Mula sa katotohanan ng pagkakaroon ng nuclei, sumusunod na ang mga tiyak na puwersang nuklear, na hindi mababawasan ng mga puwersang electromagnetic, ay kumikilos sa pagitan ng mga nucleon ng nucleus. Ang mga puwersang nuklear ay may mga sumusunod na katangian.

1.Ang mga puwersang nuklear ay maikli ang saklaw. Ang mga ito ay bumababa nang malaki sa distansya.Ang radius ng interaksyon ng mga nucleon ay mas maliit cm at nauugnay sa masa ng partikulo ng carrier ng pakikipag-ugnayan (pi-meson).

2. Ang mga puwersang nuklear ay mga puwersang pang-akit at nasa layo na 1 Fermi beses na mas malaki kaysa sa Coulomb repulsive forces ng mga proton sa nucleus. Ito ay sumusunod mula sa positibong halaga ng nagbubuklod na enerhiya ng nucleus at ang pagkakaroon ng deuteron. Enerhiya ng Coulomb repulsion ng dalawang proton

Ang tiyak na nagbubuklod na enerhiya ng isang nucleon sa isang helium nucleus ay humigit-kumulang 7 Mev.

3. Ang mga puwersang nuklear ay may karakter na hindi sentral (tensor), i.e. depende sa relatibong posisyon ng mga nucleon. Ito ay kasunod ng pagkakaroon ng electric quadrupole moment sa deuteron.

4. Ang potensyal ng mga puwersang nuklear ay nakasalalay sa magkaparehong oryentasyon ng mga pag-ikot ng mga partikulo na nakikipag-ugnayan at ng kanilang mga pag-ikot. Ito ay ipinahiwatig ng mga eksperimento sa pagkalat ng mabagal na neutron sa pamamagitan ng molecular hydrogen.

5. Ang mga puwersang nuklear ay may pag-aari ng saturation. Ang bawat nucleon ay nakikipag-ugnayan lamang sa isang limitadong bilang ng mga nucleon na pinakamalapit dito. Ito ay sumusunod mula sa katotohanan na ang nagbubuklod na enerhiya ay proporsyonal sa bilang ng mga nucleon A. Kung ang bawat nucleon ay nakipag-ugnayan sa lahat ng iba pa, magkakaroon ng E st ~ A 2 .

6. Ang mga puwersang nuklear ay may ari-arian singilin ang kalayaan(isotopic invariance). Ang interaksyon ng dalawang proton, dalawang neutron, isang neutron na may proton sa parehong quantum spatial at spin states ay pareho, kung ibubukod natin ang Coulomb interaction. Ito ay napatunayan sa pamamagitan ng mga eksperimento na nakakalat ( n,p) At ( p,p), pati na rin ang mga reaksyon na gumagawa ng dalawang neutron sa mga huling estado. sa mirror nuclei (kapag pinapalitan ang lahat ng mga proton ng mga neutron) ang lahat ng mga katangian ay halos pareho.

7. Ang mga puwersang nuklear ay may likas na palitan. Ang mga nucleon ay nakikipag-ugnayan sa mga coordinate ng palitan at umiikot. at mga singil. Ang π meson ay isang quantum ng nuclear interaction sa mababang enerhiya.

8. Ang mataas na intensity at nakakasuklam na katangian ng mga puwersang nuklear sa napakaikling distansya () ay sumusunod mula sa pagkakaroon ng napakalaking charged particle (quarks) sa loob ng mga nucleon.

9. Ang pag-asa sa spin-orbit ng mga puwersang nuklear ay sinusunod sa eksperimentong paraan.

10. Ang isang makabuluhang pag-asa ng mga puwersang nuklear sa magnitude ng isotopic spin ay sinusunod. T(1 o 0) para sa mga enerhiya ng nucleon na mas mababa sa 1 Sinabi ni Gav, at kalayaan mula sa isospin sa mga enerhiya na higit sa 10 Sinabi ni Gav.

11. Pangkalahatang karakter ( n,p) At ( p,p) - nakakalat sa mataas na enerhiya na higit sa 100 Mev humahantong sa konklusyon na mayroong napakalakas na pagtanggi ng mga nucleon sa mga distansyang mas mababa sa 0.5 10 -13 cm, ang likas na palitan ng mga puwersang nuklear, at ang pag-asa ng spin-orbit ng mga puwersang nukleyar (ang hindi sentral na tensor na katangian ng mga puwersang nuklear ay sumusunod mula sa pagsusuri ng bahagi ( p,p) - nakakalat).

Sa pagitan ng mga nucleon na bumubuo sa nucleus ay mayroong pwersang nukleyar , makabuluhang lumampas sa mga puwersa ng pagtanggi ng Coulomb sa pagitan ng mga proton. Mula sa punto ng view ng field theory ng elementary particles, ang mga puwersang nuklear ay higit sa lahat ang pwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga magnetic field ng mga nucleon sa malapit na zone. Sa malalaking distansya, ang potensyal na enerhiya ng naturang pakikipag-ugnayan ay bumababa ayon sa batas 1/r 3 - ipinapaliwanag nito ang kanilang maikling saklaw na kalikasan. Sa isang distansya (3 ∙ 10 -13 cm) ang mga puwersang nuklear ay nagiging nangingibabaw, at sa mga distansyang mas mababa sa (9.1 ∙ 10 -14 cm) sila ay nagiging mas malakas na mga puwersang salungat.

Mga puwersang nuklear ay short-acting pwersa. Lumilitaw lamang ang mga ito sa napakaliit na distansya sa pagitan ng mga nucleon sa nucleus ng pagkakasunud-sunod na 10 –15 m. Ang haba (1.5 – 2.2) 10 –15 m ay tinatawag hanay ng mga puwersang nukleyar.

Natuklasan ng mga puwersang nukleyar singilin ang kalayaan : Ang atraksyon sa pagitan ng dalawang nucleon ay pareho anuman ang estado ng singil ng mga nucleon - proton o neutron. Ang kalayaan sa pagsingil ng mga puwersang nuklear ay makikita mula sa paghahambing ng mga nagbubuklod na enerhiya mga core ng salamin . Ito ang tawag sa mga butil,kung saan ang kabuuang bilang ng mga nucleon ay pareho,ngunit ang bilang ng mga proton sa isa ay katumbas ng bilang ng mga neutron sa isa pa. Halimbawa, ang nuclei ng helium at mabigat na hydrogen - tritium. Ang mga nagbubuklod na enerhiya ng mga nuclei na ito ay 7.72 MeV at 8.49 MeV.

Ang pagkakaiba sa nuclear binding energies, katumbas ng 0.77 MeV, ay tumutugma sa Coulomb repulsion energy ng dalawang proton sa nucleus.

Ang mga puwersang nuklear ay mayroon pag-aari ng saturation , na nagpapakita ng sarili sa, na ang isang nucleon sa isang nucleus ay nakikipag-ugnayan lamang sa isang limitadong bilang ng mga kalapit na nucleon. Ito ang dahilan kung bakit mayroong isang linear na pag-asa ng mga nagbubuklod na enerhiya ng nuclei sa kanilang mga mass number A. Ang halos kumpletong saturation ng mga puwersang nuklear ay nakakamit sa α-particle, na isang napaka-matatag na pormasyon.

Ang mga puwersang nuklear ay nakasalalay sa mga oryentasyon ng pag-ikot nakikipag-ugnayang mga nucleon. Ito ay nakumpirma ng iba't ibang katangian ng neutron scattering ng ortho- at parahydrogen molecules. Sa isang orthohydrogen molecule, ang mga spin ng parehong proton ay parallel sa isa't isa, habang sa isang parahydrogen molecule sila ay antiparallel. Ipinakita ng mga eksperimento na ang scattering ng neutron sa parahydrogen ay 30 beses na mas malaki kaysa sa scattering sa orthohydrogen. Mga puwersang nuklear ay hindi sentral.

Ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga nucleon ay lumitaw bilang isang resulta ng paglabas at pagsipsip ng nuclear field quanta – π- mesons . Tinukoy nila ang nuclear field sa pamamagitan ng pagkakatulad sa electromagnetic field, na lumitaw bilang resulta ng pagpapalitan ng mga photon.

Enerhiya ng komunikasyon

Ang lakas ng nuclei ay nailalarawan sa pamamagitan ng nagbubuklod na enerhiya. Sa mga tuntunin ng halaga nito, ang nagbubuklod na enerhiya katumbas ng gawaing dapat gastusin upang masira ang isang nucleus sa mga bumubuo nitong mga nucleon nang hindi nagbibigay ng kinetic energy sa kanila . Ang parehong dami ng enerhiya ay inilabas kapag ang isang nucleus ay nabuo mula sa mga nucleon. Ang nagbubuklod na enerhiya ng isang nucleus ay ang pagkakaiba sa pagitan ng enerhiya ng lahat ng mga libreng nucleon na bumubuo sa nucleus at ng kanilang enerhiya sa nucleus.

Kapag nabuo ang isang nucleus, bumababa ang masa nito: ang masa ng nucleus ay mas mababa kaysa sa kabuuan ng mga masa ng mga bumubuo nito na mga nucleon. Ang pagbaba sa masa ng nucleus sa panahon ng pagbuo nito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng paglabas ng nagbubuklod na enerhiya. Ang dami ng enerhiya na nakapaloob sa isang sangkap ay direktang nauugnay sa masa nito sa pamamagitan ng kaugnayan ni Einstein

E = mc 2 .

SA Ayon sa relasyong ito, ang masa at enerhiya ay magkaibang anyo ng parehong phenomenon. Hindi nawawala ang masa o enerhiya, ngunit sa ilalim ng naaangkop na mga kondisyon ay inililipat ang mga ito isang species sa isa pa, i.e. anumang pagbabago sa masa m ang sistema ay tumutugma sa isang katumbas na pagbabago sa enerhiya nito E.

Ang pagkakaiba sa pagitan ng kabuuan ng mga masa ng mga libreng nucleon at ang masa ng nucleus ay tinatawag masa depekto atomic nucleus. Kung ang isang nucleus na may masa m nabuo mula sa Z mga proton na may masa m p at mula sa (A – Z) mga neutron na may masa m n , pagkatapos ay ang mass defect Δ m ay tinutukoy ng kaugnayan

Kapag ang isang nucleus ay nabuo mula sa mga particle, ang huli, dahil sa pagkilos ng mga puwersang nuklear sa mga maikling distansya, ay nagmamadali patungo sa isa't isa na may napakalaking acceleration. Ang gamma rays na ibinubuga sa kasong ito ay may tiyak na enerhiya E St. at misa m .

Ayon sa mass defect, gamit ang Einstein equation ( E = mc 2 ) posible upang matukoy ang enerhiya na inilabas bilang isang resulta ng pagbuo ng isang nucleus, i.e. nagbubuklod na enerhiya (E c ):

E cv = Δ m c 2

Ang nagbubuklod na enerhiya sa bawat nucleon (i.e., ang kabuuang nagbubuklod na enerhiya na hinati sa bilang ng mga nucleon sa nucleus) ay tinatawag tiyak na nagbubuklod na enerhiya :

Kung mas malaki ang ganap na halaga ng tiyak na nagbubuklod na enerhiya, mas malakas ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga nucleon at mas malakas ang nucleus. Ang pinakamataas na nagbubuklod na enerhiya sa bawat nucleon, mga 8.75 MeV, ay likas sa mga elemento sa gitnang bahagi ng periodic table.

Nuclear spectra

Ang atomic nucleus, tulad ng iba pang mga bagay ng microworld, ay isang quantum system. Nangangahulugan ito na ang isang teoretikal na paglalarawan ng mga katangian nito ay nangangailangan ng paggamit ng quantum theory. Sa quantum theory, ang paglalarawan ng mga estado ng mga pisikal na sistema ay batay sa mga function ng alon, o amplitude ng posibilidadψ(α,t). Tinutukoy ng squared modulus ng function na ito ang probability density ng pag-detect ng system na pinag-aaralan sa isang estado na may katangian α – ρ(α,t) = |ψ(α,t)| 2. Ang argumento ng function ng wave ay maaaring, halimbawa, ang mga coordinate ng particle.

Ang quantum character ng atomic nuclei ay makikita sa mga pattern ng kanilang excitation spectra. Ang nuclei ay may discrete spectra ng mga posibleng estado ng enerhiya. Kaya, ang quantization ng enerhiya at isang bilang ng iba pang mga parameter ay isang pag-aari hindi lamang ng mga atomo, kundi pati na rin ng atomic nuclei. Ang estado ng isang atomic nucleus na may pinakamababang dami ng enerhiya ay tinatawag pangunahing, o normal, ang mga estado na may labis na enerhiya (kumpara sa ground state) ay tinatawag nasasabik .

Spectrum ng mga estado ng kernel 12 SA

Ang mga atomo ay karaniwang nasa nasasabik na estado sa loob ng humigit-kumulang 10 -8 segundo, at ang nasasabik na atomic nuclei ay nag-aalis ng labis na enerhiya sa mas maikling oras - sa pagkakasunud-sunod ng 10 -15 - 10 -16 segundo. Tulad ng mga atomo, ang nasasabik na nuclei ay inilalabas mula sa labis na enerhiya sa pamamagitan ng pagpapalabas ng quanta ng electromagnetic radiation. Ang mga quanta na ito ay tinatawag na gamma ray (o gamma ray). Ang isang discrete set ng mga estado ng enerhiya ng atomic nucleus ay tumutugma sa isang discrete spectrum ng mga frequency ng gamma quanta na ibinubuga ng mga ito.

Maraming mga pattern sa nuclear spectra ang maaaring ipaliwanag kung gagamitin natin ang tinatawag na shell model ng istraktura ng atomic nucleus. Ayon sa modelong ito, ang mga nucleon sa nucleus ay hindi magkakahalo sa kaguluhan, ngunit, tulad ng mga electron sa isang atom, ay nakaayos sa mga nakagapos na grupo, na pinupuno ang pinapayagang mga nuclear shell. Sa kasong ito, ang mga proton at neutron shell ay napuno nang nakapag-iisa sa bawat isa. Ang pinakamataas na bilang ng mga neutron: 2, 8, 20, 28, 40, 50, 82, 126 at mga proton: 2, 8, 20, 28, 50, 82 sa mga punong shell ay tinatawag na magic. Ang mga nuclei na may magic number ng mga proton at neutron ay may maraming kapansin-pansing katangian: tumaas na tiyak na nagbubuklod na enerhiya, mas mababang posibilidad na makapasok sa nuclear interaction, paglaban sa radioactive decay, atbp. Ang "double magic" ay, halimbawa, nuclei 4 Siya, 16 O, 28 Si. Ito ay tiyak na dahil sa kanilang partikular na mataas na katatagan na ang mga nuclei na ito ay pinakakaraniwan sa kalikasan.

Ang paglipat ng isang nucleus mula sa ground state patungo sa excited na estado at ang pagbabalik nito sa ground state, mula sa punto ng view ng shell model, ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng paglipat ng nucleon mula sa isang shell patungo sa isa pa at pabalik.

Kusang paglipat ng nuclei mula sa mas mataas na nasasabik na estado discrete Ang spectrum ng nucleus sa mas mababang mga (kabilang ang ground state) ay natanto, bilang panuntunan, sa pamamagitan ng paglabas ng γ quanta, i.e. dahil sa electromagnetic na pakikipag-ugnayan. Sa rehiyon ng mataas na enerhiya ng paggulo, kapag E > Ediv, ang mga lapad ng mga antas ng nasasabik na nucleus ay tumaas nang husto. Ang katotohanan ay na sa paghihiwalay ng isang nucleon mula sa isang nucleus, ang pangunahing papel ay nilalaro ng mga puwersang nuklear - i.e. malakas na pakikipag-ugnayan. Ang posibilidad ng malakas na pakikipag-ugnayan ay mga order ng magnitude na mas mataas kaysa sa posibilidad ng mga electromagnetic, samakatuwid ang mga lapad ng pagkabulok ng malakas na pakikipag-ugnayan ay malaki at ang mga antas ng nuclear spectra sa rehiyon E > E dept ay nagsasapawan - ang spectrum ng nucleus ay nagiging tuluy-tuloy. Ang pangunahing mekanismo para sa pagkabulok ng lubos na nasasabik na mga estado mula sa rehiyon ng enerhiya na ito ay ang paglabas ng mga nucleon at mga kumpol (α-particle at deuteron). Ang paglabas ng γ quanta sa rehiyong ito ng mataas na enerhiya ng paggulo E > E dep ay nangyayari na may mas kaunting posibilidad kaysa sa paglabas ng mga nucleon. Ang isang nasasabik na nucleus ay karaniwang may ilang mga landas, o mga channel, pagkabulok.

NUCLEAR FORCES

NUCLEAR FORCES

Pisikal na encyclopedic na diksyunaryo. - M.: Encyclopedia ng Sobyet. . 1983 .

NUCLEAR FORCES

Mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga nucleon; magbigay ng mas malaking halaga ng nuclear binding energy kumpara sa ibang mga sistema. Kasama ko si. ay ang pinaka mahalaga at karaniwang halimbawa malakas na pakikipag-ugnayan(SV). Noong unang panahon, ang mga konseptong ito ay magkasingkahulugan at ang terminong "" mismo ay ipinakilala upang bigyang-diin ang napakalaking magnitude ng Ya. sa paghahambing sa iba pang mga puwersa na kilala sa kalikasan: electric-magnetic, mahina, gravitational. Matapos buksan ang p -, r - at iba pa. meson, hyperon, atbp. hadrons ang terminong "malakas" ay nagsimulang gamitin sa mas malawak na kahulugan - bilang pakikipag-ugnayan ng mga hadron. Noong 1970s quantum chromodynamics(QCD) ay itinatag ang sarili bilang isang pangkalahatang kinikilalang mikroskopyo. Teorya ng SV. Ayon sa teoryang ito, ay mga composite particle na binubuo ng mga quark At gluon, at sa pamamagitan ng SV nagsimula silang maunawaan ang pakikipag-ugnayan ng mga pondong ito. mga particle.

Sa kabilang banda, Ya. s. kung paano kasama sa mga puwersa ng interaksyon sa pagitan ng mga nucleon hindi lamang ang SW, kundi pati na rin ang el.-magn., mahina at gravitational. pakikipag-ugnayan ng mga nucleon. Mula sa pananaw ng modernong mga teorya, el.-magn. at ang mahinang pakikipag-ugnayan ay mga pagpapakita ng isa, mas pangunahing, electroweak na pakikipag-ugnayan. Gayunpaman, sa mga space-time scale na iyon (~10 -13 cm, ~10 -23 s), na kadalasang tinatalakay sa atomic nuclei, ang nag-iisang katangian ng electric magnet. at halos hindi lumilitaw ang mahihinang pwersa at maaari silang ituring na independyente. Ang mga pakikipag-ugnayan na ito, na mas mahina kaysa sa SW, ay hindi gaanong mahalaga sa karamihan ng mga prosesong nuklear, ngunit posible ang mga sitwasyon kapag ang kanilang tungkulin ay nagiging mapagpasyahan. Kaya, el.-magn. interaksyon (ang pinakamahalagang bahagi nito ay ang Coulomb repulsion sa pagitan ng mga proton), sa kaibahan sa SV, ay long-range. Samakatuwid, kinondisyon sa kanya ay maglalagay. ang Coulomb nucleus ay tumataas sa pagtaas ng bilang ng mga particle A sa kernel ay mas mabilis kaysa sa negatibo. bahagi ng nuclear energy dahil sa SW. Bilang resulta, nagiging mabigat na nuclei A hindi matatag - una tungkol sa fission (tingnan. nuclear fission), at pagkatapos ay ganap na hindi matatag. Co mahinang interaksyon Ang mga nucleon ay nauugnay sa isang kababalaghan bilang parity nonconservation sa nucleon-nucleon scattering at sa iba pang nuclear phenomena (tingnan. Non-conservation ng parity sa mga kernels). Grabidad ang mga puwersang kumikilos sa pagitan ng mga nucleon ay bale-wala sa lahat ng nuclear phenomena at makabuluhan lamang sa astrophysics. kundisyon (tingnan Neutron).

Ang batayan ng Ya.s. ay ang malakas na interaksyon ng mga nucleon. Ang malakas na pakikipag-ugnayan ng mga nucleon sa nuclei ay naiiba sa pakikipag-ugnayan ng mga libreng nucleon, ngunit ang huli ay ang pundasyon kung saan itinayo ang buong teorya ng enerhiyang nuklear. Ang pakikipag-ugnayan na ito ay may isotopic invariance. Ang kakanyahan nito ay ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng 2 neutron, 2 proton, o sa pagitan ng isang proton at isang neutron sa parehong mga estado ng quantum ay pareho. Samakatuwid, maaari nating pag-usapan ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga nucleon nang hindi tinukoy kung aling mga nucleon ang pinag-uusapan natin (tingnan din Isotopic invariance pwersang nuklear). Kasama ko si. ay short-range (ang kanilang radius ng pagkilos ay ~10 -13 cm) at may katangian ng saturation, na nangangahulugan na sa pagtaas ng bilang ng mga nucleon sa nucleus, ang beat. ang mga nucleon ay nananatiling humigit-kumulang pare-pareho (Larawan 1). Ito ay humahantong sa posibilidad ng pagkakaroon bagay na nuklear.

Dahil ang mga nucleon sa isang nucleus ay gumagalaw, bilang isang panuntunan, sa medyo mababang bilis (3-4 beses na mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag), pagkatapos ay upang bumuo ng isang modelo ng SW nucleon sa nuclei, ang isa ay maaaring gumamit ng isang hindi relativistikong teorya at humigit-kumulang na naglalarawan potensyal nito, na isang function ng distansya r sa pagitan ng mga nucleon. Hindi tulad ng Coulomb at grabitasyon. potensyal na inversely proportional sa distansya, Ya.s. depende sa r mas mahirap. Bilang karagdagan, ang potensyal ng Ya. depende sa nucleon spins at orbital momentum L relatibong paggalaw ng mga nucleon.

Nonrelativistic potensyal ng Ya.s. naglalaman ng ilan mga bahagi: sentral V C , tensor V T, spin-orbit VLS at quadratic spin-orbit potensyal VLL. Naib. isang mahalagang isa - ang gitnang isa - ay isang kumbinasyon ng malakas na pagtanggi sa maikling distansya (i.e. nuclear matter). May mga modelo ng mga SW nucleon na may walang katapusang (“hard”) na core (halimbawa, ang phenomenological na potensyal na Hamada-Johnston), pati na rin ang mga mas makatotohanan. mga modelo na may hangganan ("malambot") na core (halimbawa, ang potensyal ng Reid, Fig. 2). Mula sa dulo 1950s Ang mga pagtatangka ay ginawa upang bumuo ng potensyal ng Ya. batay sa teorya ng larangan ng interaksyon ng meson-nucleon. Ang mga halatang kahirapan ng naturang teorya ay nauugnay sa mataas na lakas ng pakikipag-ugnayan at ang hindi naaangkop na teorya ng perturbation at mga pamamaraan batay dito. Ang semi-phenomenological ay napakapopular. potensyal ng "one-boson exchange", batay sa mga konsepto ng meson-nucleon field theory, ngunit gamit ang pinakasimpleng modelo ng one-meson exchange. Ito ay naka-out na upang ilarawan ang atraksyon sa intermediate distances ito ay kinakailangan, bilang karagdagan sa kilala mesons p, p, w,... ipakilala din ang pagpapalitan ng di-umiiral na s-meson, na binibigyang kahulugan bilang eff. isinasaalang-alang ang pagpapalitan ng dalawang p-meson. Ang mga constant ng pakikipag-ugnayan ng meson-nucleon ay itinuturing na phenomenological. mga parameter, na pinili upang ang potensyal ay inilarawan ang eksperimento. mga yugto ng pagkalat ng nucleon-nucleon. Ang w- at r-mesons ay naging responsable para sa panandaliang pagtanggi, at para sa pangmatagalang atraksyon - pi meson. Ang one-pion exchange term ay nag-aambag sa mga potensyal na sentral at tensor:

saan f p NN- pare-pareho ang interaksyon ng pion-nucleon, T p - pion mass, l= Sa/m p =1.4 fm - Compton wavelength peoni, a s 1 , s 2-spin Pauli matrices. Tulad ng makikita mula sa mga expression (1), (2), ang potensyal ng palitan ng one-pion ay bumababa nang husto sa isang distansya sa pagkakasunud-sunod ng haba ng Compton ng pion. Sinabi ni Dr. Ang mga tuntunin ng one-boson exchange potential ay may parehong uri ng exponential. mga kadahilanan, ngunit may mga haba ng Compton ng mga katumbas na boson, na ilan. beses na mas mababa kaysa sa peoni. Sa ganitong mga distansya mayroong ilang mga palitan. Ang mga pions ay maaaring kasinghalaga ng pagpapalitan ng isang heavy meson. Ipinapaliwanag nito kung bakit ang mga terminong nauugnay sa pagpapalitan ng mga heavy meson ay itinuturing na semi-phenomenological. Kasabay nito, ang uri ng potensyal na Ya.c, sa malalayong distansya, ay walang alinlangan na inilarawan ng mga expression (1), (2). Kaya asymptotic. lahat, nang walang pagbubukod, ay may phenomenological na hitsura. mga potensyal. Kasalukuyang max. ang tinatawag ay itinuturing na tumpak. Mga potensyal na Parisian at Bonn, na pinagsasama ang mga phenomenological na tampok. soft-core potentials at single-boson exchange potentials.

Moderno Ang mga ideya tungkol sa likas na katangian ng SW batay sa QCD ay nagdulot ng problema sa pagkalkula ng potensyal ng mga SW nucleon sa loob ng balangkas ng QCD, ngunit hindi pa ito nalutas, dahil ang mas simpleng problema ng pagbuo ng isang teorya ng isang nucleon ay hindi pa nalutas. Mayroong ilang mga modelo ng quark hadrons, kung saan ang karamihan ang modelo ng mga bag sa iba't ibang uri ay kilala. mga pagpipilian. Ito ay nagbibigay-daan sa amin upang qualitatively maunawaan ang likas na katangian ng salungat na core, tantyahin ang radius at taas nito, ngunit hindi pinapayagan sa amin upang kalkulahin ang uri ng potensyal sa malalaking distansya. Mula sa pananaw ng QCD, ang katayuan ng mga meson (maliban sa p-meson) sa pagbuo ng potensyal ng SW ng mga nucleon ay isang malaking katanungan: ang pagpapalitan ng mga mabibigat na meson sa pagitan ng mga nucleon ay nangyayari sa napakaliit na distansya na ang kanilang quark - nagiging makabuluhan ang kalikasan ng gluon. Ang isang espesyal na lugar sa teorya ng QCD ng SW ay kabilang sa p-meson. Ayon sa moderno mga ideya, ito ay binibigyang kahulugan bilang isang kolektibong vacuum, na binubuo ng isang malaking bilang ng quark-antiquark ( gintong bato, nauugnay sa kusang pagkasira sa QCD chiral symmetry). Samakatuwid, sa pinaka-modernong mga modelo, ang lahat ng iba pang hadron ay itinuturing na binubuo ng isang maliit na bilang ng mga quark (mga antiquark, gluon), at ang r-meson ay karagdagang ipinakilala bilang isang independiyenteng particle. Mula sa puntong ito ng pananaw, ang katayuan ng mga potensyal (1), (2) bilang naglalarawan sa "buntot" ng potensyal na pakikipag-ugnayan ng nucleon ay naiintindihan.

Since Wed. ang distansya sa pagitan ng mga nucleon sa nucleus (1.8 fm) ay hindi lubos na lumampas sa radius ng pagkilos ng nuclear system, pagkatapos ay sa nuclei mayroong mga multiparticle (pangunahin ang 3-particle) na pwersa na nagmumula dahil sa pagpapalitan ng mga quark at gluon sa pagitan ng ilang . halos sabay-sabay ang mga nucleon. Sa mga tuntunin ng mga hadron, ito ay tumutugma sa mga proseso ng pagpapalitan ng meson sa pagitan, halimbawa, tatlong nucleon, na hindi maaaring bawasan sa isang hanay ng sunud-sunod na pagpapalitan ng pares. Ch. Ang isang papel sa pagbuo ng 3-particle na pwersa ay nilalaro ng pagpapalitan ng mga p-mesons, at mga nilalang. ang kontribusyon ay ginawa din ng virtual na paggulo ng D-isobar - ang unang nasasabik na nucleon. Kaya, ang mga D-isobar ay ang pangunahing di-nucleon na antas ng kalayaan, na mahalaga sa mga prosesong nuklear. Ang mga puwersa ng maraming-particle sa nuclei ay medyo maliit: ang kanilang kontribusyon sa nagbubuklod na enerhiya ay hindi lalampas sa 10-15%. Gayunpaman, may mga phenomena kung saan gumaganap sila ng malaking papel. papel.

Ch. bahagi el.-magn. Ang interaksyon ng mga nucleon ay ang Coulomb repulsion sa pagitan ng mga proton. Sa malalaking distansya ito ay tinutukoy lamang ng mga singil ng mga proton. SV humahantong sa ang katunayan na ang electric Ang proton ay hindi tulad ng punto, ngunit ipinamahagi sa mga distansyang 1 fm (ang root-mean-square radius ng isang proton ay 0.8 fm; tingnan ang "Size" ng elementary particle). Elektrisidad Ang pakikipag-ugnayan sa mga maikling distansya ay nakasalalay din sa pamamahagi ng singil sa loob ng proton. Ito ay moderno. Ang teorya ng SW ay hindi maaasahang kalkulahin, ngunit ito ay lubos na kilala mula sa mga eksperimento. data sa pagkalat ng electron-proton. Ang mga neutron ay karaniwang neutral sa kuryente, ngunit dahil sa SW charge sa loob ng neutron ay umiiral din, na humahantong sa electric. pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang neutron at sa pagitan ng isang neutron at isang proton. Magn. ang interaksyon sa pagitan ng mga neutron ay kapareho ng pagkakasunod-sunod ng mga proton dahil sa malaking magnitude maanomalyang magnetic moment, dulot ng SV. Ang sitwasyon na may mahinang pakikipag-ugnayan ng mga nucleon ay hindi gaanong malinaw. Kahit na ang mahinang pakikipag-ugnayan ay kilala, ang SW ay humahantong sa isang renormalisasyon ng kaukulang mga constant ng pakikipag-ugnayan (isang analogue ng maanomalyang magnetic moment) at ang hitsura form factor. Tulad ng sa kaso ng el.-magn. mga pakikipag-ugnayan, ang mga epekto ng mahinang pakikipag-ugnayan ay hindi maaasahang kalkulahin, ngunit sa kasong ito ay hindi alam ang mga ito sa eksperimentong paraan. Ang magagamit na data sa magnitude ng parity nonconservation effect sa isang 2-nucleon system ay ginagawang posible na itatag ang intensity ng interaksyong ito, ngunit hindi ang istraktura nito. Mayroong ilang mga alternatibong modelo ng mahinang interaksyon ng mga nucleon, na naglalarawan ng 2-nucleon na mga eksperimento nang pantay-pantay, ngunit humahantong sa mga pagkakaiba. kahihinatnan para sa atomic nuclei.

Lit.: Bohr O., Mottelson B., Istraktura ng atomic nucleus, trans. mula sa Ingles, tomo 1-2, M., 1971-77; Calogero F., Simonov Yu. A., Nuclear forces, saturation at structure ng nuclei, sa: The Future of Science, v. 9, M., 1976. E. E. Saperstein.

Pisikal na encyclopedia. Sa 5 volume. - M.: Encyclopedia ng Sobyet. Editor-in-chief A. M. Prokhorov. 1988 .

Tingnan kung ano ang "NUCLEAR FORCES" sa ibang mga diksyunaryo:

Makabagong encyclopedia

Mga puwersang humahawak ng mga nucleon (proton at neutron) sa nucleus. Ang mga puwersang nuklear ay kumikilos lamang sa mga distansyang hindi hihigit sa 10-13 cm at umabot sa halagang 100-1000 beses na mas malaki kaysa sa puwersa ng pakikipag-ugnayan ng mga singil sa kuryente. Ang mga puwersang nuklear ay hindi nakadepende sa singil... ... Malaking Encyclopedic Dictionary

Mga puwersang nuklear- NUCLEAR FORCES, mga puwersang humahawak ng mga nucleon (proton at neutron) sa nucleus. Ang mga puwersang nuklear ay kumikilos lamang sa mga distansyang hindi hihigit sa 10-13 cm, ay 100-1000 beses na mas malaki kaysa sa puwersa ng pakikipag-ugnayan ng mga singil sa kuryente at hindi umaasa sa singil ng mga nucleon. Mga puwersang nuklear... Illustrated Encyclopedic Dictionary

Ang kolektibong pangalan ng mga yunit, pormasyon at asosasyon na nilayon upang isagawa ang mga gawaing militar gamit ang mga sandatang nuklear. Ang konsepto ng "Nuclear Forces" ay kinabibilangan ng: mga pormasyong militar na armado ng iba't ibang carrier... ... Naval Dictionary

NUCLEAR FORCES- cm… Malaking Polytechnic Encyclopedia

Mga puwersang humahawak ng mga nucleon (proton at neutron) sa nucleus. Nagdudulot sila ng pinakamatinding pakikipag-ugnayan na kilala sa pisika (tingnan ang Malakas na pakikipag-ugnayan). Kasama ko si. ay short-range (ang kanilang radius ng pagkilos Ang mga puwersang nuklear ay 10 13 cm, ... ... Great Soviet Encyclopedia

pwersang nukleyar- Mga pwersang panandaliang nagbubuklod sa mga proton at neutron sa atomic nuclei; may ari-arian ng charge independence. [A.S. Goldberg. English-Russian energy dictionary. 2006] Mga Paksa: enerhiya sa pangkalahatan EN nuclear forces ... Gabay sa Teknikal na Tagasalin

Sa pisika, ang konsepto ng "puwersa" ay nagpapahiwatig ng sukatan ng pakikipag-ugnayan ng mga pormasyon ng materyal sa isa't isa, kabilang ang pakikipag-ugnayan ng mga bahagi ng bagay (macroscopic body, elementary particle) sa isa't isa at sa mga pisikal na larangan (electromagnetic, gravitational). Sa kabuuan, apat na uri ng pakikipag-ugnayan sa kalikasan ang kilala: malakas, mahina, electromagnetic at gravitational, at bawat isa ay may sariling uri ng puwersa. Ang una sa kanila ay tumutugma sa mga puwersang nuklear na kumikilos sa loob ng atomic nuclei.

Ano ang nagkakaisa sa nuclei?

Karaniwang kaalaman na ang nucleus ng isang atom ay maliit, ang sukat nito ay apat hanggang limang order ng magnitude na mas maliit kaysa sa sukat ng atom mismo. Ito ay nagtataas ng isang malinaw na tanong: bakit ito napakaliit? Pagkatapos ng lahat, ang mga atom, na gawa sa maliliit na particle, ay mas malaki pa rin kaysa sa mga particle na nilalaman nito.

Sa kaibahan, ang nuclei ay hindi gaanong naiiba sa laki mula sa mga nucleon (proton at neutron) kung saan sila ginawa. May dahilan ba ito o nagkataon lang?

Samantala, ito ay kilala na ito ay mga de-koryenteng pwersa na humahawak ng mga negatibong sisingilin na mga electron malapit sa atomic nuclei. Anong puwersa o pwersa ang humahawak sa mga particle ng nucleus? Ang gawaing ito ay ginagawa ng mga puwersang nuklear, na isang sukatan ng malakas na pakikipag-ugnayan.

Malakas na puwersang nuklear

Kung sa kalikasan ay mayroon lamang gravitational at electrical forces, i.e. na nakatagpo natin sa pang-araw-araw na buhay, pagkatapos ay ang atomic nuclei, na kadalasang binubuo ng maraming positibong sisingilin na mga proton, ay magiging hindi matatag: ang mga de-koryenteng pwersa na nagtutulak sa mga proton palayo sa isa't isa ay magiging milyun-milyong beses na mas malakas kaysa sa anumang mga puwersa ng gravitational na humihila sa kanila sa isang kaibigan. . Ang mga puwersang nuklear ay nagbibigay ng isang atraksyon na mas malakas kaysa sa de-koryenteng pagtanggi, bagaman isang anino lamang ng kanilang tunay na laki ang makikita sa istruktura ng nucleus. Kapag pinag-aaralan natin ang istruktura ng mga proton at neutron mismo, nakikita natin ang tunay na posibilidad ng tinatawag na malakas na pakikipag-ugnayang nuklear. Ang mga puwersang nuklear ay ang pagpapakita nito.

Ang figure sa itaas ay nagpapakita na ang dalawang magkasalungat na pwersa sa nucleus ay ang electrical repulsion sa pagitan ng mga positibong sisingilin na proton at ng nuclear force, na umaakit sa mga proton (at neutron) na magkasama. Kung ang bilang ng mga proton at neutron ay hindi masyadong naiiba, kung gayon ang pangalawang puwersa ay higit na mataas sa una.

Ang mga proton ay mga analog ng mga atomo, at ang mga nuclei ay mga analog ng mga molekula?

Sa pagitan ng anong mga particle kumikilos ang mga puwersang nukleyar? Una sa lahat, sa pagitan ng mga nucleon (proton at neutron) sa nucleus. Sa huli, kumikilos din sila sa pagitan ng mga particle (quark, gluons, antiquarks) sa loob ng isang proton o neutron. Hindi ito nakakagulat kapag kinikilala natin na ang mga proton at neutron ay intrinsically kumplikado.

Sa isang atom, ang maliliit na nuclei at kahit na mas maliit na mga electron ay medyo malayo kumpara sa kanilang laki, at ang mga puwersang elektrikal na humahawak sa kanila sa isang atom ay medyo simple. Ngunit sa mga molekula, ang distansya sa pagitan ng mga atomo ay maihahambing sa laki ng mga atomo, kaya ang panloob na pagiging kumplikado ng huli ay naglalaro. Ang iba't-ibang at kumplikadong sitwasyon na dulot ng bahagyang kompensasyon ng intra-atomic na mga puwersang elektrikal ay nagbibigay ng mga proseso kung saan ang mga electron ay maaaring aktwal na lumipat mula sa isang atom patungo sa isa pa. Ginagawa nitong mas mayaman at mas kumplikado ang pisika ng mga molekula kaysa sa mga atomo. Gayundin, ang distansya sa pagitan ng mga proton at neutron sa isang nucleus ay maihahambing sa kanilang laki - at tulad ng sa mga molekula, ang mga katangian ng mga puwersang nuklear na humahawak sa nuclei ay mas kumplikado kaysa sa simpleng pagkahumaling ng mga proton at neutron.

Walang nucleus na walang neutron, maliban sa hydrogen

Ito ay kilala na ang nuclei ng ilang mga elemento ng kemikal ay matatag, habang para sa iba ay patuloy silang nabubulok, at ang saklaw ng mga rate ng pagkabulok na ito ay napakalawak. Bakit huminto sa paggana ang mga puwersang humahawak ng mga nucleon sa nuclei? Tingnan natin kung ano ang matututuhan natin mula sa mga simpleng pagsasaalang-alang tungkol sa mga katangian ng mga puwersang nuklear.

Ang isa ay ang lahat ng nuclei, maliban sa pinakakaraniwang isotope hydrogen (na mayroon lamang isang proton), ay naglalaman ng mga neutron; ibig sabihin, walang nucleus na may ilang mga proton na hindi naglalaman ng mga neutron (tingnan ang figure sa ibaba). Kaya malinaw na ang mga neutron ay may mahalagang papel sa pagtulong sa mga proton na magkadikit.

Sa Fig. Sa itaas, ang light stable o halos stable na nuclei ay ipinapakita kasama ng isang neutron. Ang huli, tulad ng tritium, ay ipinapakita na may tuldok-tuldok na linya, na nagpapahiwatig na sa kalaunan ay nabubulok. Ang iba pang kumbinasyon na may maliit na bilang ng mga proton at neutron ay hindi bumubuo ng isang nucleus, o bumubuo ng lubhang hindi matatag na nuclei. Ipinapakita rin sa italics ang mga alternatibong pangalan na kadalasang ibinibigay sa ilan sa mga bagay na ito; Halimbawa, ang helium-4 nucleus ay madalas na tinatawag na α particle, ang pangalang ibinigay dito noong orihinal itong natuklasan sa mga unang pag-aaral ng radioactivity noong 1890s.

Ang mga neutron bilang mga pastol ng proton

Sa kabaligtaran, walang nucleus na gawa sa mga neutron lamang na walang mga proton; karamihan sa mga light nuclei, tulad ng oxygen at silicon, ay may humigit-kumulang sa parehong bilang ng mga neutron at proton (Larawan 2). Ang malalaking nuclei na may malalaking masa, tulad ng ginto at radium, ay may bahagyang mas maraming neutron kaysa sa mga proton.

Ito ay nagsasabi ng dalawang bagay:

1. Hindi lamang ang mga neutron ang kailangan upang mapanatiling magkasama ang mga proton, ngunit kailangan din ang mga proton upang mapanatiling magkasama ang mga neutron.

2. Kung ang bilang ng mga proton at neutron ay nagiging napakalaki, kung gayon ang de-koryenteng pagtanggi ng mga proton ay dapat mabayaran sa pamamagitan ng pagdaragdag ng ilang karagdagang mga neutron.

Ang huling pahayag ay inilalarawan sa figure sa ibaba.

Ang figure sa itaas ay nagpapakita ng matatag at halos matatag na atomic nuclei bilang isang function ng P (bilang ng mga proton) at N (bilang ng mga neutron). Ang linya na ipinapakita na may mga itim na tuldok ay nagpapahiwatig ng matatag na nuclei. Anumang paglilipat pataas o pababa mula sa itim na linya ay nangangahulugan ng pagbaba sa buhay ng nuclei - malapit dito, ang buhay ng nuclei ay milyun-milyong taon o higit pa, habang ikaw ay lumipat pa sa asul, kayumanggi o dilaw na mga lugar (iba't ibang kulay ang tumutugma sa iba't ibang mekanismo ng pagkabulok ng nukleyar), ang oras ng kanilang buhay ay nagiging mas maikli at mas maikli, hanggang sa isang bahagi ng isang segundo.

Tandaan na ang stable nuclei ay may P at N na halos katumbas ng maliit na P at N, ngunit ang N ay unti-unting nagiging mas malaki kaysa sa P sa pamamagitan ng isang kadahilanan na higit sa isa at kalahati. Tandaan din na ang grupo ng stable at long-lived unstable nuclei ay nananatili sa isang medyo makitid na banda para sa lahat ng halaga ng P hanggang 82. Sa mas malaking bilang, ang kilalang nuclei ay sa prinsipyo ay hindi matatag (bagaman maaari silang umiral sa milyun-milyong taon. ). Tila, ang mekanismong nabanggit sa itaas para sa pag-stabilize ng mga proton sa nuclei sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga neutron sa kanila sa rehiyong ito ay hindi 100% epektibo.

Paano nakadepende ang laki ng isang atom sa masa ng mga electron nito?

Paano nakakaapekto ang mga puwersang isinasaalang-alang sa istruktura ng atomic nucleus? Ang mga puwersang nuklear ay pangunahing nakakaapekto sa laki nito. Bakit napakaliit ng nuclei kumpara sa mga atomo? Upang malaman, magsimula tayo sa pinakasimpleng nucleus, na may parehong proton at neutron: ito ang pangalawang pinakakaraniwang isotope ng hydrogen, isang atom na naglalaman ng isang electron (tulad ng lahat ng hydrogen isotopes) at isang nucleus ng isang proton at isang neutron . Ang isotope na ito ay madalas na tinatawag na "deuterium," at ang nucleus nito (tingnan ang Figure 2) ay tinatawag na "deuteron." Paano natin maipapaliwanag kung ano ang humahawak sa deuteron? Kaya, maaari mong isipin na ito ay hindi gaanong naiiba sa isang ordinaryong hydrogen atom, na naglalaman din ng dalawang particle (isang proton at isang elektron).

Sa Fig. Ipinakita sa itaas na sa isang hydrogen atom, ang nucleus at electron ay napakalayo, sa diwa na ang atom ay mas malaki kaysa sa nucleus (at ang electron ay mas maliit pa.) Ngunit sa isang deuteron, ang distansya sa pagitan ng proton at ang neutron ay maihahambing sa kanilang mga sukat. Ito ay bahagyang nagpapaliwanag kung bakit ang mga puwersang nuklear ay mas kumplikado kaysa sa mga puwersa sa isang atom.

Alam na ang mga electron ay may maliit na masa kumpara sa mga proton at neutron. Sinusundan nito iyon

• ang masa ng isang atom ay mahalagang malapit sa masa ng nucleus nito,
• ang laki ng isang atom (esensyal ang laki ng electron cloud) ay inversely proportional sa masa ng mga electron at inversely proportional sa kabuuang electromagnetic force; Ang prinsipyo ng kawalan ng katiyakan ng quantum mechanics ay gumaganap ng isang mapagpasyang papel.

Paano kung ang mga puwersang nuklear ay katulad ng mga electromagnetic?

Paano ang tungkol sa deuteron? Ito, tulad ng atom, ay gawa sa dalawang bagay, ngunit halos magkapareho sila ng masa (ang masa ng neutron at proton ay nag-iiba lamang ng halos isang bahagi noong 1500), kaya ang parehong mga particle ay pantay na mahalaga sa pagtukoy ng masa ng deuteron at ang laki nito. Ngayon ipagpalagay na ang puwersang nuklear ay hinihila ang proton patungo sa neutron sa parehong paraan tulad ng mga puwersang electromagnetic (hindi ito eksaktong totoo, ngunit isipin sandali); at pagkatapos, sa pamamagitan ng pagkakatulad sa hydrogen, inaasahan namin na ang laki ng deuteron ay inversely proportional sa masa ng proton o neutron, at inversely proportional sa magnitude ng nuclear force. Kung ang magnitude nito ay pareho (sa isang tiyak na distansya) bilang ang electromagnetic force, nangangahulugan ito na dahil ang isang proton ay humigit-kumulang 1850 beses na mas mabigat kaysa sa isang electron, kung gayon ang deuteron (at sa katunayan anumang nucleus) ay dapat na hindi bababa sa isang libong beses mas maliit kaysa sa hydrogen.

Ano ang ibinibigay ng pagsasaalang-alang sa makabuluhang pagkakaiba sa pagitan ng mga puwersang nuklear at electromagnetic?

Ngunit nahulaan na natin na ang puwersang nuklear ay higit na mas malaki kaysa sa puwersa ng electromagnetic (sa parehong distansya), dahil kung hindi ito gayon, hindi nito mapipigilan ang electromagnetic repulsion sa pagitan ng mga proton hanggang sa maghiwa-hiwalay ang nucleus. Kaya ang proton at neutron sa ilalim ng impluwensya nito ay nagsasama-sama nang mas mahigpit. At samakatuwid ay hindi nakakagulat na ang deuteron at iba pang nuclei ay hindi lamang isang libo, ngunit isang daang libong beses na mas maliit kaysa sa mga atomo! Muli, ito ay dahil lamang

• ang mga proton at neutron ay halos 2000 beses na mas mabigat kaysa sa mga electron,
• sa mga distansyang ito, ang malaking puwersang nuklear sa pagitan ng mga proton at neutron sa nucleus ay maraming beses na mas malaki kaysa sa katumbas na mga puwersang electromagnetic (kabilang ang electromagnetic repulsion sa pagitan ng mga proton sa nucleus.)

Ang walang muwang na hula na ito ay nagbibigay ng humigit-kumulang sa tamang sagot! Ngunit hindi ito ganap na sumasalamin sa pagiging kumplikado ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng proton at neutron. Ang isang malinaw na problema ay ang isang puwersa na katulad ng electromagnetic na puwersa, ngunit may higit na kaakit-akit o nakakasuklam na kapangyarihan, ay dapat na malinaw na magpakita mismo sa pang-araw-araw na buhay, ngunit hindi natin napapansin ang anumang bagay na tulad nito. Kaya't ang isang bagay tungkol sa puwersang ito ay dapat na naiiba sa mga puwersang elektrikal.

Maikling saklaw ng puwersang nuklear

Ang pinagkaiba nila ay ang mga puwersang nuklear na nagpapanatili sa atomic nucleus mula sa pagkabulok ay napakahalaga at malakas para sa mga proton at neutron na nasa napakaikling distansya sa isa't isa, ngunit sa isang tiyak na distansya (ang tinatawag na "saklaw" ng puwersa), ang mga ito ay bumagsak nang napakabilis, mas mabilis kaysa sa mga electromagnetic. Ang saklaw, ito ay lumiliko, ay maaari ding maging ang laki ng isang katamtamang malaking nucleus, ilang beses lamang na mas malaki kaysa sa isang proton. Kung ilalagay mo ang isang proton at isang neutron sa layo na maihahambing sa hanay na ito, sila ay mag-aakit sa isa't isa at bubuo ng isang deuteron; kung sila ay pinaghihiwalay ng mas malaking distansya, halos hindi sila makakaramdam ng anumang atraksyon. Sa katunayan, kung ang mga ito ay inilagay na masyadong malapit sa punto kung saan sila magsimulang mag-overlap, sila ay talagang pagtataboy sa isa't isa. Ito ay nagpapakita ng pagiging kumplikado ng naturang konsepto bilang mga puwersang nuklear. Ang pisika ay patuloy na umuunlad sa direksyon ng pagpapaliwanag ng mekanismo ng kanilang pagkilos.

Pisikal na mekanismo ng pakikipag-ugnayang nuklear

Ang bawat materyal na proseso, kabilang ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga nucleon, ay dapat may mga materyal na carrier. Ang mga ito ay nuclear field quanta - pi-mesons (pions), dahil sa pagpapalitan ng kung aling mga atraksyon sa pagitan ng mga nucleon arises.

Ayon sa mga prinsipyo ng quantum mechanics, ang mga pi-meson, na patuloy na lumilitaw at agad na nawawala, ay bumubuo ng isang bagay tulad ng isang ulap sa paligid ng isang "hubad" na nucleon, na tinatawag na isang meson coat (tandaan ang mga ulap ng elektron sa mga atomo). Kapag ang dalawang nucleon na napapalibutan ng gayong mga coat ay natagpuan ang kanilang mga sarili sa layo na mga 10 -15 m, ang isang palitan ng mga pion ay nangyayari, katulad ng pagpapalitan ng mga valence electron sa mga atomo sa panahon ng pagbuo ng mga molekula, at ang pagkahumaling ay lumitaw sa pagitan ng mga nucleon.

Kung ang mga distansya sa pagitan ng mga nucleon ay nagiging mas mababa sa 0.7∙10 -15 m, pagkatapos ay magsisimula silang makipagpalitan ng mga bagong particle - ang tinatawag na. ω at ρ-mesons, bilang isang resulta kung saan hindi pagkahumaling, ngunit ang pagtanggi ay nangyayari sa pagitan ng mga nucleon.

Mga puwersang nuklear: istraktura ng nucleus mula sa pinakasimple hanggang sa pinakamalaki

Sa pagbubuod ng lahat ng nasa itaas, mapapansin natin:

• ang malakas na puwersang nuklear ay higit, mas mahina kaysa sa electromagnetism sa mga distansyang mas malaki kaysa sa laki ng isang tipikal na nucleus, kaya hindi natin ito nararanasan sa pang-araw-araw na buhay; Pero
• sa maikling distansya na maihahambing sa nucleus, ito ay nagiging mas malakas - ang kaakit-akit na puwersa (sa kondisyon na ang distansya ay hindi masyadong maikli) ay magagawang pagtagumpayan ang electrical repulsion sa pagitan ng mga proton.

Kaya, ang puwersang ito ay mahalaga lamang sa mga distansyang maihahambing sa laki ng nucleus. Ang figure sa ibaba ay nagpapakita ng pag-asa nito sa distansya sa pagitan ng mga nucleon.

Ang mga malalaking nuclei ay pinagsasama-sama ng higit o mas kaunting parehong puwersa na humahawak sa deuteron, ngunit ang mga detalye ng proseso ay napakasalimuot na hindi madaling ilarawan. Hindi rin sila lubos na naiintindihan. Bagama't ang mga pangunahing balangkas ng nuclear physics ay naiintindihan nang mabuti sa loob ng mga dekada, maraming mahahalagang detalye ang nasa ilalim pa rin ng aktibong pagsisiyasat.

Ang atomic nucleus, na binubuo ng isang tiyak na bilang ng mga proton at neutron, ay isang solong kabuuan dahil sa mga tiyak na puwersa na kumikilos sa pagitan ng mga nucleon ng nucleus at tinatawag na nuklear. Napatunayan sa eksperimento na ang mga puwersang nuklear ay may napakalaking halaga, higit na mas malaki kaysa sa mga puwersa ng electrostatic repulsion sa pagitan ng mga proton. Ito ay ipinakita sa katotohanan na ang tiyak na nagbubuklod na enerhiya ng mga nucleon sa nucleus ay higit na mas malaki kaysa sa gawaing ginawa ng mga puwersa ng pagtanggi ng Coulomb. Isaalang-alang natin ang mga pangunahing katangian ng mga puwersang nuklear.

1. Ang mga puwersang nuklear ay panandaliang pwersa ng pang-akit . Lumilitaw lamang ang mga ito sa napakaliit na distansya sa pagitan ng mga nucleon sa isang nucleus na may ayos na 10 –15 m. Ang haba (1.5 – 2.2) 10 –15 m ay tinatawag hanay ng mga puwersang nukleyar mabilis silang bumababa sa pagtaas ng distansya sa pagitan ng mga nucleon. Sa layo na (2-3) m, halos wala ang nuclear interaction.

2. Ang mga puwersang nuklear ay may ari-arian saturation, mga. ang bawat nucleon ay nakikipag-ugnayan lamang sa isang tiyak na bilang ng pinakamalapit na kapitbahay. Ang katangiang ito ng mga puwersang nuklear ay makikita sa tinatayang katatagan ng tiyak na nagbubuklod na enerhiya ng mga nucleon sa numero ng singil. A>40. Sa katunayan, kung walang saturation, kung gayon ang tiyak na nagbubuklod na enerhiya ay tataas sa bilang ng mga nucleon sa nucleus.

3. Ang katangian ng mga puwersang nuklear ay ang kanilang singilin ang kalayaan , ibig sabihin. hindi sila umaasa sa singil ng mga nucleon, samakatuwid ang mga nuklear na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga proton at neutron ay pareho.Ang kalayaan sa pagsingil ng mga puwersang nuklear ay makikita mula sa paghahambing ng mga nagbubuklod na enerhiya mga core ng salamin.Ito ang tawag sa mga butil, kung saan ang kabuuang bilang ng mga nucleon ay pareho, ngunit ang bilang ng mga proton sa isa ay katumbas ng bilang ng mga neutron sa isa pa. Halimbawa, ang mga nagbubuklod na enerhiya ng helium at mabigat na hydrogen - tritium nuclei ay ayon sa pagkakabanggit 7.72 MeV at 8.49 MeV Ang pagkakaiba sa mga nagbubuklod na enerhiya ng mga nuclei na ito, katumbas ng 0.77 MeV, ay tumutugma sa enerhiya ng Coulomb repulsion ng dalawang proton sa nucleus. Ipagpalagay na ang halagang ito ay pantay, makikita natin na ang average na distansya r sa pagitan ng mga proton sa nucleus ay 1.9·10 –15 m, na pare-pareho sa radius ng pagkilos ng mga puwersang nuklear.

4. Mga puwersang nuklear ay hindi sentral at nakasalalay sa magkaparehong oryentasyon ng mga spin ng mga nakikipag-ugnayang nucleon. Ito ay nakumpirma ng iba't ibang katangian ng neutron scattering ng ortho- at parahydrogen molecules. Sa isang orthohydrogen molecule, ang mga spin ng parehong proton ay parallel sa isa't isa, habang sa isang parahydrogen molecule sila ay antiparallel. Ipinakita ng mga eksperimento na ang scattering ng neutron mula sa parahydrogen ay 30 beses na mas malaki kaysa sa scattering mula sa orthohydrogen.

Ang kumplikadong katangian ng mga puwersang nuklear ay hindi nagpapahintulot sa pagbuo ng isang solong, pare-parehong teorya ng pakikipag-ugnayang nukleyar, kahit na maraming iba't ibang mga diskarte ang iminungkahi. Ayon sa hypothesis ng Japanese physicist na si H. Yukawa (1907-1981), na iminungkahi niya noong 1935, ang mga puwersang nuklear ay sanhi ng exchange - mesons, i.e. elementarya na mga particle na ang masa ay humigit-kumulang 7 beses na mas mababa kaysa sa masa ng mga nucleon. Ayon sa modelong ito, oras ng nucleon m- meson mass) ay nagpapalabas ng isang meson, na, gumagalaw sa isang bilis na malapit sa bilis ng liwanag, ay sumasaklaw sa isang distansya, pagkatapos nito ay hinihigop ng isang pangalawang nucleon. Sa turn, ang pangalawang nucleon ay naglalabas din ng isang meson, na hinihigop ng una. Sa modelo ni H. Yukawa, samakatuwid, ang distansya kung saan nakikipag-ugnayan ang mga nucleon ay tinutukoy ng haba ng landas ng meson, na tumutugma sa layo na humigit-kumulang m at sa pagkakasunud-sunod ng magnitude ay tumutugma sa radius ng pagkilos ng mga puwersang nukleyar.

Tanong 26. Mga reaksyon ng fission. Noong 1938, natuklasan ng mga siyentipikong Aleman na sina O. Hahn (1879-1968) at F. Strassmann (1902-1980) na kapag ang uranium ay binomba ng mga neutron, minsan lumilitaw ang nuclei na humigit-kumulang kalahati ng sukat ng orihinal na uranium nucleus. Ang kababalaghang ito ay tinawag nuclear fission.

Kinakatawan nito ang unang naobserbahang eksperimental na reaksyon ng pagbabagong nuklear. Ang isang halimbawa ay isa sa mga posibleng reaksyon ng fission ng uranium-235 nucleus:

Ang proseso ng nuclear fission ay nagpapatuloy nang napakabilis (sa loob ng ~10 -12 s). Ang enerhiya na inilabas sa panahon ng isang reaksyon ng uri (7.14) ay humigit-kumulang 200 MeV bawat fission event ng uranium-235 nucleus.

Sa pangkalahatan, ang reaksyon ng fission ng uranium-235 nucleus ay maaaring isulat bilang:

Mga Neutron (7.15)

Ang mekanismo ng reaksyon ng fission ay maaaring ipaliwanag sa loob ng balangkas ng hydrodynamic model ng nucleus. Ayon sa modelong ito, kapag ang isang neutron ay nasisipsip ng isang uranium nucleus, ito ay napupunta sa isang excited na estado (Larawan 7.2).

Ang labis na enerhiya na natatanggap ng nucleus dahil sa pagsipsip ng isang neutron ay nagiging sanhi ng mas matinding paggalaw ng mga nucleon. Bilang resulta, ang nucleus ay deformed, na humahantong sa isang pagpapahina ng short-range nuclear interaction. Kung ang enerhiya ng paggulo ng nucleus ay mas malaki kaysa sa isang tiyak na enerhiya na tinatawag activation energy , pagkatapos ay sa ilalim ng impluwensya ng electrostatic repulsion ng mga proton ang nucleus ay nahahati sa dalawang bahagi, na naglalabas mga fission neutron . Kung ang enerhiya ng paggulo sa pagsipsip ng isang neutron ay mas mababa kaysa sa enerhiya ng pag-activate, kung gayon ang nucleus ay hindi umaabot.

kritikal na yugto ng fission at, na naglalabas ng isang quantum, ay bumalik sa lupa

estado.

Ang isang mahalagang tampok ng reaksyon ng nuclear fission ay ang kakayahang magpatupad ng isang self-sustaining nuclear chain reaction sa batayan nito. . Ito ay dahil sa ang katunayan na ang bawat kaganapan ng fission ay gumagawa, sa karaniwan, ng higit sa isang neutron. Mass, charge at kinetic energy ng mga fragment X At Uh, na nabuo sa panahon ng fission reaction ng uri (7.15) ay magkaiba. Ang mga fragment na ito ay mabilis na hinarang ng daluyan, na nagiging sanhi ng ionization, pag-init at pagkagambala ng istraktura nito. Ang paggamit ng kinetic energy ng fission fragment dahil sa kanilang pag-init ng kapaligiran ay ang batayan para sa conversion ng nuclear energy sa thermal energy. Ang mga fragment ng nuclear fission ay nasa isang nasasabik na estado pagkatapos ng reaksyon at pumasa sa ground state sa pamamagitan ng paglabas β - mga particle at -quanta.

Kinokontrol na reaksyong nuklear isinasagawa sa nuclear reactor at sinamahan ng paglabas ng enerhiya. Ang unang nuclear reactor ay itinayo noong 1942 sa USA (Chicago) sa ilalim ng pamumuno ng physicist na si E. Fermi (1901 - 1954). Sa USSR, ang unang nuclear reactor ay nilikha noong 1946 sa ilalim ng pamumuno ni I.V. Kurchatov. Pagkatapos, pagkatapos magkaroon ng karanasan sa pagkontrol sa mga reaksyong nuklear, nagsimula silang magtayo ng mga plantang nukleyar na kapangyarihan.

Tanong 27. Sintesis reaksyon. Nuclear fusion tinatawag na fusion reaction ng mga proton at neutron o indibidwal na light nuclei, bilang resulta kung saan nabuo ang isang mas mabigat na nucleus. Ang pinakasimpleng reaksyon ng nuclear fusion ay:

, ΔQ = 17.59 MeV; (7.17)

Ang mga kalkulasyon ay nagpapakita na ang enerhiya na inilabas sa panahon ng nuclear fusion reactions bawat unit mass ay makabuluhang lumampas sa enerhiya na inilabas sa nuclear fission reactions. Sa panahon ng fission reaction ng uranium-235 nucleus, humigit-kumulang 200 MeV ang pinakawalan, i.e. 200:235=0.85 MeV bawat nucleon, at sa panahon ng fusion reaction (7.17) ang inilabas na enerhiya ay humigit-kumulang 17.5 MeV, ibig sabihin, 3.5 MeV bawat nucleon (17.5:5=3.5 MeV). kaya, ang proseso ng pagsasanib ay humigit-kumulang 4 na beses na mas mahusay kaysa sa proseso ng fission ng uranium (bawat isang nucleon ng nucleus na nakikilahok sa reaksyon ng fission).

Ang mataas na bilis ng mga reaksyong ito at ang medyo mataas na paglabas ng enerhiya ay gumagawa ng pantay na pinaghalong deuterium at tritium na pinakapangako para sa paglutas ng problema kinokontrol na thermonuclear fusion. Ang pag-asa ng sangkatauhan para sa paglutas ng mga problema nito sa enerhiya ay konektado sa kinokontrol na thermonuclear fusion. Ang sitwasyon ay ang mga reserba ng uranium, bilang isang hilaw na materyal para sa mga nuclear power plant, sa Earth ay limitado. Ngunit ang deuterium na nakapaloob sa tubig sa karagatan ay halos hindi mauubos na pinagmumulan ng murang nuclear fuel. Ang sitwasyon sa tritium ay medyo mas kumplikado. Ang tritium ay radioactive (ang kalahating buhay nito ay 12.5 taon, ang reaksyon ng pagkabulok ay:), at hindi nangyayari sa kalikasan. Samakatuwid, upang matiyak ang trabaho fusion reactor gamit ang tritium bilang isang nuclear fuel, ang posibilidad ng pagpaparami nito ay dapat ibigay.

Para sa layuning ito, ang lugar ng pagtatrabaho ng reaktor ay dapat na napapalibutan ng isang layer ng light lithium isotope, kung saan magaganap ang reaksyon.

Bilang resulta ng reaksyong ito, nabuo ang hydrogen isotope tritium ().

Sa hinaharap, ang posibilidad na lumikha ng isang low-radioactive thermonuclear reactor gamit ang pinaghalong deuterium at helium isotope ay isinasaalang-alang; ang fusion reaction ay may anyo:

MeV.(7.20)

Bilang resulta ng reaksyong ito, dahil sa kawalan ng mga neutron sa mga produkto ng synthesis, ang biological na panganib ng reaktor ay maaaring mabawasan ng apat hanggang limang order ng magnitude kumpara sa parehong mga nuclear fission reactor at thermonuclear reactor na tumatakbo sa deuterium at tritium fuel, at hindi na kailangan para sa industriyal na pagproseso ng mga radioactive na materyales at ang kanilang transportasyon, ang pagtatapon ng radioactive na basura ay pinasimple nang husay. Gayunpaman, ang mga prospect para sa paglikha sa hinaharap ng isang environment friendly na thermonuclear reactor gamit ang isang halo ng deuterium () na may helium isotope () ay kumplikado ng problema ng mga hilaw na materyales: ang mga likas na reserba ng helium isotope sa Earth ay hindi gaanong mahalaga. Ang epekto ng deuterium sa hinaharap ng environment friendly na thermonuclear

Sa landas sa pagpapatupad ng mga reaksyon ng pagsasanib sa ilalim ng mga kondisyong panlupa, ang problema ng electrostatic repulsion ng light nuclei ay lumitaw kapag lumalapit sila sa mga distansya kung saan nagsisimulang kumilos ang mga nuklear na kaakit-akit na pwersa, i.e. tungkol sa 10 -15 m, pagkatapos kung saan ang proseso ng kanilang pagsasama ay nangyayari dahil sa epekto ng lagusan. Upang malampasan ang potensyal na hadlang, ang nagbabanggaang light nuclei ay dapat bigyan ng enerhiya na ≈10 keV, na tumutugma sa temperatura T ≈10 8 K at mas mataas. Samakatuwid, ang mga reaksiyong thermonuclear sa ilalim ng mga natural na kondisyon ay nangyayari lamang sa loob ng mga bituin. Upang maipatupad ang mga ito sa ilalim ng mga kondisyong panlupa, kinakailangan ang isang malakas na pag-init ng sangkap, alinman sa pamamagitan ng isang pagsabog ng nuklear, o isang malakas na paglabas ng gas, o isang higanteng pulso ng radiation ng laser, o pambobomba na may matinding sinag ng mga particle. Ang mga reaksiyong thermonuclear ay hanggang ngayon ay isinasagawa lamang sa mga pagsubok na pagsabog ng mga bombang thermonuclear (hydrogen).

Ang mga pangunahing kinakailangan na dapat matugunan ng isang thermonuclear reactor bilang isang aparato para sa pagpapatupad ng kinokontrol na thermonuclear fusion ay ang mga sumusunod.

Una, ang maaasahang pagkulong ng mainit na plasma ay kinakailangan (≈10 8 K) sa reaction zone. Ang pangunahing ideya, na tumutukoy sa mga paraan upang malutas ang problemang ito sa loob ng maraming taon, ay ipinahayag sa kalagitnaan ng ika-20 siglo sa USSR, USA at Great Britain nang halos sabay-sabay. Ang ideyang ito ay paggamit ng mga magnetic field para sa containment at thermal insulation ng high-temperature plasma.

Pangalawa, kapag nagpapatakbo sa gasolina na naglalaman ng tritium (na isang mataas na radioactive isotope ng hydrogen), ang pinsala sa radiation sa mga dingding ng fusion reactor chamber ay magaganap. Ayon sa mga eksperto, ang mekanikal na pagtutol ng unang dingding ng silid ay malamang na hindi lalampas sa 5-6 na taon. Nangangahulugan ito na ang pag-install ay dapat pana-panahong ganap na lansagin at pagkatapos ay muling buuin gamit ang mga malalayong robot dahil sa napakataas na natitirang radioactivity.

Pangatlo, ang pangunahing pangangailangan na dapat matugunan ng thermonuclear fusion ay ang pagpapakawala ng enerhiya bilang resulta ng mga thermonuclear na reaksyon nang higit pa kaysa sa pagpunan ng enerhiya na natupok mula sa mga panlabas na mapagkukunan upang mapanatili ang reaksyon mismo. Malaking interes ang "purong" thermonuclear reactions,

hindi gumagawa ng mga neutron (tingnan ang (7.20) at ang reaksyon sa ibaba:

Tanong 28. Radioactive decay α−, β−, γ− radiation.

Sa ilalim radioactivity maunawaan ang kakayahan ng ilang hindi matatag na atomic nuclei na kusang mag-transform sa ibang atomic nuclei na may paglabas ng radioactive radiation.

Likas na radioactivity tinatawag na radioactivity na naobserbahan sa mga natural na nagaganap na hindi matatag na isotopes.

Artipisyal na radyaktibidad ay ang radyaktibidad ng isotopes na nakuha bilang resulta ng mga reaksyong nuklear na isinasagawa sa mga accelerator at nuclear reactor.

Ang mga radioactive na pagbabagong-anyo ay nangyayari sa pagbabago sa istraktura, komposisyon at estado ng enerhiya ng atomic nuclei, at sinamahan ng paglabas o pagkuha ng mga sisingilin o neutral na mga particle, at ang paglabas ng short-wave radiation ng isang electromagnetic na kalikasan (gamma radiation quanta). Ang mga emitted particle at quanta na ito ay sama-samang tinatawag radioactive (o ionizing ) radiation, at mga elemento na ang nuclei ay maaaring kusang mabulok para sa isang kadahilanan o iba pa (natural o artipisyal) ay tinatawag na radioactive o radionuclides . Ang mga sanhi ng radioactive decay ay ang mga imbalances sa pagitan ng nuclear (short-range) na kaakit-akit na pwersa at electromagnetic (long-range) repulsive forces ng positively charged protons.

Ionizing radiation– isang stream ng mga sisingilin o neutral na mga particle at quanta ng electromagnetic radiation, ang pagpasa nito sa pamamagitan ng isang sangkap ay humahantong sa ionization at paggulo ng mga atom o molekula ng medium. Sa likas na katangian nito, nahahati ito sa photon (gamma radiation, bremsstrahlung, X-ray radiation) at corpuscular (alpha radiation, electron, proton, neutron, meson).

Sa 2500 nuclides na kasalukuyang kilala, 271 lamang ang stable. Ang natitira (90%!) ay hindi matatag, i.e. radioaktibo; sa pamamagitan ng isa o higit pang sunud-sunod na pagkabulok, na sinamahan ng paglabas ng mga particle o γ-quanta, sila ay nagiging stable nuclides.

Ang pag-aaral ng komposisyon ng radioactive radiation ay pinahintulutan itong hatiin sa tatlong magkakaibang sangkap: α-radiation ay isang stream ng mga particle na may positibong charge - helium nuclei (), β radiation – daloy ng mga electron o positron, γ radiation – flux ng short-wave electromagnetic radiation.

Karaniwan, ang lahat ng mga uri ng radyaktibidad ay sinamahan ng paglabas ng gamma ray - matigas, maikling alon na electromagnetic radiation. Ang mga gamma ray ay ang pangunahing anyo ng pagbabawas ng enerhiya ng nasasabik na mga produkto ng radioactive transformations. Ang isang nucleus na sumasailalim sa radioactive decay ay tinatawag maternal; umuusbong subsidiary ang nucleus, bilang panuntunan, ay lumalabas na nasasabik, at ang paglipat nito sa ground state ay sinamahan ng paglabas ng isang quantum.

Mga batas sa konserbasyon. Sa panahon ng radioactive decay, ang mga sumusunod na parameter ay napanatili:

1. singilin . Ang singil ng kuryente ay hindi maaaring malikha o masira. Ang kabuuang singil bago at pagkatapos ng reaksyon ay dapat pangalagaan, bagama't maaari itong iba-iba sa iba't ibang nuclei at particle.

2. Pangkalahatang numero o ang bilang ng mga nucleon pagkatapos ng reaksyon ay dapat na katumbas ng bilang ng mga nucleon bago ang reaksyon.

3. Kabuuang Enerhiya . Ang enerhiya ng Coulomb at ang enerhiya ng katumbas na masa ay dapat na mapanatili sa lahat ng mga reaksyon at pagkabulok.

4.Momentum at angular momentum . Ang konserbasyon ng linear momentum ay responsable para sa pamamahagi ng enerhiya ng Coulomb sa mga nuclei, particle, at/o electromagnetic radiation. Angular momentum ay tumutukoy sa pag-ikot ng mga particle.

α-pagkabulok tinatawag na emission mula sa atomic nucleus α− mga particle. Sa α− pagkabulok, gaya ng dati, ang batas ng konserbasyon ng enerhiya ay dapat matupad. Kasabay nito, ang anumang mga pagbabago sa enerhiya ng system ay tumutugma sa mga proporsyonal na pagbabago sa masa nito. Samakatuwid, sa panahon ng radioactive decay, ang mass ng mother nucleus ay dapat lumampas sa mass ng mga produkto ng decay sa pamamagitan ng isang halaga na tumutugma sa kinetic energy ng system pagkatapos ng decay (kung ang mother nucleus ay nakapahinga bago ang decay). Kaya, kung sakali α− dapat matugunan ang kondisyon ng pagkabulok

nasaan ang masa ng mother nucleus na may mass number A at serial number Z, ay ang masa ng anak na babae nucleus at ang masa α− mga particle. Ang bawat isa sa mga masa, sa turn, ay maaaring kinakatawan bilang ang kabuuan ng mass number at ang mass defect:

Ang pagpapalit ng mga ekspresyong ito para sa masa sa hindi pagkakapantay-pantay (8.2), makuha natin ang sumusunod na kondisyon para sa α− pagkabulok:, (8.3)

mga. ang pagkakaiba sa mass defects ng mother and daughter nuclei ay dapat na mas malaki kaysa sa mass defect α− mga particle. Kaya, kapag α− pagkabulok, ang mga numero ng masa ng nuclei ng ina at anak na babae ay dapat na magkaiba sa bawat isa ng apat. Kung ang pagkakaiba sa mga numero ng masa ay apat, kung gayon kapag ang mga mass defect ng natural na isotopes ay palaging bumababa sa pagtaas A. Kaya, kapag ang hindi pagkakapantay-pantay (8.3) ay hindi nasiyahan, dahil ang mass defect ng mas mabigat na nucleus, na dapat ay ang mother nucleus, ay mas mababa kaysa sa mass defect ng lighter nucleus. Samakatuwid, kapag α− hindi nangyayari ang nuclear decay. Ang parehong naaangkop sa karamihan ng mga artipisyal na isotopes. Ang mga pagbubukod ay ilang mga magaan na artipisyal na isotopes, kung saan ang mga tumalon sa nagbubuklod na enerhiya, at samakatuwid sa mga mass defect, kumpara sa mga kalapit na isotopes ay lalong malaki (halimbawa, ang beryllium isotope, na nabubulok sa dalawa. α− mga particle).

Enerhiya α− ang mga particle na nagreresulta mula sa pagkabulok ng nuclei ay nakapaloob sa loob ng medyo makitid na saklaw mula 2 hanggang 11 MeV. Kasabay nito, may posibilidad na bumaba ang kalahating buhay sa pagtaas ng enerhiya α− mga particle. Ang ugali na ito ay lalo na nakikita sa panahon ng sunud-sunod na radioactive transformations sa loob ng parehong radioactive na pamilya (Geiger-Nattall law). Halimbawa, enerhiya α− mga particle sa panahon ng pagkabulok ng uranium (T = 7.1 . 10 8 taon) ay 4.58 Mev, sa panahon ng pagkabulok ng protactinium (T = 3.4 . 10 4 taon) - 5.04 Mev sa panahon ng pagkabulok ng polonium (T = 1.83 . 10 -3 Sa)- 7,36Mev.

Sa pangkalahatan, ang nuclei ng parehong isotope ay maaaring maglabas α− mga particle na may ilang mahigpit na tinukoy na mga halaga ng enerhiya (sa nakaraang halimbawa, ang pinakamataas na enerhiya ay ipinahiwatig). Sa ibang salita, α− ang mga particle ay may discrete energy spectrum. Ito ay ipinaliwanag tulad ng sumusunod. Ang nucleus ng anak na babae na nagreresulta mula sa pagkabulok, ayon sa mga batas ng quantum mechanics, ay maaaring nasa maraming iba't ibang mga estado, kung saan ang bawat isa ay may isang tiyak na enerhiya. Ang estado na may pinakamababang posibleng enerhiya ay matatag at tinatawag pangunahing . Ang natitirang mga estado ay tinatawag nasasabik . Ang nucleus ay maaaring manatili sa kanila sa napakaikling panahon (10 -8 - 10 -12 seg), at pagkatapos ay pumasa sa isang estado na may mas mababang enerhiya (hindi kinakailangan kaagad sa pangunahing isa) na may paglabas γ− dami.

Isinasagawa α− Mayroong dalawang yugto ng pagkabulok: pagbuo α− mga particle mula sa nuclear nucleon at emission α− mga particle na may nucleus.

Beta decay (radiation). Pinagsasama ng konsepto ng decay ang tatlong uri ng spontaneous intranuclear transformations: electron decay, positron decay at electron capture ( E- makuha).

Mayroong mas maraming beta radioactive isotopes kaysa sa alpha radioactive isotopes. Ang mga ito ay naroroon sa buong hanay ng mga pagbabago sa mass number ng nuclei (mula sa light nuclei hanggang sa pinakamabigat).

Ang beta decay ng atomic nuclei ay sanhi ng mahinang interaksyon elementarya particle at, tulad ng -decay, ay napapailalim sa ilang mga batas. Sa panahon ng pagkabulok, ang isa sa mga neutron sa nucleus ay nagiging proton, na naglalabas ng isang electron at isang electron antineutrino. Ang prosesong ito ay nangyayari ayon sa sumusunod na pamamaraan: . (8.8)

Sa panahon ng − pagkabulok, ang isa sa mga proton ng nucleus ay nagiging isang neutron na may paglabas ng isang positron at isang electron neutrino:

Ang isang libreng neutron, hindi bahagi ng nucleus, ay kusang nabubulok ayon sa reaksyon (8.8) na may kalahating buhay na mga 12 minuto. Posible ito dahil ang masa ng neutron ay amu. mas malaki kaysa sa masa ng isang proton a.m.u. sa pamamagitan ng halaga ng amu, na lumampas sa natitirang masa ng electron amu. (neutrino rest mass ay zero). Ang pagkabulok ng isang libreng proton ay ipinagbabawal ng batas ng konserbasyon ng enerhiya, dahil ang kabuuan ng natitirang masa ng mga nagresultang particle - ang neutron at positron - ay mas malaki kaysa sa masa ng proton. Ang pagkabulok (8.9) ng isang proton ay posible lamang sa isang nucleus kung ang mass ng anak na babae nucleus ay mas mababa kaysa sa masa ng mother nucleus sa pamamagitan ng isang halaga na mas malaki kaysa sa natitirang mass ng positron (ang natitirang masa ng positron at electron ay pantay). Sa kabilang banda, ang isang katulad na kondisyon ay dapat masiyahan sa kaso ng pagkabulok ng isang neutron na kasama sa nucleus.

Bilang karagdagan sa prosesong nagaganap ayon sa reaksyon (8.9), ang pagbabago ng isang proton sa isang neutron ay maaari ding mangyari sa pamamagitan ng pagkuha ng isang electron ng isang proton na may sabay-sabay na paglabas ng isang electron neutrino.

Tulad ng proseso (8.9), ang proseso (8.10) ay hindi nangyayari sa isang libreng proton. Gayunpaman, kung ang isang proton ay nasa loob ng nucleus, maaari nitong makuha ang isa sa mga orbital na electron ng atom nito, sa kondisyon na ang kabuuan ng mga masa ng mother nucleus at ang electron ay mas malaki kaysa sa masa ng anak na babae nucleus. Ang mismong posibilidad na matugunan ang mga proton na matatagpuan sa loob ng nucleus na may mga orbital na electron ng isang atom ay dahil sa katotohanan na, ayon sa quantum mechanics, ang paggalaw ng mga electron sa isang atom ay hindi nangyayari sa mahigpit na tinukoy na mga orbit, gaya ng tinatanggap sa teorya ni Bohr. , ngunit may tiyak na posibilidad na matugunan ang isang electron sa anumang rehiyon ng espasyo sa loob ng atom, sa partikular, at sa rehiyon na inookupahan ng nucleus.

Ang nuclear transformation na dulot ng pagkuha ng isang orbital electron ay tinatawag E-huli. Kadalasan, ang pagkuha ng isang electron na kabilang sa K-shell na pinakamalapit sa nucleus ay nangyayari (K-capture). Ang pagkuha ng isang electron na kasama sa susunod na L-shell (L-capture) ay nangyayari nang humigit-kumulang 100 beses na mas madalas.

Gamma radiation. Ang gamma radiation ay short-wave electromagnetic radiation, na may napakaikling wavelength at, bilang resulta, binibigkas ang mga katangian ng corpuscular, i.e. ay isang stream ng quanta na may enerhiya ( ν − dalas ng radiation), momentum at spin J(sa mga yunit ħ ).

Sinasamahan ng gamma radiation ang pagkabulok ng nuclei, nangyayari sa panahon ng paglipol ng mga particle at antiparticle, sa panahon ng pagbabawas ng bilis ng mabilis na sisingilin na mga particle sa isang daluyan, sa panahon ng pagkabulok ng mga meson, ay naroroon sa cosmic radiation, sa nuclear reactions, atbp. Ito ay naging eksperimental. itinatag na ang isang nasasabik na nucleus na nabuo bilang resulta ng pagkabulok ay maaaring dumaan sa isang serye ng mga intermediate, hindi gaanong nasasabik na mga estado. Samakatuwid, ang radiation ng parehong radioactive isotope ay maaaring maglaman ng ilang uri ng quanta, na naiiba sa bawat isa sa mga halaga ng enerhiya. Ang haba ng buhay ng mga nasasabik na estado ng nuclei ay kadalasang tumataas nang husto sa pagbaba ng kanilang enerhiya at sa pagtaas ng pagkakaiba sa pagitan ng mga nuclear spin sa una at huling mga estado.

Ang quantum emission ay nangyayari din sa panahon ng radiative transition ng isang atomic nucleus mula sa isang excited na estado na may enerhiya. E i sa lupa o hindi gaanong nasasabik na estado na may enerhiya E k (E i >E k). Ayon sa batas ng konserbasyon ng enerhiya (hanggang sa recoil energy ng nucleus), ang enerhiya ng isang quantum ay tinutukoy ng expression: . (8.11)

Sa panahon ng radiation, natutugunan din ang mga batas ng konserbasyon ng momentum at angular momentum.

Dahil sa discreteness ng mga antas ng enerhiya ng nucleus, ang radiation ay may line spectrum ng enerhiya at mga frequency. Sa katotohanan, ang spectrum ng enerhiya ng nucleus ay nahahati sa discrete at tuloy-tuloy na mga rehiyon. Sa discrete spectrum region, ang mga distansya sa pagitan ng mga antas ng enerhiya ng nucleus ay mas malaki kaysa sa lapad ng enerhiya G antas na tinutukoy ng buhay ng kernel sa estadong ito:

Tinutukoy ng oras ang rate ng pagkabulok ng excited nucleus:

kung saan ang bilang ng mga core sa unang oras (); bilang ng hindi nabubulok na nuclei sa isang pagkakataon t.

tanong 29. Mga batas ng displacement. Kapag naglalabas ng butil, nawawala ang nucleus ng dalawang proton at dalawang neutron. Samakatuwid, ang resultang (anak na babae) nucleus, kumpara sa orihinal (ina) nucleus, ay may mass number na mas mababa ng apat at isang ordinal na numero ng dalawa.

Kaya, sa pagkabulok, ang isang elemento ay nakuha, na sa periodic table ay sumasakop sa isang lugar ng dalawang mga cell sa kaliwa kumpara sa orihinal:. (8.14)

Sa panahon ng pagkabulok, ang isa sa mga neutron sa nucleus ay nagiging proton na may paglabas ng isang electron at isang antineutrino (–decay). Bilang resulta ng pagkabulok, ang bilang ng mga nucleon sa nucleus ay nananatiling hindi nagbabago. Samakatuwid, ang mass number ay hindi nagbabago, sa madaling salita, ang pagbabago ng isang isobar sa isa pa ay nangyayari. Gayunpaman, ang singil ng nucleus ng anak na babae at ang atomic number nito ay nagbabago. Sa panahon ng –decay, kapag ang isang neutron ay naging proton, ang atomic number ay tumataas ng isa, i.e. sa kasong ito, lumilitaw ang isang elemento na inilipat sa periodic table ng isang cell sa kanan kumpara sa orihinal:

Sa panahon ng pagkabulok, kapag ang isang proton ay naging isang neutron, ang atomic number ay bumababa ng isa, at ang bagong nagreresultang elemento ay inilipat sa isang cell pakaliwa sa periodic table:

Sa mga expression (8.14) − (8.16) X- simbolo ng maternal core, Y– simbolo ng nucleus ng anak na babae; – helium nucleus, at – simbolikong pagtatalaga, ayon sa pagkakabanggit, ng electron kung saan A= 0 at Z= –1, at isang positron, kung saan A= 0 at Z=+1.

Natural na radioactive nuclei form tatlong radioactive na pamilya , tinawag pamilya ng uranium (), pamilya ng thorium ()At pamilya ng sea anemone (). Nakuha nila ang kanilang mga pangalan mula sa mga isotopes na matagal nang nabubuhay na may pinakamahabang kalahating buhay. Ang lahat ng mga pamilya pagkatapos ng isang kadena ng α− at β− decay ay nagtatapos sa stable nuclei ng lead isotopes – , at. Ang pamilya ng neptunium, na nagsisimula sa elementong transuranium na neptunium, ay ginawang artipisyal at nagtatapos sa isotope bismuth.