Мир вокруг нас - "Этэрнус" - Страница 25

Рис. 56

Рис. 57. Обычная, и примеры неправильных конфигураций лития-4, вид сбоку (схематично)

Вообще, стоит обратить внимание, что литий-4 может существовать — только как такая, как бы возбуждённая конфигурация, т. е. с отсутствием протона в базовом положении. Построить конфигурацию лития-4, которая была бы сколь-нибудь выгодна нуклонам — можно только одну, и именно она имеет спин 2. Все другие конфигурации — имеют меньший спин (в них, как уже было показано, протоны тянут кварковую плотность нейтрона в противоположные стороны, и не могут т. о. образовать ядер, как (в той или иной степени) выгодных объединений нуклонов).

Нейтрон, в правильной конфигурации лития-4 — находится как бы в центре ядра. А сама выгода этого ядра — не только в притяжении нейтрона протонами, но и в утяжелении нейтрона боковыми протонами, что снижает квантовую неопределённость положения нейтрона, увеличивая его связанность с базовым протоном.

Литий-4 — распадается из-за перехода одного из боковых протонов на более низкий (базовый) энергетический уровень, который тут свободен. При этом, второй боковой протон — становится излишним (т. к. тянет кварковую плотность противоположно появившемуся нижнему протону), и поэтому вылетает (тоже переходя в базовое положение, но вне ядра), см. рис. 58.

Рис. 58

Т. к. в целом, распад лития-4 осуществляется за счёт перехода протонов между энергоуровнями (а не через распад нуклона, например), то реакция идёт за характерное время жизни подобных ядер (изотопов), или т. н. несвязанных атомных ядер (= состояний, распадающихся посредством испускания нуклонов (протонов или нейтронов)), поэтому время полураспада лития-4 — всего 91×10–24 сек.

Далее, переходим к строению ядра изотопа лития-5, конфигурация которого очень близка к литию-4, а спин равен 3/2, см. рис. 59. Механизм распада этого ядра — точно такой же, как у лития-4, поэтому и время жизни — почти такое же, хотя и чуть большее: 370×10–24 сек. То, что время жизни лития-5 — чуть больше, чем у лития-4 — объясняется тем, что боковые протоны менее охотно покидают своё положение, т. к. там они притягивают ещё и нижний нейтрон (см. на рис. 59), которого не было у лития-4. Причём тянут они его в одинаковую сторону, при этом увеличивая связь этого нейтрона и с базовым протоном.

Рис. 59

В построении конфигураций лития-4 и -5 — ярко проявлено правило замыкания максимальной области пространства (определявшее, в частности, распад трития до гелия-3): расположение граней нуклонов тут таково, что они пытаются приблизить форму ядра к шару, или красивому кристаллу. Вообще, ядра, геометрически — похожи на кристаллы, что служит, в некотором роде, отражением кристаллического (= упорядоченного) строения среды вакуума. Варианты конфигураций изотопов, не отвечающие этому правилу, и не имеющие иных (более значимых) выгод — не реализуются / реализуются лишь как возбуждённые состояния, см. примеры на рис. 60.

Рис. 60

Также стоит обратить внимание, что распад ядра — инициируется движением нуклонов, т. е. что нуклоны в ядре — не являются застывшими, но подвергаются (как минимум, «виртуальным») движениям. Сейчас мы видим ядра как кристаллы, но это — и динамичные образования (обладающие волновой природой).

Но продолжим рассмотрение изотопов лития:

Устройство стабильных изотопов лития — лития-6 и лития-7 (уже упоминавшихся ранее) — см. на рис. 61. В данных ядрах, верхний боковой протон — тянет один или два нижних нейтрона к себе, одновременно увеличивая их связь с остальными (базовыми) протонами ядра. Это оказывается выгодно для всего ядра. Поэтому нижние нейтроны в данных конфигурациях — стабилизируются (даже распад этих нейтронов — оказывается невыгодным, а связь — достаточно крепка, так что они уже не являются гало-нейтронами).

Рис. 61

Можно взглянуть на эти ядра и так: литий-6 — как бы состоит из альфа-частицы (в центре), в соединении с ядром дейтерия, но расколовшимся на верхний протон и нижний нейтрон, слившись т. о. с альфа-частицей в единое ядро. Сумма смещений кварковой плотности в образовавшемся ядре — делает силу связи нуклонов в нём более высокой, чем просто сумма связей нуклонов в альфа частице и дейтерии по отдельности, см. рис. 62. Т. о. образование ядра лития-6 — выгоднее, чем существование альфа-частицы и ядра дейтерия отдельно друг от друга.

Рис. 62

Литий-6, в отличие от лития-7 — имеет место для ещё одного (бокового) нейтрона, чем объясняется (на несколько порядков) более высокая, по сравнению с литием-7, способность этого изотопа поглощать (тепловые) нейтроны [14]. Литий-7 — представляет синтез в едином ядре — альфа-частицы и ядра трития, хотя тритий — также разделился на два нейтрона и протон, расположившиеся по разные стороны от плоскости симметрии ядра (см. рис. 61).

Обратим, ещё раз, внимание, что нейтроны, в том же положении, что и в литии-6 и -7 (нижние боковые нейтроны), в водороде-5 и -7 — могли улететь (распад с вылетом нейтронов), а в гелии-6 и -8 — были связаны сильнее, но могли распасться (b– распад). В литии-6 и -7 же, нейтроны в этих положениях — связаны настолько сильно, что даже их распад, как уже отмечалось — становится запрещённым (невыгодным). На этом примере — наглядно виден быстрый рост силы связи нейтронов в ядре, с увеличением числа протонов (аналогично — и для случая протонов (вылетающих при распаде лития-4 и -5, но связанных в литии-6 и далее)).

Рост связи нуклонов в целом (и протонов, и нейтронов) — у последующих ядер элементов, постепенно становится более медленным, а после ядра (изотопа) никеля-62 (элемент 4-го ряда таблицы Менделеева, о котором — позже), сила связи нуклонов — постепенно снижается. Поэтому образование элементов более тяжёлых, чем никель, как известно — не даёт энергии, а наоборот, поглощает энергию. До никеля же — т. к. энергия связи нуклонов в ядре растёт с увеличением числа нуклонов, реакции идут с выделением энергии. Причём наибольшее выделение энергии (в расчёте на нуклон) даёт как раз образование ядер элементов в самом начале таблицы Менделеева (в особенности, как уже говорилось, изотопа 4He).

Далее: В структуре обоих стабильных ядер, лития-6 и лития-7 — виден кор, в виде альфа-частицы, а значит, нижний энергоуровень (т. н. базовый, или нулевой) — тут заполнен, в отличие от ядер лития-4 и -5, не имевших кора (что впрочем, давало им некоторую выгоду). Спин ядра лития-6 (1) и лития-7 (3/2) — наглядно виден из уже рассмотренных конфигураций этих ядер (рис. 61).

Далее: После стабильных изотопов лития-6 и -7 — начинаются нестабильные, нейтроноизбыточные изотопы, среди которых мы в т. ч. впервые встретим и разберём такое состояние ядра как: ядерные изомеры (имеющиеся у изотопа литий-10). Но обо всём по порядку: