4. Ядерні сили.

Протони позитивно заряджені тому на дуже близьких відстанях у атомному ядрі вони повинні були миттєво розлетітись. Але ядра стійкі утворення, тому вчені припустили, що між нуклонами існує інша взаємодія сильніша ніж кулонівська – сильна взаємодія. У 1934 р. російські вчені І. Е. Тамм та Іваненко Д. Д. створили теорію ядерних сил, згідно якої взаємодія між нуклонами виникає в результаті безперервного обміну легкими часткам . На той час відомими найлегшими частками були електрон і нейтрон:

- - Ѵ = n;

+ + Ѵ = h. В результаті цих процесів виникають сили притягання між і n. Розрахунки показали, що ядерна взаємодія за Таммом та Іваненком повинна була б бути у 10¹¹ – 10¹³ разів слабшою за реальну (тобто кількісно теорія була хибною), а якісно ні! Японський фізик Хідеки Юкава припустив, що частина якою обмінюються і n у 200-300 раз важча за електрон. Цю частку назвали мезоном (від грец. «мезос» - середній), а потім Π – мезоном (піоном). Існують π⁺; π^-; π⁰;

q_п+= q_п-= е = 1,6*10^-19Кл.

маса π⁺=m_п-=273 m_е (140 МеВ), а m_п0= 264 m_е (135 МеВ).

Спін π⁺= π^- = π⁰ =0 (тобто піон – бозон). τ_π+ = τ_π- = 2,6*10^-8е; τ_π =0,8*10^-16.

Отже, - n p+ = n + p

Атомне ядро розглядають як потенціальну яму, у якій містяться нуклони. Оскільки експерименти показують, що нуклони можуть приймати тільки певні порції енергії, тобто є квантовими частками, які знаходяться на певних енергетичних рівнях. Заповнення рівнів відбувається за принципом Паулі. Основному стану ядра відповідає такий розподіл, при якому заповнені всі нижчі енергетичні рівні. Якщо через якісь умови нуклони переходять на вищі енергетичні рівні – то такий стан ядра називають збудженим

4а. Основні властивості ядерних сил.

1. Короткодійні (~10^-15 м)

2. Зарядово-незалежні

3. Найпотужніші із усіх відомих сил

4. Мають здатність насичуватись (кожен нуклон взаємодіє з обмеженим

числом нуклонів;)

5. Залежать від взаємної орієнтації спінів (Наприклад = (дейтерій) лише за умови, що їхні спіни паралельні).

6. Моделі атомного ядра. Єдиної теорії атомного ядра ще не існує. Щоб її створити необхідно розв’язати квантову задачу багатьох тіл. Яка задається масовим числом А. Тому для опису властивостей ядра використовують моделі. Одні – для одних властивостей; інші – для інших. Властивостей багато і моделей ядра існує досить багато. Розглянемо лише дві з них: краплинну і оболонкову.

6а. Краплинна модель. Запропонована в 1936 р. Я. І. Френкелем і розвинута далі в роботах датського фізика Нільса Бора.

Ядро – крапля зарядженої рідини. Між поведінкою нуклонів у ядрі і молекул в рідині є певні аналогії.

Нуклони.

1. Густина ядерної речовини однакова для всіх ядер і не залежить від – А.

2. Об’єм ~ кількості нуклонів.

3. <Е>енергія взаємодії ~8МеВ.

4. Сили взаємодії здатні до насичення.

5. Існує поверхневий натяг

Молекули.

1. Густина не залежить від розміру краплі.

2. Об’єм краплі ~ кількості молекул.

3. Е взаємодії має певне значення.

4. Аналогічно, сили взаємодії між двома молекулами слабо залежать від наявності інших молекул.

5. Існує поверхневий натяг.

Ця модель пояснює механізм ядерних реакцій.

Не може пояснити наявність спіну та магнітного моменту ядер.

6б. Оболонкова модель.

Експерименти показують, що властивості ядер змінюються періодично, як властивості атомів в періодичній системі елементів. Наприклад, для найбільш стабільних ядер число протонів (Z) або число нейтронів (A-Z) повинно дорівнювати таким числам 2;8;20;28;50;82;126 які називають магічними. Появу цих чисел змогла пояснити Оболонкова модель, запропонована у 1949-1950 рр. американським дослідником Гепперт- Маєром і німецьким вченим Йенсеном. Вони вважають, що рух нуклонів відбувається незалежно один від одного у деякому усередненому потенціальному полі, яке утворюється всіма нуклонами. Такий підхід дозволяє замінити задачу багатьох часток – задачею однієї частки, яка рухається у самоузгодженому прямокутному полі. У якості функції потенціальної енергії використовують потенційну яму, глибиною 50еВ і розв’язують рівняння Шредінгера для руху частки в такій ямі. Розв’язок рівняння Шредінгера показує, що стаціонарні стани частки характеризуються квантовими числами n, l, m_e. Енергетичні рівні розчіплюються на підрівні через існування стабільної взаємодії. Рівні заповнюються згідно до принципу Паулі. Рівні групуються в оболонки, на яких може знаходитися лише певна кількість нуклонів. Ядра з повністю заповненими оболонками – магічні – найстійкіші. Є двічі магічні ядра і по Z і по A-Z: ; ; Са, Рb.