Ядро атома

Материал из Alt-Sci
Перейти к: навигация, поиск
Предыдущая глава ( Антиматерия ) Содержание книги Следующая глава ( Атом )

Соответствующая статья Википедии: Атомное ядро


Все атомные ядра кроме элементарного ядра водорода (одного протона) состоят из отдельных нуклонов (протонов и нейтронов), образующих пространственную фигуру. Нейтроны ослабляют силы электростатического отталкивания. Оптимальной упаковкой является гексагональная плотная упаковка (состоящая из тетраэдров). Ядро образует единый эфирный вихрь со своей волной де-Бройля.

Распад нейтронов сдерживается близостью протонов, захватывающих выделяющиеся при распаде электроны. Соответственно в стабильных ядрах число нейтронов незначительно превышает число протонов, то есть почти у каждого нейтрона есть парный протон, с которым можно обменяться электроном.

Пример: ядро дейтерия \(_1^2H\) стабильно, а ядро трития \(_1^3H\) радиоактивно, так как в нем нейтронов в два раза больше чем протонов.

Ядерная энергия и силы, связывающие нуклоны, имеют магнитную природу. Энергия магнитного поля, стремясь к минимуму, ориентирует магнитные моменты нуклонов в противоположные стороны и предельно сближает их, уменьшая их внутреннюю магнитную индукцию. В результате возникает дефект массы ядра и соответствующая ему энергия связи.

Ядерная энергия выделяется в виде фотона при уменьшении массы нуклона, согласно закону сохранения энергии и ("Масса и импульс", 1).

Величина внешнего магнитного поля ядер невелика, так как нуклоны компенсируют поля друг друга, вплоть до магнитной нейтральности ядер с четными количествами протонов и нейтронов. Магнитно нейтральные ядра не подвержены дестабилизирующим механическим колебаниям во внешнем переменном магнитном поле.

Ядерный магнитный резонанс – механический резонанс колебательной системы (физического маятника), состоящей из атомного ядра и постоянного магнитного поля. Колебания возникают из-за перераспределения энергии вращения вокруг поперечной оси и энергии магнитного поля. Свободные колебания затухают из-за излучения фотонов неравномерно движущимися частицами ядра. Вынужденные колебания вызываются поперечным переменным магнитным полем. Собственная резонансная частота колебаний прямо пропорциональна индукции постоянного магнитного поля и уменьшается с возрастанием механического момента инерции ядра, зависящего от его массы и формы.

Распространённость химических элементов. Сплошная линия – четные номера, штриховая линия – нечетные номера.

Ядро тем стабильнее, чем выше его энергия связи, и чем плотнее упаковка нуклонов, чем более правильные геометрические фигуры они образуют. Под стабильностью ядра понимается не только интенсивность распада, а также устойчивость ядра в процессе термоядерного синтеза, происходящего в звездах. Распространенность химических элементов во вселенной прямо связана со стабильностью их ядер в этом смысле.

Следующим, после изотопов водорода, стабильным ядром является гелий \(_2^4He\) или α-частица. Это ядро немагнитное и имеет форму тетраэдра, плотно упакованного и идеально вписанного в сферу. При ядерном распаде часто образуются α-частицы.

Следующие после гелия стабильные ядра близки к плотной упаковке в форме икосаэдра, то есть с числом нуклонов около 13. Форма ядер углерода и азота наиболее близка к икосаэдру.

Нуклоны как бы перемещаются относительно друг друга при движении ядерных электронов от одного нуклона к другому. В тяжелых ядрах протоны выталкиваются на их поверхность электростатическими силами, а нейтроны в центр. Центральные нейтроны распадаются медленнее из-за гравитационного замедления времени, и внешние протоны успевают «перехватить» больше электронов, испущенных нейтронами. Поэтому в тяжелых стабильных ядрах нейтронов больше чем протонов.

Протоны на поверхности ядра стремятся распределиться по ней равномерно и могут попадать в вершины правильных многогранников. В таком ядре электростатические силы распределены равномерно, что повышает стабильность ядра. Например, в распространенном кислороде протоны расположены кубом.

Плотноупакованная структура протонов в форме икосаэдра позволяет существовать ряду распространенных элементов, начиная с магния. Несмотря на неправильную форму этих ядер, кривизна их поверхности невысока, а упаковка протонов близка к прочной плотной гексагональной упаковке.

Структура протонов в форме додекаэдра позволяет существовать ряду распространенных элементов, начиная с кальция.

Ядро атома железа имеет 13 плотноупакованных пар протонов, образующих икосаэдр, подобно ядру магния. Железо начинает небольшой ряд распространенных элементов.

Ядра с номерами больше 30 имеют более хаотичную разреженную (рыхлую) структуру и менее стабильны. С ростом номера падает удельная энергия связи и соответственно растет радиоактивность. Гамма-излучение вызывается не только изменением энергии связи при распаде, но и передвижением нуклонов без распада ядра.

Эффект Мессбауэра – перемещение нуклонов в разреженных ядрах с совершением работы в их электромагнитном поле, без изменения механического импульса ядер.

См. также


Предыдущая глава ( Антиматерия ) Содержание книги Следующая глава ( Атом )