Лекция 5. Законы радиоактивного распада

Рис. 4.6 Расщепление уровней и спин-орбитальное взаимодействие.

Известно, что плотность нуклонов внутри ядра примерно постоянна. Поэтому эффективный ядерный потенциал также должен быть постоянным внутри ядра. Более того, в первом приближении можно ожидать, что для нейтронов он будет иметь вид сферической потенциальной ямы:

(4.23)

Для протонов следует добавить кулоновскую часть, которая (»- r ²) несколько уменьшает потенциал при приближении к границе ядра и вне ядра образует (»1/ r) кулоновский барьер. Для распределения плотности лучше воспользоваться гауссовым распределением вместо прямоугольной ямы. Такое распределение получается для потенциала гармонического осциллятора .

Истинный потенциал должен быть средним между этими двумя потенциалами. Во многих расчётах используется так называемый потенциал Вуда-Саксона.

(4.24)

Для наших целей достаточно использовать «крайние» случаи, т.у. потенциалы в виде сферической ямы и сферического осциллятора. Как располагаются энергетические уровни в этих потенциалах видно на рис 4.6.

Потенциалы гармонического осциллятора и прямоугольной ямы являются предельными случаями ядерного потенциала. Истинный потенциал ядра должен быть промежуточным между ними. В целом относительное положение уровней слабо зависит от форм потенциала, и никаким выбором потенциала не удаётся так сгруппировать уровни, как этого требуют магические числа.

Единственная возможность получить магические числа связана с учётом расщепления уровней с различными спинами. Поэтому следует ожидать, что от спинов будет зависеть и эффективный ядерный потенциал. Йенсен и Гепперт-Майер (нобелевские лауреаты 1963г.) в 1948г. показали, что взаимодействие типа приводит к нужному расщеплению уровней.

Простую модель ядерных оболочек можно усовершенствовать, учтя остаточное взаимодействие нуклонов, а также рассмотрев орбиты для деформированной сферической потенциальной ямы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным направлением современной ядерной физики является исследование свойств ядерной материи в экстремальных условиях высокой плотности, высокой температуры, состояний с большими угловыми моментами. Возможности для таких экспериментов значительно расширились с использованием пучков радиоактивных ядер. Это направление исследований стимулировало в свою очередь строительство новых уникальных ускорителей, новых экспериментальных методов детектирования продуктов реакции и развитие прецизионной техники детектирования отдельных атомов, измерение масс ядер с точностью ~10-7. Развитие техники эксперимента привело к неожиданным открытиям.

• Обнаружены гало-ядра - состояния ядерной материи с малой плотностью.

• Обнаружены ядерные состояния за границами нуклонной стабильности, проявляющиеся в виде резонансных состояний.

• Обнаружены новые типы радиоактивного распада - протонная и кластерная радиоактивность.

• Получили подтверждения магические числа долины стабильности, в то же время были обнаружены случаи, когда эти магические числа размываются.

• Обнаружены новые области деформированных ядер.

• Открытие новых сверхтяжелых ядер существенно расширило границы химических элементов, внесло некоторую ясность в вопрос о новых магических числах для протонов и нейтронов.

Исследование свойств полностью ионизованных атомов поставило ряд новых проблем в астрофизических исследованиях.

Новые экспериментальные результаты поставили перед теорией проблему - насколько надежно можно интерполировать параметры моделей, полученные для ядер долины стабильности, в область ядер, сильно перегруженных протонами или нейтронами. Известны случаи, когда такая интерполяция невозможна. Как меняется нуклон-нуклонное взаимодействие в ядерной среде. Расширение границы нейтронноизбыточных ядер по мере приближения к границе нейтронной стабильности может принести неожиданные результаты - в частности прояснить вопрос о том, насколько сильно связаны протонные и нейтронные степени свободы в ядрах, сильно перегруженных нейтронами.

В настоящее время известные гало-ядра ограничиваются областью легчайших ядер. Совсем не исследован вопрос о возможности существования средних и тяжелых гало-ядер, сильно перегруженных нейтронами.