Свойства атомного ядра

Ядерные силы между нуклонами лёгкого ядра, например, гелия формируются за счёт уменьшения гравитационных сил составляющих его нуклонов — нейтронов и протонов. Об этом прямо свидетельствует возникновение дефекта масс при ядерном синтезе лёгких ядер. Сущность этого явления заключается в том, что масса ядра гелия оказывается меньше суммы масс составляющих его нуклонов. Это обстоятельство уже само по себе приводит нас к необходимости признания гравитационного характера ядерных взаимодействий. А выше был получен формально подтверждающий это результат: энергия гравитационной связи (3.3) в планетарной системе проявляет себя как сильное взаимодействие (рис. 3.5), распространяющееся на короткие расстояния подобно ядерным взаимодействиям.

Полагаем далее, что отрицательная ветвь функции (3.3) описывает характер изменения энергии связи материальных объектов, испытывающих взаимное притяжение: гравитационные массы, взаимодействие электрона с ядром в атоме. Тогда положительная её ветвь представляет энергию связи объектов, испытывающих взаимное отталкивание, например, взаимодействие протонов в ядре или при столкновении в ускорителе заряженных частиц. На рис. 5.1 эта функция построена для трёх численных значений параметра iL/mcr_g.

Рис. 5.1. Зависимость iU(ir) для трёх значений параметра iL/mcr_g

Обратимся к конкретному примеру. Для нуклонов в ядре, как известно, энергия связи не превышает одного процента от их внутренней энергии (для протона m_pc² = 938,3 МэВ) и составляет в среднем 7…8 МэВ на один нуклон. На рис. 5.1 такому значению потенциального барьера отвечает средняя кривая для момента импульса iL/mcr_g @ 2,0. Гравитационный радиус ядра атома гелия составляет величину r_g @ 10 ^–51 см, а радиус орбиты нуклонов в ядре — 2,0·10^–13 см. Подставляя эти данные в соотношение 2mcr_g = miur для средней кривой рис. 5.1, получаем следующие значения параметров движения нуклонов в ядре: скорость вращения iu @ 3·10^–28 см/сек, частота вращения — один оборот за 1,3·10⁸ лет.

Таким образом, ядро атома гелия (a-частица) представляет собой практически невращающуюся пространственную структуру, которая характеризуется сравнительно слабым гравитационным взаимодействием нуклонов между собой. При этом, как будет показано далее, невозбуждённому состоянию ядра отвечают радиальные колебания нуклонов вдоль пересекающихся прямых линий, возбуждённому — колебания с угловым отклонением (по гиперболе).

Нижняя кривая на рис. 5.1 отвечает нулевому значению параметра iL /mcr_g, при котором нуклоны в ядре не вращаются, а ядро не имеет чётких границ. Покажем, что такая характеристика пригодна для описания самопроизвольного (радиоактивного) распада тяжёлых ядер (a-распада), поскольку прямо ведёт к формулировке известного закона радиоактивного распада.

Рис. 5.2. Экспоненциальный закон радиоактивного распада тяжёлых ядер

На рис. 5.2 слева указанная характеристика перестроена в зависимость кинетической энергии ½mu² колебаний нуклона от его положения в ядре. Максимальному значению ½mc² отвечает положение нуклона на расстоянии r_g от центра ядра, при удалении от этого центра энергия колебаний уменьшается. Мы получили, таким образом, закон распределения нуклонов в объёме ядра по энергиям колебаний, который математически может быть представлен экспонентой.

Очевидно, что указанный закон справедлив и в отношении суммарной энергии колебаний совокупности N₀ ядер вещества. Поделив далее указанную энергию на среднюю энергию колебаний одного нуклона и имея в виду, что в условиях единства пространства-времени движение в пространстве может быть заменено движением во времени, приходим к закону радиоактивного распада
N = N₀exp(–l t),
графически изображённому на рис. 5.2 справа; здесь l — постоянная, характеризующая скорость распада, τ — период полураспада. Он полностью совпадает по форме с известным статистическим законом радиоактивности, но в отличие от последнего является чисто физическим по содержанию.

Экспоненциальная зависимость iU(ir) при iL = 0 характерна и для частиц, испытывающих взаимное притяжение (см. верхнюю кривую на рис. 3.5). Это обстоятельство может служить теоретическим обоснованием b-распада, в частности, распада нейтрона на протон, электрон и антинейтрино.

Характер представленных на рис. 5.1 зависимостей iU(ir), по-видимому, объясняет причины полувековых неудач в решении проблемы практического освоения энергии реакций термоядерного синтеза. Последний предполагает доведение лёгкого ядерного вещества (дейтерий) до столь высоких температур и энергии нуклонов, при которых они способны преодолеть потенциальный барьер взаимного отталкивания протонов (рис. 5.1 верхняя кривая) и слиться с образованием более тяжёлых ядер (гелий) и выделением энергии. Между тем, как мы видели, возникновение потенциального барьера и есть результат повышения энергии нуклонов: чем выше энергия частицы, тем больше потенциальный барьер, противодействующий слиянию нуклонов. Поэтому кардинальное решение энергетической проблемы нам видится не в ТОКАМАКАХ, а в области холодного ядерного синтеза легких элементов: при низких значениях энергии нуклонов (нижняя кривая на рис. 5.1) и высоких плотностях исходного ядерного вещества.

НАЗАД < > ВПЕРЁД

[Главная][Презентация][Очерки][Статьи][Брошюра][Изобретения][Мой архив]

новостройки балашиха

Хостинг от uCoz