4. . Ядролық потенциал

Алдымен Кулон потенциалы дегеніміз не? Оны анықтау үшін электр өрісінің кернеулігін ескереміз

, (1.9)

мұндағы - электр зарядты қос бөлшектің әсерлесу потенциалы немесе екі заряд арасындағы кулондық әрекеттесу күші:

(1.10)

деп жазылады. Оны электр өрісінің кернеулігімен жазатын болсақ:

. (1.11)

Зарядтың таңбасына байланысты тебілу және тартылу потенциалы болып екіге бөлінеді. Бұл потенциал фотон пропагаторының релятивистік емес шегінде анықталады. Ядролық потенциалды анықтау үшін π-мезонның пропагаторынан релятивистік емес шекке көшу керек. Осындай әдіспен 1936 жылы ең алғаш Юкава анықтағандықтан, ол Юкава потенциалы деп аталады және:

(1.12)

деп жазылады. Мұндағы -мезонның массасы. 1948 жылы мезонның бар екендігі тәжірибе жүзінде анықталды. Бұл потенциалдың әсерлесу радиусы өте қысқа екеніне көз жеткізу үшін r=1 болғанда потенциалдың мәні есе азаяды немесе нөлге тең болады. Сондықтан бұл потенциал ядролық күштің барлық қасиеттерін қанағаттандырады.

Нуклондарды ядроның ішінде ұстап тұратын күшті ядролық күш деп атаймыз. Оның қасиеттері ядролық потенциалдан анықталады. Ядролық күштің әсер ету радиусы өте қысқа және келесі қасиеттерге ие:

1. Әсерлесуді қанағаттандырып тұратын квант - мезон. Әсер ету радиусы -мезон массасына кері пропорционал ;

2. Ядролық күштің шамасы электр зарядына тәуелсіз. Сондықтан ядроның ішіндегі протондар мен нейтрондар бірдей күйде болады;

3. Ядролық күштің әсер ету радиусы өте қысқа болғандықтан, ол өзінен ұзақ қашықтықтағы нуклондарды ұстап тұра алмайды. Демек, ядролық күш қанығады:

а) Табиғатта шексіз көп нуклоннан тұратын жүйе жоқ;

б) Өте ауыр элементтер уран, плутон және т.б. элементтер радиоактивті болады. Олар өздігінен ыдырайды. Табиғаттағы ыдырау ядролық күштің дәлелі болады;

4. Ядроның интенсивтілігі өте үлкен. Табиғаттағы ең күшті күш осы, сондықтан оны күшті әсерлесу деп атайды.

Кванттық өріс теориясы аясында осы потенциалдар қалай анықталатындығына келесі бөлімдерде кеңінен тоқталатын боламыз.

Бақылау сұрақтары:

1. Кулон потенциалы дегеніміз не?

2. Юкава потенциалы неге тең?

3. Ядролық потенциал қалай анықталады?

4. Ядролық күш дегеніміз қандай күш?

5. Ядролық күштің қандай қасиеттері бар?

5. . Ядроның орташа радиусы және моменті

Ядро күйі оның құрамындағы элементар бөлшектердің немесе нуклонның күйімен анықталады. Онда: негізгі және қоздырылған екі күй болады. Егер элементар бөлшек немесе нуклон негізгі күйде болса, оны стационар күй деп атайды. Стационар күй әртүрлі кванттық сандармен (орбиталдық, магниттік және т.б.) анықталады. Байланыс күйдің – энергиясы, – импульсі, –толық магнит моменті, кванттық саны бөлшектің қай орбиталда тұрғанын анықтайды. Біз ядроны кванттық жүйе деп қарастырамыз. Егер ядро А - нуклоннан тұратын болса және оның пішінін сфералы деп қарастырсақ, онда көлемі: деп анықталады.

Ядроның көлемі оның құрамындағы нуклондардың санына пропорционал болады. Немесе көп нуклоннан тұратын ядро көлемі үшін:

(1.13)

деген теңдік орындалады. Осы тұжырымды ескере отырып, ядроның орташа радиусын:

(1.14)

деп анықтаймыз. Мұндағы – пропорционалдық коэффициент, ол тек ядроның өзіндік қасиеттеріне байланысты. мәні тәжірибе жүзінде анықталған .

Шын мәнінде, ядро сферадан ауытқиды, ол жерде қосымша эффект немесе дипольдік, квадрупольдік және октупольдік моменттер болады. – ядроның толық моменті, ол екі моменттің векторлық қосындысына:

. (1.15)

тең, мұнда – орбиталдық момент, – спиндік момент немесе ядроның толық спині

.

Ядро протон мен нейтроннан тұратыны белгілі, сондықтан ядроның толық магнит моменті протонмен нейтронның магнит моментінің векторлық қосындысына тең. 1-кестеде кейбір ядролардың спині және магниттік моментінің мәндері келтірілді.

1-кесте. Кейбір тұрақты ядролардың спині және магнит моменттері.

		2,79 −1, 91 0,86 -2,1 3,6

Мұндағы – ядро және Бор магнитондары. Егер электр заряды нөлге тең болса, онда бұл бөлшек электрмагтиттік әсерлесуге түспейді деген сөз, яғни магнит моменті жоқ. Ал тәжірибеде анықталған нейтронның магнит моменті нөлге тең емес: .

Бақылау сұрақтары:

1. Ядро күйі қалай анықталады?

2. Стационар күй деген қандай күй?

3. Ядроның орташа радиусы неге тең?

4. Ядроның толық моменті неге тең?

5. Протонның және нейтронның магнит моменттері неге тең?