Мир вокруг нас - "Этэрнус" - Страница 26

Первый нестабильный, нейтронизбыточный изотоп лития, литий-8 (уже упоминавшийся ранее) — имеет спин 2, и устроен, как показано на рис. 63. Выгоду образования именно такой конфигурации — можно усмотреть в наличии тринейтрона (выгода которого — аналогична уже рассматривавшейся на примере водорода-6). Кроме того, в пользу наличия тринейтрона в литии-8, свидетельствует то, что ядра предыдущих элементов, содержащие тринейтрон — образуют закономерный ряд, ведущий к литию-8, это: водород-6 — гелий-7 — литий-8.

Рис. 63

При этом, добавление двух протонов, при переходе от водорода-6 к гелию-7, и далее — к литию-8, значительно увеличивает связь нейтронов в ядре. Поэтому литий-8 — не может распасться с вылетом трёх нейтронов, как водород-6, или одного нейтрона, как гелий-7. Нейтрон в литии-8 может претерпеть только b– распад, что является относительно медленным процессом. Поэтому время жизни этого ядра возрастает на порядки (839,4 мс), по сравнению с водородом-6 (2,9×10–22 сек) и гелием-7 (3,1×10–21 сек). (Подобное большое различие во временах жизни — ранее было видно на примере сравнения изотопа водорода-5 (>9,1×10–22 сек), с гелием-6 (806,9 мс): там тоже скачок во времени жизни был обусловлен добавленным протоном, увеличивающим энергию связи нейтронов настолько, что она становится превышающей выгоду от перехода нейтрона в свободное состояние).

В литии-8, отсутствие нейтрона на базовом энергоуровне — впервые становится стабильным, т. е. переход нейтрона из более высокого энергоуровня невыгоден (т. к. разрушает выгоду от тринейтрона, при этом, не приводя к вылету нуклона (нейтрона)). Однако, как уже говорилось, это не запрещает одному из нейтронов претерпевать b– распад, поэтому литий 8 в целом оказывается нестабильным.

Ещё одна выгода представленной конфигурации лития-8 — в том, что протон связан с двумя нейтронами сверху — в структуру, аналогичную ядру трития, и сила связи нуклонов в этом кластере трития — высока, как и в обычном тритии (хотя для этого, протон и вынужден находиться тут в более высоком энергетическом положении (см. на рис. 63)).

Далее — идёт литий-9, имеющий спин 3/2, и время полужизни 178,3 мс, что очень близко к времени полураспада лития-8 (839,4 мс). Вероятная структура лития-9 — так же может быть близка к литию-8, см. рис. 64. В этой структуре — сохранён механизм водорода-6, что делает её схожей с литием-8, но ценой расположения добавляемого нейтрона не на базовом, а на более высоком энергоуровне.

Рис. 64

Распад лития-9 идёт путём распада одного из нейтронов (b– распад, аналогично распаду лития-8). Но в 50,8% случаев, при распаде лития-9, дополнительно вылетает нейтрон, что объясняется возможностью передачи части энергии распада — нуклону (нейтрону), связанному относительно слабо, и находящемуся на более высоком энергетическом уровне (в литии-9 — это, очевидно, нейтрон, добавленный последним). Его относительно слабая связь, и расположение на высоком энергоуровне — повышают выгоду (возможность) его перехода в базовое состояние вне ядра (т. е. вероятность вылета нейтрона), в процессе распада ядра. Но ход этому — может дать только b– распад (другого) нейтрона.

Далее, мы подошли к литию-10 — изотопу, имеющему два изомера (с явлением изомерии мы встречаемся впервые). Изомер — это возбуждённая конфигурация ядра, переход из которой в основное состояние, по тем или иным причинам, затруднён (что приводит к повышенному времени жизни). Обычно, конфигурация изомера — весьма выгодна, и переход из неё в основное состояние — происходит через ряд менее выгодных состояний. Поэтому ядро может задерживаться в такой возбуждённой конфигурации, которая и называется изомером.

Изомеры некоторых ядер — могут существовать минуты, и даже годы (в т. ч. иногда дольше основного состояния) [8]. В случае лития-10, имеющего период полужизни всего 2,0×10–21 сек, время жизни его (предполагаемых, из наблюдений) ядерных изомеров — 3,7×10–21 сек и 1,35×10–21 сек, невелико, но всё же выше времени существования основного состояния (для второго изомера — хотя бы в пределах погрешности измерений [8]), поэтому данные возбуждённые состояния лития-10 — рассматриваются как изомеры.

Вероятная конфигурация ядра лития-10 в основном состоянии (со спином 1), и конфигурация, претендующая на роль его наиболее долгоживущего (явного) изомера (также со спином 1), — показаны на рис. 65. В конфигурации основного состояния на рис., нейтроны располагаются на ещё более высоком энергоуровне, чем когда-либо прежде; при этом, один из нейтронов на этом энергоуровне, будет иметь положительный спин, несмотря на свою перевёрнутость (причины этого — ещё будут рассмотрены, позже).

Рис. 65

Далее: Причиной распада ядра лития-10 (в предполагаемом основном состоянии, со спином 1) — служит переход одного из высокоэнергетичных нейтронов, на более низкий, свободный энергоуровень, в результате чего, соседний нейтрон обретает возможность перейти на базовый энергоуровень вне ядра (ранее он не имел такой возможности, т. к. образовалась бы дырка в ядре), см. рис. 66. Вылетая, нейтрон — уносит с собой лишнюю энергию (ранее затраченную на образование ядра лития-10 (синтез этого ядра — требует поглощения энергии)). То, что литий-10 распадается через вылет нейтрона, а не посредством b– распада, и имеет крайне малое время жизни — объясняется представленной структурой ядра — наличием свободного энергоуровня (с отсутствием кластера трития), в отличие от ядер лития-8, -9 и -11 (о последнем — далее), распадающихся путём b– распада (см. табл. 4).

Рис. 66

Следующий изотоп, литий-11 — имеет гало из двух нейтронов, из-за наличия которого, радиус этого ядра — оказывается столь велик, что сравним с таковым для ядра изотопа гораздо более тяжёлого элемента, свинца-208 [15], т. е. изотопа 82-го элемента таблицы Менделеева.

Наличие двух гало-нейтронов, и b– распад лития-11, позволяют требовать от структуры ядра лития-11, чтобы как минимум, два нейтрона в нём — были развёрнутыми наружу, а энергоуровень, бывший свободным в литии-10 — был занят. Этому как раз соответствует структура ядра, представленная на рис. 67. (В подтверждение такой конфигурации ядра лития-11, можно привести и в целом аналогичную структуру аналогичного изотопа следующего элемента, бериллия-14, имеющего четыре гало-нейтрона [16], см. рис. 68).

Рис. 67

Рис. 68

Как и в литии-10, в ядрах лития-11 и бериллия-14, имеется более высокий энергетический уровень, на котором, у последних — расположились гало-нейтроны. Спины нуклонов на этом энергоуровне, как уже говорилось, могут иметь особенности. Чтобы разобраться в них, представим, забегая вперёд, изотоп углерода-8, см. рис. 69. В этом ядре, три протона имеют положительный спин, а три — отрицательный. Теперь возьмём литий-11, и заменим гало-нейтроны на протоны в этом же положении, и попробуем предположить их спин, см. рис. 70. Как показано на рис., из аналогии с углеродом-8, т. к. три протона — имеют положительный спин, то четвёртый протон — может определяться уже как имеющий отрицательный спин (на рис., он и выглядит перевёрнутым). Теперь вернём, на место протонов, гало-нейтроны, и т. о. увидим, что эти нейтроны, находящиеся на том же энергоуровне, что протоны — тоже могут иметь взаимно противоположные спины. Если эти положения верны, то спин лития-11, равный 3/2 — т. о. легко объясняется.