Benzer şekilde, beta-kararlılık çizgisine indirgenmiş protonların enerjileri B p * B p (Z, N * (Z)) formülü dikkate alınarak ((15)'ten sonra) bulundu: N * (Z) = 1.809N - 25.6. B p *'nin Z'ye bağımlılığı Şekil 11'de gösterilmektedir. Nötronlarla karşılaştırıldığında, protonların bağlanma enerjileri, proton sayısındaki bir değişiklikle daha keskin salınımlar yaşar. Şekil 11'den de görülebileceği gibi, protonların bağlanma enerjileri B p *, ana sihirli sayı Z = 82 dışında bir kopma yaşar ( Z = 100'de ve ayrıca 88, 92, 104, 110 alt-sihirli sayılarında B p *'de 1,6 MeV azalma. C enerjisinin ortalama değeri, Z = 104 sayısını geçerken değişmez, ancak Z = 100 ve 92 sayılarının kesişiminde 0.25 MeV azalır ve Z = 88'de 0.15 MeV azalır ve Z'de aynı miktarda artar. = 110.
Şekil 11, proton kabuğunu Z = 82 ile doldurduktan sonra B p *'nin genel olarak değişme eğilimini göstermektedir - bu, uranyumda bir artış (Z = 92) ve en ağır elementler bölgesinde kabuk titreşimleriyle kademeli bir azalmadır. Bu durumda, uranyum bölgesindeki ortalama enerji değeri 5 MeV'den en ağır elementler için 4 MeV'ye değişir ve aynı zamanda proton eşleşme enerjisi azalır,

Şekil 10 ve 11'den aşağıdaki gibi, en ağır elementler bölgesinde, bağlanma enerjilerinde genel bir azalmaya ek olarak, dış nükleonların birbirleriyle olan bağının zayıflaması vardır, bu da eşleşmede bir azalma ile kendini gösterir. nötronların enerjisi ve protonların eşleşme enerjisinin yanı sıra nötron-proton etkileşiminde. Bu, Şekil 12'de açıkça gösterilmiştir.
Beta-kararlılık çizgisi üzerinde yer alan çekirdekler için, nötron eşleştirme enerjisi nn, çift (Z)-tek (N) çekirdeğin B n * (N) ve yarım toplamın enerjisi arasındaki fark olarak belirlendi.
(B n * (N-1) + B n * (N + 1)) / 2 çift-çift çekirdekler için; benzer şekilde, protonların eşleşme enerjisi pp, tek-çift çekirdeğin B p * (Z) ve yarım toplamın (B p * (Z-1) + B p * (Z + 1) enerjisi arasındaki fark olarak bulundu. )) / 2 çift-çift çekirdekler için. Son olarak, np etkileşim enerjisi np, çift-tek bir çekirdeğin B n * (N) ile çift-çift bir çekirdeğin B n * (N) arasındaki fark olarak bulundu.
Şekil 10, 11 ve 12, ancak, B n ve B p nükleonlarının (ve bunlarla bağlantılı her şeyin) bağlanma enerjilerinin, nötron ve proton sayıları arasındaki orana bağlı olarak nasıl değiştiği hakkında tam bir fikir vermez. Bunu akılda tutarak, şek. Açıklık sağlamak amacıyla 10, 11 ve 12, Şekil 13 verilmiştir (formüller (13) ve (14)'e göre), sayının bir fonksiyonu olarak nötronların Bn bağlanma enerjilerinin uzaysal resmini gösterir. nötronlar N ve protonlar Z, Şekil 13 dahil olmak üzere Z> 82, N> 126 bölgesindeki çekirdeklerin bağlanma enerjilerinin analizinde ortaya çıkan bazı genel düzenlilikleri not edelim. Enerji yüzeyi B (Z, N) süreklidir bölgelerin sınırları da dahil olmak üzere her yerde. Büyüler arası bölgelerin her birinde lineer olarak değişen nötronların Bn (Z, N) bağlanma enerjisi, yalnızca nötron (alt) kabuk sınırını geçerken bir kopma yaşar, oysa proton (alt) kabuğunu geçerken, yalnızca eğimi geçer. B n / Z değişebilir.
Aksine, B p (Z, N) sadece proton (alt) kabuğunun sınırında bir kopma yaşar ve nötron (alt) kabuğunun sınırında sadece B p / N'nin eğimi değişebilir. Büyüler arası bölge içinde, B n, artan Z ile artar ve artan N ile yavaş yavaş azalır; benzer şekilde, B p, artan N ile artar ve artan Z ile azalır. Bu durumda, B p'deki değişim B n'den çok daha hızlıdır.
B p ve B n'nin sayısal değerleri tabloda verilmiştir. 3 ve bunları tanımlayan parametrelerin değerleri (bkz. formüller (13) ve (14)) Tablo 4'tedir. N 0 np n 0 nn'nin yanı sıra p 0 pn ve p 0 nn değerleri , Tablo 1'de gösterilmemiştir, ancak tek-çift ve çift-çift çekirdekler ve sırasıyla Şekil 2'de çift-çift ve tek-tek çekirdekler için B * n farkları olarak bulunurlar. 10 ve Şekil 11'deki çift-tek ve çift-çift ve buna göre tek-çift ve tek-tek çekirdekler için B * p farklılıkları olarak.
Sonuçları Şekil 10-13'te sunulan kabuk etkilerinin analizi, giriş deneysel verilerine bağlıdır - esas olarak alfa bozunumu Q a'nın enerjilerine ve ikincisinde bir değişiklik, sonuçların düzeltilmesine yol açabilir. bu analiz. Bu özellikle Z> 110, N> 160 bölgesi için geçerlidir, burada bazen tek bir alfa bozunma enerjisi temelinde sonuçlar çıkar. Z bölgesi ile ilgili< 110, N < 160, где результаты экспериментальных измерений за последние годы практически стабилизировались, то результаты анализа, приведенные на рис. 10 и 11 практически совпадают с теми, которые были получены в двадцать и более лет назад.
Bu çalışma, avantaj ve dezavantajlarının bir değerlendirmesiyle nükleer bağlanma enerjileri sorununa çeşitli yaklaşımların bir incelemesidir. Çalışma, çeşitli yazarların çalışmaları hakkında oldukça fazla miktarda bilgi içermektedir. Çoğu bu derlemenin bibliyografyasında ve nükleer kütleler üzerine konferansların tutanaklarında, özellikle AF ve MS konferanslarında (ADNDT No. 13 ve 17, vb.) ve Rusya'da yürütülen nükleer spektroskopi ve nükleer yapı konferansları. Bu makalenin tabloları, yazarın süper ağır elementler (SHE) sorunuyla ilgili kendi tahminlerinin sonuçlarını içermektedir.
Yazar, önerisi üzerine bu çalışmanın hazırlandığı B.S. Ishkhanov'a ve ayrıca STE sorunu üzerine FLNR JINR'de yürütülen deneysel çalışma hakkında en son bilgiler için Yu.Ts.Oganesyan ve V.K. Utenkov'a derinden müteşekkirdir.

KAYNAKÇA

1. N. Ishii, S. Aoki, T. Hatsidi, Nucl.Th./0611096.
2. M.M. Nagels, J.A. Rijken, J.J. de Swart, Phys. Rev. D. 17,768 (1978).
3. S. Machleidt, K. Hollande, C. Elsla, Phys. Rep. 149.1 (1987).
4. M. Lacomb ve diğerleri Phys Rev. C21,861 (1980).
5. V.G. Neudachin, N.P. Yudin ve diğerleri Phys.REv.C43.2499 (1991).
6. R.B. Wiringa, V. Stoks, R. Schiavilla, Phys. Rev. C51.38 (1995).
7. R.V. Reid, Ann. 50.411 (1968).
8. H. Eikemeier, H. Hackenbroich Nucl. Phys / A169,407 (1971).
9. D.R. Thomson, M. Lemere, Y.C. Tang, Nucl.Phys.A286.53 (1977).
10. N.N. Kolesnikov, V.I. Tarasov, YaF, 35.609 (1982).
11. G.Bete, F. Becher, Nükleer Fizik, DNTVU, 1938.
12. J. Carlson, V.R. Pandharipande, R.B. Wiringa, Nucl. Phys. A401.59 (1983).
13. D. Vautherin, D.M. Brink, Phys. Rev. C5.629 (1976).
14. M. Beiner ve diğerleri Nucl Phys A238.29 (1975).
15. C.S. Pieper, R.B. Wiringa, Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 51,53 (2001).
16. VA Kravtsov, Atomik Kütleler ve Çekirdeklerin Bağlanma Enerjileri, Atomizdat, 1974.
17. M. Geppert-Mayer, I. Jensen Nükleer Kabukların Temel Teorisi, IIL, M-1958.
18. W. Elsasser, J. Phys Rad, 5.549 (1933); Compt.Rend.199,1213 (1934).
19. K. Guggenheimer, J. Phys Rad. 2.253 (1934).
20. W. D. Myyers, W. Swiatecki, Nucl. Phys. 81,1 (1966).
21. V.M. Strutinsky, YaF, 3.614 (1966).
22. S.G. Nilsson.Kgl.Danske Vid.Selsk.Mat.Fys.Medd.29, N16.1 (1955).
23. WD Myers, ADNDT, 17.412 (1976); W.D. Myers, W.J / Swiatecki, Ann. Phys. 55,395 (1969).
24. H. v. Groot, E.R. Hilf, K. Takahashi, ADNDT, 17.418 (1976).
25. P.A. Seeger, W.M. Howard, Nucl.Phys.A238.491 (1975).
26. J. Janecke, Nucl. Phys. A182.49 (1978).
27. P. Moller, J.R. Nix, Nucl.Phys.A361,49 (1978)
28. M. Brack ve ark. Rev. Mod. Fizik 44,320 (1972).
29. R. Smolenczuk, Phys. Rev. C56.812 (1997); R. Smolenczuk, A. Sobicziewsky, Phys. Rev. C36,812 (1997).
30. I. Muntian ve diğerleri Phys At Nucl 66,1015 (2003).
31. A. Baran ve diğerleri Phys Rev. C72,044310 (2005).
32. S. Gorely ve diğerleri Phys Rev. C66,034313 (2002).
33. S. Typel, B.A. Brown, Phys. Rev. C67.034313 (2003).
34. S. Cwiok ve diğerleri Phys Rev Lett 83,1108 (1999).
35. V. Render, Phys. Rev. C61.031302® (2002).
36. D. Vautherin, D.M. Brike Phys. Rev. C5.626 (1979).
37. K.T. Davies ve diğerleri Phys Rev. 177,1519 (1969).
38. A.K. Herman ve diğerleri Phys Rev. 147,710 (1966).
39. R.J. Mc Carty, K. Dover, Phys. Rev. C1, 1644 (1970).
40. K.A. Brueckner, J.L. Gammel, H. Weitzner Phys. Rev. 110.431 (1958).
41. K Hollinder ve diğerleri Nucl Phys A194,161 (1972).
42. M.Yamada. Program Teorisi Fizik 32,512 (1979).
43. V. Bauer, ADNDT, 17.462 ((1976).
44. M. Beiner, B.J. Lombard, D. Mos, ADNDT, 17,450 (1976).
45. N.N. Kolesnikov, V.M. Vymyatnin. YaF 31.79 (1980).
46. G. T. Garvey, I. Ktlson, Phys. Rev. Lett. 17.197 (1966).
47. E. Comey, I. Kelson, ADNDT, 17.463 (1976).
48. I. Talmi, A. de Shalit, Phys. Rev. 108.378 (1958).
49. I. Talmi, R. Thiberger, Phys. Rev. 103, 118 (1956).
50. AB Levy, Phys, Rev. 106,1265 (1957).
51. N.N. Kolesnikov, JETP, 30.889 (1956).
52. N.N. Kolesnikov, Moskova Devlet Üniversitesi Bülteni, No. 6.76 (1966).
53. N.N. Kolesnikov, Izv.AN SSSR, ser.Fiz., 49.2144 (1985).
54. N. Zeldes. Nükleer kütlelerin kabuk modeli yorumu. Racah fizik enstitüsü, Kudüs, 1992.
55. S. Liran, N. Zeldes, ADNDT, 17.431 (1976).
56. Yu.Ts Oganessian ve diğerleri Phys Rev. C74,044602 (2006).
57. Yu.Ts Oganessian ve diğerleri Phys Rev. C69,054607 (2004); JINR Ön Baskı E7-2004-160.
58. Yu.Ts Ogantssian ve diğerleri Phys Rev. C62,041604® (2000)
59. Yu.Ts Oganessian ve diğerleri Phts Rev. C63,0113301®, (2001).
60. S. Hofmann, G. Munzenberg, Rev. Mod. Phys. 72.733 (2000).
61. S. Hofmann ve diğerleri Zs Phys A354.229 (1996).
62. Yu.A. Lazarev ve diğerleri. Phys Rev. C54,620 (1996).
63. A. Ghiorso ve diğerleri Phys Rev. C51, R2298 (1995).
64. G. Munzenberg ve diğerleri Zs Phys A217,235 (1984).
65. P.A. Vilk et al. Fizik Rev. Lett. 85.2697 (2000).
66. İzotop tabloları 8-th.ed., R.B. Firestone et al. New York, 1996.
67. J. Dvorak ve diğerleri Phys. Rev. Lett. 97,942501 (2006).
68. S. Hofmann ve diğerleri, Eur. Phys. J.A14,147 (2002).
69. Yu.A. Lazarevet ve diğerleri Phys Rev Lett. 73.624 (1996).
70. A. Ghiorso ve diğerleri Phys Lett B82.95 (1976).
71. A. Turlere ve diğerleri Phys Rev. C57,1648 (1998).
72. P. Moller, J. Nix, J. Phys. G20,1681 (1994).
73. W.D. Myers, W. Swiatecki, Nucl.Phys.A601.141 (1996).
74. A. Sobicziewsky, Açta Phys Pol.B29,2191 (1998).
75. J.B. Moss, Phys Rev. C17,813 (1978).
76. F. Petrovich ve diğerleri Phys Rev Lett 37,558 (1976).
77. S. Cwiok ve diğerleri Nucl Phys A611,211 (1996).
78. K. Rutz ve diğerleri Phys Rev. C56,238 (1997).
79. A. Kruppa ve diğerleri Nucl, Phys C61.034313 (2000).
80. Z.Patyk ve diğerleri, Nucl.Phys.A502,591 (1989).
81. M. Bender ve ark. Rev. Vod. Phys. 75.21 (2002).
82. P. Moller ve diğerleri Nucl Phys A469.1 (1987).
83. J. Carlson, R. Schiavilla. Rev. Mod. Phys. 70.743 (1998).
84. V. I. Goldansky Nucl. Phys. A133.438 (1969).
85. N.N. Kolesnikov, A.G. Demin. JINR İletişimi, P6-9420 (1975).
86. N.N. Kolesnikov, A.G. Demin.VINITI, No. 7309-887 (1987).
87. N.N. Kolesnikov, VINITI. 4867-80 (1980).
88. V. E. Viola, A. Swart, J. Grober. ADNDT, 13.35. (1976).
89. A. HWapstra, G. Audi, Nucl. Phys. A432.55. (1985).
90. K. Takahashi, H. v. Groot. AMFC 5.250 (1976).
91. R.A. Glass, G. Thompson, G.T. Seaborg. J.Inorg. Nükleer Kimya 1.3 (1955).

Maddenin bileşimini inceleyen bilim adamları, tüm maddelerin moleküllerden ve atomlardan oluştuğu sonucuna vardılar. Uzun bir süre boyunca, atom (Yunanca "bölünemez" den çevrilmiştir) maddenin en küçük yapısal birimi olarak kabul edildi. Ancak daha sonraki araştırmalar atomun karmaşık bir yapıya sahip olduğunu ve buna karşılık daha küçük parçacıklar içerdiğini gösterdi.

Atom nelerden oluşur?

1911'de bilim adamı Rutherford, atomun pozitif yüklü bir merkezi kısma sahip olduğunu öne sürdü. Atom çekirdeği kavramı ilk kez böyle ortaya çıktı.

Rutherford'un gezegen modeli olarak adlandırılan planına göre, bir atom bir çekirdekten ve negatif yüklü temel parçacıklardan oluşur - tıpkı gezegenlerin Güneş'in etrafında dönmesi gibi, çekirdeğin etrafında hareket eden elektronlar.

1932'de başka bir bilim adamı olan Chadwick, elektrik yükü olmayan bir parçacık olan nötronu keşfetti.

Modern kavramlara göre, çekirdekler Rutherford tarafından önerilen gezegen modeline karşılık gelir. Çekirdek, atom kütlesinin çoğunu taşır. Ayrıca pozitif bir yükü var. Atom çekirdeği protonlar - pozitif yüklü parçacıklar ve nötronlar - yük taşımayan parçacıklar içerir. Proton ve nötronlara nükleon denir. Negatif yüklü parçacıklar - elektronlar - çekirdeğin etrafında dönerler.

Çekirdekteki proton sayısı yörüngede hareket edenlere eşittir. Sonuç olarak, atomun kendisi yük taşımayan bir parçacıktır. Bir atom diğer insanların elektronlarını yakalarsa veya kendi elektronlarını kaybederse, pozitif veya negatif olur ve iyon olarak adlandırılır.

Elektronlar, protonlar ve nötronlar topluca atom altı parçacıklar olarak adlandırılır.

nükleer yük

Çekirdeğin Z yük sayısı vardır. Atom çekirdeğini oluşturan proton sayısı ile belirlenir. Bu miktarı bulmak kolaydır: sadece Mendeleev'in periyodik sistemine bakın. Atomun ait olduğu elementin sıra sayısı çekirdekteki proton sayısına eşittir. Bu nedenle, seri numarası 8 kimyasal element oksijene karşılık geliyorsa, proton sayısı da sekize eşit olacaktır. Bir atomdaki proton ve elektron sayısı aynı olduğundan, sekiz elektron da olacaktır.

Nötron sayısına izotop numarası denir ve N harfi ile gösterilir. Sayıları aynı kimyasal elementin bir atomunda farklılık gösterebilir.

Çekirdekteki protonların ve elektronların toplamına atomun kütle numarası denir ve A harfi ile gösterilir. Böylece kütle numarasının hesaplanması için formül şöyle görünür: A = Z + N.

izotoplar

Elementlerin proton ve elektron sayıları eşit, nötron sayıları farklıysa, bunlara kimyasal elementin izotopları denir. Bir veya birkaç izotop olabilir. Periyodik tablonun aynı hücresine yerleştirilirler.

İzotoplar kimya ve fizikte büyük önem taşır. Örneğin, hidrojen izotopu - döteryum - oksijenle birleşerek ağır su adı verilen tamamen yeni bir madde oluşturur. Normalden farklı bir kaynama ve donma noktasına sahiptir. Ve döteryumun başka bir hidrojen izotopu, trityum ile kombinasyonu, termonükleer bir füzyon reaksiyonuna yol açar ve büyük miktarda enerji üretmek için kullanılabilir.

Çekirdek ve atom altı parçacıkların kütlesi

Atomların boyutları ve kütlesi insan zihninde önemsizdir. Çekirdeğin boyutu yaklaşık 10 -12 cm'dir Bir atom çekirdeğinin kütlesi, fizikte atomik kütle birimleri - amu olarak ölçülür.

bir amu için bir karbon atomunun kütlesinin on ikide birini alın. Olağan ölçü birimlerini (kilogram ve gram) kullanarak, kütle aşağıdaki denklemle ifade edilebilir: 1 amu. = 1.660540 · 10 -24 g Bu şekilde ifade edildiğinde mutlak atom kütlesi olarak adlandırılır.

Atom çekirdeği, atomun en büyük bileşeni olmasına rağmen, etrafındaki elektron bulutuna göre boyutları son derece küçüktür.

nükleer kuvvetler

Atom çekirdekleri son derece esnektir. Bu, protonların ve nötronların bir tür kuvvet tarafından çekirdekte tutulduğu anlamına gelir. Bunlar elektromanyetik kuvvetler olamaz, çünkü protonlar yüklü parçacıklar gibidir ve aynı yüke sahip parçacıkların birbirini ittiği bilinmektedir. Yerçekimi kuvvetleri nükleonları bir arada tutamayacak kadar zayıftır. Sonuç olarak, parçacıklar çekirdekte başka bir etkileşim - nükleer kuvvetler tarafından tutulur.

Nükleer etkileşim, doğada var olanların en güçlüsü olarak kabul edilir. Bu nedenle, atom çekirdeğinin elementleri arasındaki bu tür etkileşime güçlü denir. Elektromanyetik kuvvetlerin yanı sıra birçok temel parçacıkta bulunur.

Nükleer kuvvetlerin özellikleri

1. Kısa oyunculuk. Nükleer kuvvetler, elektromanyetik kuvvetlerin aksine, kendilerini ancak çekirdeğin boyutuna kıyasla çok küçük mesafelerde gösterirler.
2. Bağımsızlığı şarj edin. Bu özellik, nükleer kuvvetlerin protonlar ve nötronlar üzerinde aynı şekilde hareket etmesi gerçeğinde kendini gösterir.
3. Doyma. Çekirdeğin nükleonları, yalnızca belirli sayıda diğer nükleonlarla etkileşime girer.

çekirdek bağlama enerjisi

Bir başka yakından ilişkili kavram, çekirdeklerin bağlanma enerjisidir. Bir nükleer bağın enerjisi, bir atom çekirdeğini oluşturan nükleonlara bölmek için gereken enerji miktarı olarak anlaşılır. Tek tek parçacıklardan bir çekirdek oluşturmak için gereken enerjiye eşittir.

Bir çekirdeğin bağlanma enerjisini hesaplamak için atom altı parçacıkların kütlesini bilmek gerekir. Hesaplamalar, bir çekirdeğin kütlesinin her zaman onu oluşturan nükleonların toplamından daha az olduğunu gösterir. Kütle kusuru, bir çekirdeğin kütlesi ile proton ve elektronlarının toplamı arasındaki farktır. Kütle ve enerji (E = mc 2) arasındaki ilişki yardımıyla çekirdeğin oluşumu sırasında oluşan enerjiyi hesaplayabilirsiniz.

Çekirdeğin bağlanma enerjisinin gücü aşağıdaki örnekle değerlendirilebilir: birkaç gram helyum oluştuğunda, birkaç ton kömürün yakılmasıyla aynı miktarda enerji üretilir.

nükleer reaksiyonlar

Atomların çekirdekleri, diğer atomların çekirdekleri ile etkileşime girebilir. Bu tür etkileşimlere nükleer reaksiyonlar denir. İki tür reaksiyon vardır.

1. Fisyon reaksiyonları. Etkileşim sonucunda daha ağır çekirdekler daha hafif olanlara parçalandığında meydana gelirler.
2. Sentez reaksiyonları. Fisyon işleminin tersi: çekirdekler çarpışır, böylece daha ağır elementler oluşturur.

Tüm nükleer reaksiyonlara, daha sonra sanayide, orduda, enerji sektöründe vb. Kullanılan enerjinin salınımı eşlik eder.

Atom çekirdeğinin bileşimini inceledikten sonra, aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir.

1. Bir atom, etrafında proton ve nötronlar ve elektronlar içeren bir çekirdekten oluşur.
2. Bir atomun kütle numarası, çekirdeğindeki nükleonların toplamına eşittir.
3. Nükleonlar güçlü etkileşimlerle bir arada tutulur.
4. Atom çekirdeğine kararlılık veren muazzam kuvvetlere çekirdek bağlama enerjileri denir.

E. Rutherford, bir α-parçacığının ince bir altın folyodan geçişini araştırırken (bkz. Bölüm 6.2), bir atomun ağır pozitif yüklü bir çekirdek ve onu çevreleyen elektronlardan oluştuğu sonucuna vardı.

Çekirdek atomun merkezi kısmı denir,atomun neredeyse tüm kütlesinin ve pozitif yükünün yoğunlaştığı yer.

V atomik bileşim temel parçacıklar : protonlar ve nötronlar (nükleonlar Latince kelimeden çekirdek- çekirdek). Çekirdeğin bu proton-nötron modeli, 1932'de bir Sovyet fizikçisi tarafından D.D. Ivanenko. Proton pozitif bir yüke sahiptir e + = 1.06 · 10 -19 C ve durgun kütle m p= 1.673 · 10 -27 kg = 1836 ben mi... nötron ( n) Durgun kütleye sahip nötr bir parçacıktır mn= 1.675 · 10 -27 kg = 1839 ben mi(elektron kütlesi nerede ben mi, 0,91 · 10 –31 kg'a eşittir). İncirde. 9.1, helyum atomunun yapısını XX sonları - XXI yüzyılın başlarındaki kavramlara göre gösterir.

çekirdek şarj eşittir Z, nerede e proton yükü, Z- Görev numarası eşittir sıra numarası Mendeleev'in periyodik element tablosundaki kimyasal element, yani. çekirdekteki proton sayısı. Çekirdekteki nötron sayısı belirtilir. n... Genellikle Z > n.

Şu anda bilinen çekirdekler Z= 1 ila Z = 107 – 118.

Çekirdekteki nükleon sayısı A = Z + n aranan büyük sayı ... Aynı özelliklere sahip çekirdekler Z ama farklı A arandı izotoplar... Çekirdekler, aynı A farklı var Z arandı izobarlar.

Çekirdek, nötr atomla aynı sembolle gösterilir, burada x- kimyasal bir elementin sembolü. Örneğin: hidrojen Z= 1'in üç izotopu vardır: - protium ( Z = 1, n= 0), - döteryum ( Z = 1, n= 1), - trityum ( Z = 1, n= 2), kalay 10 izotopa sahiptir, vb. Ezici çoğunlukta, bir kimyasal elementin izotopları aynı kimyasal ve benzer fiziksel özelliklere sahiptir. Toplamda yaklaşık 300 kararlı izotop bilinmektedir ve 2000'den fazla doğal ve yapay olarak elde edilmiştir. Radyoaktif İzotoplar.

Çekirdeğin boyutu, çekirdeğin sınırının bulanıklaşması nedeniyle geleneksel bir anlama sahip olan çekirdeğin yarıçapı ile karakterize edilir. E. Rutherford bile deneylerini analiz ederek, çekirdeğin boyutunun yaklaşık olarak 10-15 m'ye eşit olduğunu gösterdi (bir atomun boyutu 10 -10 m'dir). Çekirdeğin yarıçapını hesaplamak için ampirik bir formül vardır:

nerede r 0 = (1.3 - 1.7) · 10 -15 m Bundan çekirdeğin hacminin nükleon sayısı ile orantılı olduğu görülür.

Nükleer maddenin yoğunluğu büyüklük sırasına göre 10 17 kg / m3'tür ve tüm çekirdekler için sabittir. En yoğun sıradan maddelerin yoğunluğunu büyük ölçüde aşıyor.

Protonlar ve nötronlar ise fermiyonlar dan beri spin var ħ /2.

Bir atomun çekirdeği vardır uygun açısal momentum – çekirdek dönüşü :

,

(9.1.2)

nerede ben – dahili(tamamlayınız)spin kuantum sayısı

Numara ben 0, 1/2, 1, 3/2, 2 vb. tamsayı veya yarım tamsayı değerlerini alır. ile çekirdekler hatta A Sahip olmak tamsayı dönüşü(birim olarak ħ ) ve istatistiklere tabidir Bose–Einstein(bozonlar). ile çekirdekler garip A Sahip olmak yarı tamsayı dönüşü(birim olarak ħ ) ve istatistiklere tabidir fermi–dirac(onlar. çekirdekler - fermiyonlar).

Nükleer parçacıkların, bir bütün olarak çekirdeğin manyetik momentini belirleyen kendi manyetik momentleri vardır. Çekirdeklerin manyetik momentlerini ölçmek için birim nükleer manyeton μ zehir:

Buraya e- elektron yükünün mutlak değeri, m p Protonun kütlesidir.

nükleer manyeton m p/ben mi= Bohr'un magnetonundan 1836.5 kat daha az, bundan çıkar ki Atomların manyetik özellikleri, elektronlarının manyetik özellikleri tarafından belirlenir. .

Çekirdeğin dönüşü ile manyetik momenti arasında bir ilişki vardır:

nerede γ zehiri - nükleer jiromanyetik oran.

Nötronun negatif bir manyetik momenti vardır μ n≈ - 1.913μ zehir çünkü nötronun dönüş yönü ve manyetik momenti zıttır. Protonun manyetik momenti pozitiftir ve μ'ye eşittir r≈ 2.793μ zehir. Yönü, protonun dönüş yönü ile çakışmaktadır.

Protonların elektrik yükünün çekirdek üzerindeki dağılımı genellikle asimetriktir. Bu dağılımın küresel simetrik bir dağılımdan sapmasının bir ölçüsü, çekirdeğin dört kutuplu elektrik momenti Q... Yük yoğunluğu her yerde aynı kabul edilirse, o zaman Q sadece çekirdeğin şekli tarafından belirlenir. Yani, bir devrim elipsoidi için

,

(9.1.5)

nerede B- elipsoidin dönüş yönü boyunca yarı ekseni, a- dik yönde yarım eksen. Spin yönü boyunca uzayan bir çekirdek için, B > a ve Q> 0. Bu yönde düzleştirilmiş bir çekirdek için, B < a ve Q < 0. Для сферического распределения заряда в ядре B = a ve Q= 0. Bu, spini 0 veya 0'a eşit olan çekirdekler için geçerlidir. ħ /2.

Demoları görüntülemek için ilgili köprüye tıklayın: