Фізичні моделі ядра

Існують різні моделі ядра, які описують ті чи інші його властивості. Серед них виділяються дві: крапельна та оболонкова моделі.

Крапельна модель. Одною з перших моделей ядра була крапельна модель.Вона віддзеркалює подібність насичення ядерних сил у ядрі й сил тяжіння між молекулами в краплі рідини, при сталій густині речовини. На основі крапельної моделі одержана формула (формула Вайцзекера), для визначення енергії зв'язку між нуклонам у важких ядрах, що знаходяться у основному стані,

,

де для парно-парних ядер (ядра містять парне число протонів і парне число нейтронів) і для непарно-непарних ядер. Крапельна модель справджується для ядер із великими масовими числами, але вона не враховує спінових характеристик взаємодії.

Крапельна модель ядра застосовується у поясненні розпаду складового проміжного (компаунд) ядра ядерної реакції, коли надлишкова енергія у результаті випадкової флуктуації сконцентрується на одній з частинок і вона при цьому може покинути ядро. Цей процес схожий на процес випаровування молекул рідини при низьких температурах. Крапельна модель досить успішно пояснює стійкість основних станів ядер по відношенню до спонтанного ділення.

Оболонкова модель. Серед хімічних елементів виділяються атоми інертних газів, властивості яких пояснюються заповненістю зовнішних електронних оболонок. Серед ядер існують ядра з певними числами протонів і нейтронів, які різко виділяються за енергією зв¢язку.

Цей факт спонукав зробити припущення, що ядра, як і атоми, мають оболонкову структуру енергій нуклонів. Особливо високу стабільність мають ядра, у яких число протонів і нейтронів співпадають з одним із так званих магічних чисел (2, 8, 20, 50, 82, 126, 152). Ці ядра мають такі особливості

· вони мають максимуми енергії зв¢язку;

· найбільш поширені у природі;

· мають малу імовірність захвату нейтронів;

· мають сферичну симетрію;

· при поділі ядра урану утворюються два осколки з великою ймовірністю, що один із них має 50, а інший – 82 нейтрони.

Існують ядра з двічі магічними числами - ядра, в яких число протонів і число нейтронів є магічним: , , , , .

Ці експериментальні дані дозволяють припустити, що магічні числа протонів та нейтронів утворюють особливо стійкі замкнені оболонки.

Аналогічно, як для атома, для ядра вводиться поняття енергетичної оболонки з головним квантовим числом та підоболонки з орбітальними та магнітними квантовими числами. Оболонки заповнюються нуклонами згідно принципу Паулі. Найбільш стійкими є ядра з повністю заповненими оболонками. В оболонковій моделі достатньо зрозумілими стають поняття спіну і магнітного моменту ядра, g-випромінювання, періодичність змін властивостей. Оболонкова модель справджується для легких ядер і ядер в основному стані.