Ядерные силы. Модели ядра

Между составляющими ядро нуклонами действуют особые, специфические для ядра силы, значительно превышающие кулоновские силы отталкивания между протонами. Они называются ядерными силами.

Ядерные силы относятся к классу, так называемых, сильных взаимодействий. Перечислим основные свойства ядерных сил:

1) ядерные силы являются силами притяжения;

2) ядерные силы являются короткодействующими — их действие проявляется то­лько на расстояниях примерно 10^–15 м. При увеличении расстояния между нуклонами ядерные силы быстро уменьшаются до нуля, а при расстояниях, меньших их радиуса действия, оказываются примерно в 100 раз больше кулоновских сил, действующих между протонами на том же расстоянии;

3) ядерным силам свойственна зарядовая независимость (неэлектрическая природа), то есть, ядерные силы, дейст­вующие между двумя протонами, или двумя нейтронами, или, наконец, между прото­ном и нейтроном, одинаковы по величине;

4) ядерным силам свойственно, так называемое, насыщение, т. е. каждый нуклон в ядре взаимодей­ствует только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов;

5) ядерные силы не являются центральными, т. е. действующими по линии, соеди­няющей центры взаимодействующих нуклонов.

При анализе процессов прибегают к использованию приближенных ядерных моделей, допускающих более или менее простую математическую трактовку.

Из большого числа моделей, укажем две из них: капельную и оболочечную.

1. Капельная модель ядра (1936; Н. Бор и Я. И. Френкель).

Капельная модель ядра является первой моделью. Она основана на аналогии между поведением нуклонов в ядре и поведением молекул в капле жидкости. Капельная модель ядра позволи­ла получить полуэмпирическую формулу для энергии связи нуклонов в ядре, объяснила механизм ядерных реакций и особенно реакции деления ядер. Однако эта модель не смогла, например, объяснить повышенную устойчивость ядер, содержащих магические числа протонов и нейтронов.

2. Оболочечная модель ядра (1949—1950; американский физик М. Гепперт-Майер (1906—1975) и немецкий физик X. Иенсен (1907—1973)).

Оболочечная модель пред­полагает распределение нуклонов в ядре по дискретным энергетическим уровням и связывает устой­чивость ядер с заполнением этих уровней. Эта модель ядра позволила объяснить спины и магнитные моменты ядер, различную устойчивость атомных ядер и др.

По мере дальнейшего накопления экспериментальных данных о свойствах атомных ядер появлялись все новые факты, не укладывающиеся в рамки описанных моделей. Так возникли, например, обобщенная модель ядра (синтез капельной и оболочечной моделей) и другие модели.