Мир вокруг нас - "Этэрнус" - Страница 27

Рис. 69

Рис. 70

Рассмотрим каналы распада лития-11 (табл. 4). Как видно из табл., литий-11 претерпевает b– распад, что говорит о достаточной связи (выгоде) всех нейтронов в ядре, и занятости более низких энергоуровней (кроме свободного положения в базовом энергоуровне, необходимого для механизма водорода-6), что как раз соответствует уже рассмотренной структуре лития-11 (рис. 67). В 86,3% случаев, b– распад сопровождается вылетом нейтрона, что так же легко объяснимо этой структурой, т. к. она схожа с литием-9, в котором преобладает такой же канал распада.

Как и в литии-9, в литии-11 возможен и чистый b– распад, без дополнительного вылета нейтронов (что также может объясняться сходством структур).

Наличие двух дополнительных нейтронов в литии-11, с учётом их весьма слабой связи (гало-нейтроны) — добавляет возможность ещё нескольких, хотя и редких, путей b– распада — с эмиссией двух нейтронов (4,1%), и трёх нейтронов (1,9%).

Ещё более редкие пути распада (с вылетом ядра дейтерия, и т. п. (табл. 4)) — опускаем.

Далее — следует малоизученный изотоп литий-12 (о времени жизни этого изотопа известно лишь, что оно меньше 10 нс), распадающийся через вылет нейтрона. Вероятная структура этого ядра — показана на рис. 71. Возможность этой структуры, т. е. связанность нейтронов в ней — подтверждается существованием изотопа бериллия-16 (последний изотоп бериллия, имеющий время полужизни 6,5×10–22 сек, и распадающийся путём вылета двух нейтронов) [8], структура которого — представляется аналогичной, см. рис. 72. Очевидно, что распад лития-12 и бериллия-16, исходя из представленных конфигураций — должен быть аналогичен, по механизму, распаду лития-10, что объясняет известный / наблюдаемый вылет одного / двух нейтронов.

Рис. 71

Рис. 72

Далее: Литий-13 — последний изотоп лития. Как и литий-12 — он малоизучен (спин этого ядра — напрямую неизвестен). Структуру ядра лития-13 (возможное основное состояние), можно получить, добавив нейтрон в вакантное место, имеющееся в литии-12 (и бывшее заполненным в ядре гелия-10 и изомере лития-10), см. рис. 73. Как видно, все, наиболее низкие и выгодные места для нейтронов, в этом ядре — заполнены, и добавлять нейтроны, в общем, больше некуда, поэтому неудивительно, что пока — это последний известный изотоп лития.

Рис. 73

Итак, мы рассмотрели структуру и объяснения свойств ядер всех 10 изотопов элемента лития. Вместе с ядрами водорода и гелия, мы т. о. прошлись по 25 первым изотопам таблицы Менделеева, с т. зр. их наглядного внутреннего строения, объясняющего их различные свойства. Это — уже много значит, для дальнейшего построения ядер более тяжёлых элементов по аналогии (по выявленным правилам (закономерностям), но применяемым к новым и сложным ядрам).

На примере первых 25 изотопов таблицы Менделеева, мы рассмотрели причины различий величин спинов ядер, их времён полужизни, числа изотопов у элементов, причины различных каналов распада и их соотношения, наличия ядерных изомеров и гало-нейтронов. Упрощая, можно сказать, что мы рассмотрели примерно половину, из числа того основного, что требуется для представления о ядерном уровне вещества. Но идём далее:

Строение протонизбыточных изотопов второго ряда таблицы Менделеева

В данной главе, мы рассмотрим строение самых первых изотопов у каждого из элементов второго ряда таблицы Менделеева. Нам предстоит выяснить, почему изотопы этих элементов (от лития до неона, см. табл. 3) — начинаются именно с тех протонизбыточных изотопов, с которых начинаются, например, почему первый изотоп углерода — углерод-8, и почему нет углерода-7, и т. п. На постнеклассическом этапе, всё это — можно увидеть из наглядной геометрии, т. е. непосредственно, в отличие от неклассической ненаглядности объектов микромира. Итак, начнём:

Мы уже рассматривали строение протонизбыточных изотопов лития (лития-4 и -5), и объясняли их свойства, в т. ч. распады, поэтому переходим сразу же к первому известному протонизбыточному изотопу следующего элемента — бериллию-6, свойства которого — представлены в табл. 5. Внутреннее устройство ядра бериллия-6 — показано на рис. 74. На рис. видно, что боковые протоны в бериллии-6 — располагаются по разные стороны от плоскости симметрии ядра (суммарный спин ядра — 0), и т. о. способны уравновешивать смещение кварковой плотности, производимое друг другом (напомним, что (кварковая) плотность тут — лишь условное понятие, применяющееся из соображений удобства, а не реальная плотность, т. к. элементарные частицы — бесплотны).

Таблица 5 [8]

Протоноизбыточные изотопы бериллия

Рис. 74

Представим, что было бы, если бы боковые протоны расположились по одну сторону ядра (спин 1), как на рис. 75. Как видно на рис., в этом случае, боковые протоны тянули бы кварковую плотность нижнего нейтрона — в противоположную сторону от нижнего базового протона. Т. о. они уменьшали бы связь базовых нейтрона и протона, что невыгодно. В случае же симметричного расположения, боковые протоны уравновешивают смещение кварковой плотности, и уже поэтому выгодна именно конфигурация со спином 0 (на рис. 74).

Рис. 75

Распад бериллия 6 с вылетом двух протонов — есть результат перехода боковых протонов на базовый энергоуровень вне ядра (т. к. внутри ядра, все базовые положения уже заняты). Можно представить, что вылет именно двух протонов (в отличие от распада лития-4 и -5, где испускался только один протон) — имеет причиной невыгодность образования, в промежуточной стадии, конфигурации лития-5, показанной на рис. 76. В этой конфигурации, боковой протон уменьшает связь нижнего нейтрона с нижним (базовым) протоном. А именно такая (невыгодная) конфигурация начинает образовываться, как только один из боковых протонов собирается покинуть ядро бериллия-6. Поэтому, чтобы избежать этой невыгодной конфигурации, второй боковой протон — должен вылетать вместе с первым (одновременно), что объясняет канал распада бериллия 6, через вылет двух протонов (табл. 5).

Рис. 76

Структура следующего протонизбыточного изотопа, бериллия-7, имеющего спин 3/2 — показана на рис. 77. Этот изотоп — почти стабилен, и как видно, является аналогом лития-7 (если поменять протоны на нейтроны, в боковом положении). Подобные ядра разных элементов, имеющие одинаковое число нуклонов, а число нейтронов — равным числу протонов у другого изотопа, и наоборот — называют зеркальными ядрами; свойства таких ядер — оказываются схожи (особенно, спектры возбуждённых состояний, а также спины и времена жизни): Так, бериллий-7, как и литий-7 — имеет спин 3/2. По времени жизни, бериллий-7 (53,22 сут.) — также не очень далёк от лития-7 (стабильного изотопа), причём на самом деле, стабильность бериллия-7 — ещё ближе к литию-7, по следующей причине: бериллий-7 — претерпевает распад путём электронного захвата (протон, захватывая электрон из электронной оболочки атома, превращается в нейтрон, испуская нейтрино). Электронный захват — претерпевают ядра, не способные к вылету протона или b+ распаду (о последнем — позже), т. е. почти стабильные ядра. В случае бериллия-7, период полужизни — не очень высок (53,22 суток), но в отсутствие электронной оболочки (в состоянии иона), это ядро было бы полностью стабильным [17] (т. е. аналогичным зеркальному изотопу, литию-7).