|
|
1. Строение атомного ядра
Суммарный момент системы одинаковых нуклонов, заполняющих любую подоболочку, равен 0 независимо от квантовых чисел подоболочки и числа (2j + 1) заполняющих ее нуклонов (нейтронов или протонов). Это важное правило является следствием того факта, что среди заполняющих подоболочку (2j + 1) одинаковых нуклонов будут обязательно находиться нуклоны с равными по абсолютной величине, но разными по знаку проекциями полного момента нуклона на выделенную ось. Такие пары одинаковых нуклонов имеют суммарный полный момент, равный 0. Поэтому суммарные моменты как нейтронов, так и протонов на заполненной подоболочке равны 0. По этой причине и спины основных состояний всех ядер с заполненными оболочками или подоболочками равны 0.
Для всех четно- четных ядер в основном состоянии JP = 0+.
Спин основного состояния ядра с одним нуклоном сверх замкнутой оболочки или подоболочки определяется моментом неспаренного нуклона. Спин ядра является векторной суммой спина ядра с А нуклонами и неспаренного нуклона, но спин ядра с А нуклонами 0, если это ядро с замкнутой оболочкой или подоболочкой:
 A+1 = A +  = 0 + ; JA+1 = j.
|
(3.3)
|
Четность основного состояния ядра с одним нуклоном сверх замкнутой оболочки или подоболочки определена четностью (-1)l неспаренного нуклона. Поскольку
PA+1 = PAPl = (+1)(-1)l = (-1)l.
|
(3.4)
|
Рассмотрим теперь ядра, у которых до заполненной оболочки или подоболочки недостает одного нуклона. Эти ядра часто называют ядрами с одной “дыркой” (hole) относительно замкнутой подоболочки или оболочки. У всех таких ядер спин и четность определяются моментом и четностью “отсутствующего” нуклона, т.е. моментом и четностью “дырки”. Действительно,
A-1 + h = A = 0; JA+1 = jh.
|
(3.5)
|
Здесь момент недостающего нуклона обозначен как jh, где h соответствует обозначению “hole”. Аналогично (3.4) получим для четности ядра с одной “дыркой”
PA = PA-1ph = +1; PA-1 = ph.
|
(3.6)
|
Определить спин и четность основного состояния ядра 7Li.
|
Конфигурация основного состояния этого ядра |1s>4 |1p3/2>3 , причем сверх замкнутой оболочки дважды магического ядра 4Не в 1р оболочке находится два нейтрона и один протон. Два нейтрона за счет сил спаривания имеют полный суммарный момент 0, поэтому спин и четность ядра определены моментом и четностью неспаренного протона, т.е. . JP = (3/2)-. Этот модельный результат совпадает с экспериментальным.
Ядра с двумя протонами либо двумя нейтронами сверх замкнутой оболочки (или подоболочки) – четно-четные ядра с JP = 0+. Но ядра с одном протоном и одном нейтроном сверх замкнутой подоболочки – нечетно-нечетные. Для двух разных нуклонов на незамкнутой " валентной" подоболочке принцип Паули не препятствует тому, чтобы они имели одинаковые проекции момента на выделенную ось и, соответственно, не равный нулю суммарный момент. Например, ядро 14С с двумя нейтронами над замкнутой подоболочкой 1р3/2 (ядром 12С) имеет в основном состоянии JP = 0+ и конфигурацию нуклонов
|1s1/2>4 |1p3/2>8 |1p1/2>2n,
|
(3.7)
|
а ядро 14N имеет в основном состоянии конфигурацию |1s>4 |1p3/2>8 |1p1/2>1p |1p1/2>1n,, причем спин и четность этого состояния JP = 1+. Таким образом, моменты протона и нейтрона в валентной подоболочке 14N параллельны и сложились в 1. (Напомним, что спин системы протон- нейтрон, т.е. дейтрона, также 1). Низшее по энергии – т.е. основное состояние ядер с протонной и нейтронной " дырками " относительно замкнутой подоболочки – ядра 12С в основном состоянии - также имеет спин, соответствующий максимально возможному моменту пары квазичастиц. Ядро 10В имеет конфигурацию основного состояния
|1s1/2>4 |1p3/2>6 = |(1p 3 /2) -1 n (1p 3 /2) -1 p  (12C)>
|
(3. 8 )
|
При этом моменты двух квазичастиц – протонной и нейтронной «дырок» – складываются в максимальный суммарный момент 3. Отсюда для ядра 10В JP=3+.
№17.
В прямой реакции частица успевает столкнуться с одним (реже с двумя - -тремя) нуклонами. Эти реакции протекают очень быстро - за время пролета частицы через ядро (10-22 - 10-21 с). Рассмотрим для примера (n,p)-реакции. Импульс нейтрона передается в основном одному нуклону, который сразу вылетает из ядра, не успев обменяться энергией с остальными нуклонами. Поэтому нуклоны должны вылетать из ядра преимущественно в переднем направлении. Энергия вылетевшего нуклона должна быть близка к энергии налетающего.
Кинетическая энергия налетающей частицы должна быть достаточно большой (представьте стенку, сложенную из кубиков. Если резко ударить по одному из них, то его можно выбить, почти не затронув остальных. При медленном воздействии стенка развалится.)
При малых энергиях может идти реакция срыва (d,p). Дейтрон поляризуется при приближении к ядру, нейтрон захватывается ядром, а протон продолжает движение. Для такого процесса взаимодействие должно происходить у края ядра. В дейтроне протон и нейтрон связаны слабо.
Таким образом, отличительными особенностями прямых реакций являются:
время протекания 10-21 с;
угловое распределение продуктов вытянуто в направлении движения налетающей частицы;
особенно большой вклад в сечение ядерных процессов при больших энергиях.
Реакции с образованием промежуточного (составного) ядра
В статье 1936 года "Захват нейтрона и строение ядра" Н.Бор предположил и обосновал, что "столкновение между быстрым нейтроном и тяжелым ядром должно вести, прежде всего, к образованию составной системы, характеризующейся замечательной устойчивостью. Возможный последующий распад этой промежуточной системы с вылетом материальной частицы или переход в конечное устойчивое состояние с испусканием кванта излучения следует рассматривать как самостоятельные процессы, не имеющие непосредственной связи с первой фазой соударения".
Реакция проходит в две стадии: образование промежуточного (составного) ядра C, затем распад этого ядра. Звездочка в обозначении ядра C означает, что ядро образуется в возбужденном состоянии (ниже это покажем). Чтобы можно было говорить о ядре C, как таковом, надо, чтобы его время жизни значительно превосходило характерное ядерное время τяд10-21 с. И действительно, более поздние измерения показали, что τ10-16 - 10-13. На первой стадии, вследствие столкновения с плотно упакованными нуклонами ядра, энергия частицы распределяется между ними. Это происходит очень быстро: за время порядка τяд. У каждого нуклона энергия недостаточна для вылета из ядра. Нужно время, чтобы в результате случайных перераспределений энергия в достаточном количестве сконцентрировалась на одном из нуклонов (или группе нуклонов), и он покинул ядро. Составное ядро "забывает" способ своего образования, его параметры не зависят от реакции, в которой оно образовалось.
Характерное время протекания прямой ядерной реакции 10-23 с.
Характерные времена. Радиус ядра 5·10-15 м, скорость протонов и нейтронов 107 м/с. Характерное ядерное время - время пролета τ 5·10-15/107 10-22 с. Если время нахождение частицы в ядре t >> τ, говорят о существовании в течение времени t нового ядра, содержащего прежнее и частицу.
|
|
|
Скачать 2.12 Mb.