Нуклоны и атомные ядра
253
ность взаимодействия, второго - две, при этом одна сторона ранее установленного нуклона выпуклая, при добавлении третьего - тоже две, при этом одна сторона еще более выпукла, что снижает энергию взаимодействия по сравнению с энергией связей предыдущего нуклона, при добавлении четвертого нуклона - три поверхности, но две из них выпуклые (рис. 1.13).
Рис. 1.13. 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.
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 I I
к =-
1/2
(161)
254
Глава 1.
здесь 1/2 - спиновое число в единицах h, 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 показывает, что до 28Ni56 общий уровень энергии связей, приходящийся на каждый добавленный нейтрон, растет с увеличением относительной атомной массы.
Например, переход от 28Ni61 к 28Ni62 дает 10,59 МэВ, а переход от 29Си62 к 29Cu63 - уже 10,85 МэВ, т.е. в присутствии дополнительного протона 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 к;
3) включающие в свой состав пары нейтронов, ориентированные взаимно антипараллельно, число которых равно разности
n = A - N - к (1.62)
Так, например, i5P29 с Е = 239,286 МэВ и 171 = 1/2 состоит из семи альфа-частиц (та = 7), для чего необходимы 28 нуклонов и еще 1 протон со спином 1/2. Приращение энергии 15P29 по сравнению с 15P28 составляет 17,87 МэВ, что означает, что в составе 15P28 присутствовало только 6 альфа-частиц. Седьмая альфа-час¬
