220
Как следует из значений энергий и их разностей закономерности для магических чисел в некоторых местах претерпевают скачки: для числа 8 не укладываются в общую закономерность фтор и неон; для числа 20 – скандий и титан; для числа 82 – прометий, самарий и европий. Таким образом, завершенными структурами ядер являются только ядра с числом альфа-частиц 1, 4, 10, 14, 22, 30 и 44.
Как видно из таблицы 6.2 имеет место периодичность спадов и подъемов энергий связей при росте числа нейтронов, что справедливо для всех ядер. Это можно объяснить как изменением числа взаимодействующих поверхностей, так и изменением деформации нуклонов. Так, при установке одного нуклона на поверхности ядра между ним и остальной массой ядра имеется всего одна поверхность взаимодействия, второго – две, но при этом одна сторона ранее установленного нуклона выпуклая, при добавлении третьего – тоже две, но при этом одна сторона еще более выпуклая, что снижает энергию взаимодействия по сравнению с энергией связей предыдущего нуклона, при добавлении четвертого нуклона – три поверхности, но две из них выпуклые (рис. 6.11).
Рис. 6.11. К объяснению периодичности приращения энергии связей нуклонов при наращивании числа нуклонов в ядре: установка на поверхности ядра одного (а), двух (б), трех (в) и четырех (г) нуклонов.
Из изложенного выше можно сделать следующие выводы.
Присоединение двух нейтронов в изотопах ядер в большинстве случаев не меняет значения спина. Следовательно, эти нейтроны соединяются антипараллельно, но возможно это лишь в присутствии альфа-частиц. То же подтверждает неизменность магнитного момента. Почему так происходит, легко видеть из структуры вихрей: в этом случае основной тороидальный поток этих нейтронов проходит по замкнутому пути, что и обусловливает их антипараллельность, но один или оба нейтрона своими боковыми стенками прислоняются к одной из альфа-частиц также антипараллельно.
221
Значение спина ядер, у которых он не равен нулю, позволяет судить о числе нуклонов, не входящих в состав альфа-частиц и ориентированных параллельно друг другу. В простейшем случае это число определяется выражением
| I | k = —— . (6.49)
1/2
здесь 1/2 – спиновое число в единицах ħ, причем в ядрах с нечетным Z в это число входит один из протонов, остальные протоны входят в состав альфа-частиц, образующих основную массу ядра.
Рассмотрение общей закономерности изменения энергии оказывает,
56
что до Ni общий уровень энергии связей, приходящийся на каждый
28
добавленный нейтрон, растет с увеличением относительной атомной массы.
61 62 62
Например, переход от Ni к Ni дает 10,59 МэВ, а переход от Сu
28 28 29
63
к Cu - уже 10,85 МэВ, т.е. в присутствии дополнительного протона
29
дополнение нейтроном при том же количестве нейтронов дает большее приращение энергии связей.
Объяснение может заключаться в том, что при общем большем числе нуклонов упаковка их получается несколько более плотная, вихри плотнее прижимаются друг к другу, за счет чего площадь соприкосновения нуклонов в пограничных слоях возрастает, и энергия связей взаимодействия нуклонов увеличивается.
Итак, ядра можно рассматривать как:
1) включающие в свой состав альфа-частицы, число которых определяется ближайшим к атомному номеру числом, делящимся на 4, но не большим, чем ближайшее к Z четное число;
2) включающие в свой состав параллельно ориентированные нуклоны, число которых равно k;
3) включающие в свой состав пары нейтронов, ориентированные взаимно антипараллельно, число которых равно разности
n = A – N – k
(6.50)
