Мир вокруг нас - "Этэрнус" - Страница 24

Далее: Следующие изотопы, гелий-9 и гелий-10, существуют за счёт того, что содержат незаполненные участки в базовом энергетическом уровне ядра. Поэтому распад этих ядер — происходит, подобно гелию-5 и -7 — через посредство перехода одного или двух нейтронов, на более низкий энергетический уровень в ядре (тут — базовый энергоуровень), с образованием альфа-частицы в центре ядра (т. е. с образованием кора). Эта переконфигурация нуклонов — естественным образом, приводит к одному или двум лишним, несвязанным нейтронам, переходящим в базовые состояния уже путём вылета из ядра, см. рис. 52.

Рис. 52

В целом, механизм распада изотопов гелия-9 и -10 — аналогичен таковому у гелия-5 и гелия-7. Время жизни гелия-9 (8×10–21 сек) и гелия-10 (3,1×10–21 сек) — поэтому крайне похоже на времена жизни гелия-5 (7×10–22 сек) и гелия-7 (3,1×10–21 сек).

Итак, мы рассмотрели распады всех нестабильных изотопов гелия. В сумме с предыдущими главами, мы рассмотрели т. о. распады радиоактивных ядер среди первых 15-ти изотопов таблицы Менделеева. Как видно, всё может объясняться из наглядной геометрии ядер (для полного объяснения — необходимо разобрать ещё выгоду конфигураций изотопов лития-6, -7 и -8, являющихся продуктами реакций распада гелия-6 и -8; об этих ядрах, подробнее — несколько позже).

В целом, вместе с предыдущими главами, мы рассмотрели весь первый ряд таблицы Менделеева. На примере изотопов наиболее простых элементов, водорода и гелия — мы увидели причины различных свойств ядер, включая объяснения величин спинов ядер, числа изотопов у элементов, существования нейтронных гало, времён полужизни ядер (либо их стабильности), и путей распада.

Далее, можно рассмотреть и более сложные изотопы, принадлежащие уже элементам второго ряда таблицы Менделеева. Но прежде — обратимся, подробнее, к рассмотрению вопроса о природе ядерных взаимодействий (= сильных (мезонных) полей), с учётом полученных знаний о структуре ядер водорода и гелия.

Роль мезонов в ядерных взаимодействиях

На неклассическом этапе, известно, что взаимодействия нуклонов внутри ядра, осуществляются путём обмена квантами сильного (ядерного) поля — мезонами. Но как уточняется роль мезонов в связывании нуклонов с т. зр. постнеклассических представлений, и где их место в ядре (наглядно)? Рассмотрим это:

Для начала, вспомним строение мезонов — см. рис. 53. Теперь определим место, которое занимают мезоны в наглядно изображаемом ядре, например, гелии-4 (альфа-частице) — см. рис. 54. Из рис. видно, что мезоны — естественным образом, помещаются в «разломе», отделяющем протон от нейтрона, как будто этот разлом — специально создан для мезонов. (Вернее, как будет позже показано, существование этого разлома — причина существования мезонов (и сильного (т. е. ядерного) взаимодействия)).

Рис. 53

Рис. 54

Итак, теперь мезонное (= ядерное) поле — можно представить т. о. наглядно, т. е. на более глубоком уровне.

Далее: Известно, что спин пи-мезонов равен нулю. Попробуем определить спин мезонов, каким он является, по отношению к протонам и нейтронам, на рис. 55. На рис. видно, что мезоны — не развёрнуты ни вверх, ни вниз, т. е. располагаются, одновременно — и над, и под плоскостью, делящей ядро на верхнюю и нижнюю части. Т. о. спин мезонов не может быть ни положительным, ни отрицательным (в отличие от спинов нейтронов и протонов). Этому соответствует только спин 0. Итак, теперь мы можем видеть наглядно и причину нулевого спина мезонов, по отношению к положительным и отрицательным полуцелым спинам нуклонов: в дополнение к объяснению спина 0 через взаимопротивоположные спины кварка и антикварка в мезоне, спин 0 объясняется самой ориентацией мезона в ядре (рис. 55).

Рис. 55

Дальнейшее рассмотрение ядерных полей — пока отложим.

Строение ядер изотопов второго ряда таблицы Менделеева

Помимо повторения закономерностей, выясненных ранее — у некоторых изотопов элементов второго ряда таблицы Менделеева, возникают свойства, не встречавшиеся у изотопов водорода и гелия (например, наличие гало-протонов). В целом, рассмотрение устройства ядер второго ряда таблицы Менделеева — позволит лучше убедиться в действии как выясненных закономерностей, так и дополнить их новыми (или, вернее, теми же, но применёнными к более тяжёлым ядрам).

Сложность в построении (вернее, определении конфигураций) ядер элементов второго ряда таблицы Менделеева, и всех более тяжёлых ядер — заключается, прежде всего, в необходимости соединять большее число нуклонов, что даёт множество конфигураций, из которых нужно выбирать правильную (вернее, основное, = невозбуждённое состояние ядра, являющееся наиболее выгодной из этих конфигураций), что требует учёта всех правил, и внимательности.

Конечно, мы не будем тут рассматривать абсолютно каждый изотоп у каждого из элементов второго ряда таблицы Менделеева, т. к. общее число этих изотопов — составляет более сотни. Все изотопы — строятся по аналогии, и так или иначе, с использованием рассмотренных ранее, правил. Мы рассмотрим лишь наиболее показательные и важные, для понимания строения ядер, изотопы во втором ряду таблицы Менделеева, в т. ч. изотопы (ядра) с различными новыми свойствами.

Однако изотопы первого элемента второго ряда таблицы Менделеева, лития — пожалуй, стоит рассмотреть все (их всего 10 (т. е. на 2 больше, чем у гелия, и на 3 больше, чем у водорода)). Вместе со строением ядер, мы будем, одновременно, объяснять и особенности радиоактивных распадов этих ядер, причины имеющихся времён полужизни (либо стабильности), и других их свойств.

Строение ядер изотопов лития

Первый элемент, следующий после водорода и гелия — литий, см. табл. 3. Изотопы лития, по сравнению с изотопами водорода и гелия — это уже более сложные ядра, т. к. с них начинается второй ряд таблицы Менделеева, и на их примере — можно говорить о рассмотрении и более тяжёлых ядер. Изотопы лития (так же как и изотопы всех более тяжёлых элементов) — подразделяются на три группы:

1) протоноизбыточные ядра (для лития — это литий-4 и литий-5, распадающиеся с вылетом протонов);

2) стабильные изотопы (литий-6 и литий-7);

3) нейтроноизбыточные ядра (изотопы от лития-8 до лития-13, распадающиеся путём b– распада или/и с вылетом нейтрона(ов), см. табл. 4).

Таблица 3

1-й и 2-й ряды таблицы Менделеева

Таблица 4 [8]

Изотопы лития

Примечание: m, n — ядерные изомеры

Итак, начнём с рассмотрения легчайшего изотопа лития — лития-4. Это — нестабильный (протоноизбыточный) изотоп, спин которого равен 2. Его строение, объясняющее это значение спина — показано на рис. 56. Видно, что все нуклоны в этом ядре — находятся по одну сторону от плоскости, делившей ядра водорода и гелия на верхнюю и нижнюю части. Также видно, что два протона в ядре лития-4 — находятся на более высоком энергетическом уровне, в то время как место для протона на базовом энергоуровне — пустует. Причина выгоды именно такой конфигурации — заключается в том, что (боковые) протоны — тянут кварковую плотность нейтрона частично в одну сторону, по отношению к (базовому) протону, в отличие от конфигураций, представленных (в сравнении с данной), на рис. 57.