Nukleáris modellek

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2018. július 27-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 2 szerkesztést igényelnek .

A nukleáris modellek  olyan módszerek az atommagok tulajdonságainak leírására, amelyek az atommag mint fizikai objektum, előre meghatározott jellemző tulajdonságokkal való ábrázolásán alapulnak. Tekintettel arra, hogy az atommag egy kellően nagy számú, erősen kölcsönható, egymáshoz közeli részecskéből ( nukleonokból ) álló rendszer, amelyek ugyanakkor kvarkokból állnak , egy ilyen rendszer elméleti leírása nagyon nehéz feladat. A modellek használata lehetővé teszi az atommagok részvételével és azokon belül lezajló folyamatok közelítő megértését. Az atommagnak különféle modelljei léteznek, amelyek mindegyike a nukleáris tulajdonságok korlátozott halmazát képes leírni. Egyes modellek kölcsönösen kizárják egymást.

A leghíresebb modellek

Csepp modell

Niels Bohr javasolta 1936 - ban az összetett atommag elmélet részeként [1] . Ezen elmélet szerint az atommag egy speciális nukleáris anyag gömb alakú, egyenletes töltésű cseppjeként ábrázolható, amelynek összenyomhatatlansága, a nukleáris erők telítettsége, a nukleonok ( neutronok és protonok ) "elpárolgása" van, amely folyadékhoz hasonlít . Ezt a modellt Yakov Frenkel , majd John Wheeler fejlesztette ki , ennek alapján Karl Weizsäcker félig empirikus képletet kapott az atommag kötési energiájára , amelyet róla Weizsäcker-képletnek neveztek el . A cseppmodell makroszkópikus elmélet, nem veszi figyelembe a mag mikroszkópos szerkezetét, például a maghéjak eloszlását .

A modell jól leírja az atommagok legfontosabb tulajdonságait - a telítési tulajdonságot, vagyis a nehéz atommagok kötési energiájának arányosságát a tömegszámmal A = N + Z; az R magsugár függése A: -tól, a maghasadás okairól és mechanizmusukról, a Bohr-vegyületmagon átmenő kisenergiájú magreakciókról, de nem ír le néhány kifejezést a magkötési energia képletében, pl. energia párosítása, nem magyarázza a mágikus magok létezését és különleges stabilitását [2] . A cseppmodell nem alkalmas az atommagok gerjesztett állapotainak energiaspektrumának kvantitatív leírására [3] .

Shell modell

1932-ben Dmitrij Ivanenko javasolta Jevgenyij Gaponnal együtt , 1949-ben Maria Goeppert-Mayer és Hans Jensen kiegészítette . Hasonlóan az atom héjszerkezetének elméletéhez, amelyben az elektronok kitöltik az elektronhéjakat , és amint a héj megtelik, a következő elektron kötési energiája jelentősen csökken. A modell szerint az atommag a megmaradt nukleonok erőhatása által létrehozott átlagolt mezőben egymástól függetlenül mozgó nukleonrendszer. Minden nukleon egy bizonyos egyedi kvantumállapotban van, amelyet az energia, a j szögimpulzus , a koordinátatengelyek valamelyikére vetített m vetülete és az l = j ± 1/2 orbitális impulzusmomentum jellemez. Egy szint energiája nem függ a szögimpulzus külső tengelyre való vetületétől, így minden j, l nyomatékú energiaszint tartalmazhat (2j + 1) nukleonokat, amelyek a (j, l) héjat alkotják. Az energiában közel álló szintek halmaza alkotja az atommag héját. Amikor a protonok vagy neutronok száma eléri a következő héj kitöltésének megfelelő mágikus számot, akkor felmerül annak a lehetősége, hogy egyes, az atommagot jellemző mennyiségekben (különösen a kötési energiában) hirtelen megváltozzon. A periodicitás fizikai oka a Pauli-elv , amely megtiltja, hogy két azonos fermion azonos állapotban legyen.

A héjmodell lehetővé tette az atommagok spineinek és mágneses momentumainak , az atommagok eltérő stabilitásának, valamint tulajdonságaik változásának periodicitásának magyarázatát, és alkalmazható könnyű és közepes atommagok, valamint az atommagok leírására. alapállapot [4] .

A modell nem magyarázza a deformált magokat.

Kollektív kernelmodell

Aage Bohr és B. Mottelson javasolta 1952-ben . A csepegtető modell alapján keletkezett. Az atommagot olyan magnak tekinti, amelyet töltött héjak nukleonjai és a magnukleonok által létrehozott mezőben mozgó külső nukleonok alkotnak. A modell megmagyarázta az atommagok alacsonyan fekvő gerjesztésének természetét, amelyet a felület dinamikus deformációjaként értelmeznek.

Általánosított kernelmodell

Aage Bohr és B. Mottelson javasolta 1952-ben . Egyes magok nagy kvadrupolmomentumait azzal magyarázta , hogy az ilyen magok külső nukleonjai deformálják a magot, amely megnyúlik vagy lapossá válik.

Forgó modell

A 150 < A < 190 és A > 200 tömegszámok tartományában végzett kísérleti adatok szerint az atommagok kvadrupolmomentumai rendkívül nagyok, és több tucatszor eltérnek a héjmodell által megjósolt értékektől. Ugyanebben az A értéktartományban az atommagok alacsonyabb gerjesztett állapotainak energiájának függése az atommag spinétől hasonlónak bizonyul egy forgó csúcs energiájának a forgási pillanatától való függéséhez. A modell szerint a mag nem gömb alakú.

A forgási modell lényeges jellemzője a teljes mag egészének forgásának és az egyes nukleonok mozgásának kombinációja egy nem szférikus potenciálmezőben. Ebben az esetben feltételezzük, hogy a teljes mag forgása a nukleonok sebességéhez képest meglehetősen lassan megy végbe. A forgási modell lehetővé teszi egy nagy számú magcsoport számos lényeges tulajdonságának leírását, miközben a forgási spektrum kialakulásának ténye (a teljes mag egészének forgásának ténye) megmagyarázatlan marad.

Superfluid magmodell

Aage Bohr és J. Valatin javasolta 1958-ban . E modell szerint, ahogy a fémekben az elektronok párosítása szupravezetést eredményez, a nukleonok párosítása a nukleáris anyag szuperfolyékonyságát eredményezi. Az atommagokban az azonos kvantumszámértékekkel (j, l) rendelkező nukleonok párosítása és a nukleon teljes impulzusimpulzusának ellentétes vetülete -j, -j + 1, ... j-1, j-t feltételezzük. A párosítás fizikai oka az egyes pályákon mozgó részecskék kölcsönhatása.

A modell kielégítően magyarázza mind a tehetetlenségi nyomatékok abszolút értékét, mind a P alakváltozási paramétertől való függését.

Klasztermodell (nukleonasszociációk modellje)

Az 1930-as évek második felében keletkezett. Lényege az a feltevés, hogy az atommag α-részecske- klaszterekből áll, és ezzel magyarázzák egyes könnyű atommagok tulajdonságait. Feltételezzük például, hogy a lítiummag 6 Li ideje jelentős részét egy deuteron és egy α-részecske formájában tölti, amely az atommag súlypontjához képest forog .

Az atommag statisztikai modellje

1936-ban Yakov Frenkel és 1937-ben Lev Landau javasolta . Nagy gerjesztési energiánál a közepes és nehéz magokban a szintek száma nagy, a szintek közötti távolságok kicsik. Az energiaszintek sűrűségének függését a statisztikus fizika módszerei írják le, a gerjesztést a nukleonok Fermi-folyadékának melegítésének tekintve. A modell alkalmas az energiaszintek eloszlásának és a fotonemisszió valószínűségi eloszlásának leírására az atommag magasan fekvő gerjesztett állapotai közötti átmenet során, lehetővé teszi a héjak magban való jelenlétével kapcsolatos korrekciók figyelembevételét.

Az atommag optikai modellje

A nukleonok rugalmas szóródásának az atommagokon és a direkt magreakciók leírására, amelyek jellegzetes magidőkkel s. A mag félig átlátszó gömbként van ábrázolva, bizonyos törési és abszorpciós együtthatókkal. Amikor egy részecske eltalál egy ilyen gömböt, minden olyan kölcsönhatást tapasztal, amely a fény félig átlátszó optikai közegben való terjedésére jellemző: visszaverődés, fénytörés és abszorpció.

Vibrációs modell

Arra használják, hogy megmagyarázzák a gömb alakú magok kollektív gerjesztésének spektrumát, amely a magként értendő folyadékcsepp felületi és kvadrupólusos rezgései következtében alakul ki.

Jegyzetek

  1. ↑ N. Bor . Neutronbefogás és az atommag szerkezete  // UFN . — 1936 . - T. 14 , sz. 4 , 4. sz . - S. 425-435 .
  2. ↑ Nukleáris modellek
  3. ↑ "Az atommagok modelljei"
  4. ↑ I. N. Beckman professzor előadásai

Irodalom

Linkek