Как мы уже говорили, при образовании дейтрона из протона и нейтрона масса покоя уменьшается на 2,226 МэВ/с2. Выделяющаяся при этом энергия 2,226 МэВ равна энергии связи нуклонов в ядре. На рис. 40 энергия связи нуклонов в легких ядрах выражена через величину средней массы ядра, приходящейся на един нуклон. Чем меньше эта величина, тем больше энергия связи и тем прочнее ядро. Свободные нейтрон и протон, естественно, имеют наибольшую массу покоя, так как энергия связи в этом случае равна нулю. Бросается в глаза относительная малость средней массы покоя нуклона в ядре гелия 24Не Она свидетельствует об очень высокой стабильности конфигурации, состоящей из двух пар связанных протонов и нейтронов. На диаграмме отмечены значения масс покоя для кислорода 168О, кремния 2814Si, а также уровень наименьших измеренных величин массы покоя в расчете на один нуклон в ядрах элементов, расположенных в середине таблицы Менделеева.
На рис. 41 отмечены значения средней массы покоя в расчете на нуклон в стабильных (за исключением урана) ядрах некоторых элементов, а кривая иллюстрирует общий ход зависимости этой величины от массового числа. До значения массового числа, равного 60, энергия связи на нуклон в ядре растет (кривая идет вниз), причем ядра гелия 42He и кислорода явно «выпадают» из плавной кривой: у них энергия связи на нуклон больше, чем это определено общей зависимостью. Подъем кривой (уменьшение энергии связи нуклона) начиная с массового числа 80 объясняется возрастанием силы электростатического отталкиваня между протонами в ядре. Наибольшую энергию связи (8,4 МэВ в расчете на один протон) можно было бы получить при синтезе из протонов ядер с массовым числом около 60. Реакция деления урана дает примерно в 5 раз меньший энергетический выход на один нуклон Однако, как мы уже говорили, реакция синтеза протонов настолько маловероятна, что едва ли можно рас считывать на практическое использование ее; даже синтез двух ядер дейтерия не представляется много' обещающим в целях получения энергии в земных условиях. В настоящее время перспективным в этом отношении считается лишь синтез ядер дейтерия и трития.
|
|
Атомное ядро можно рассматривать как неупорядоченную структуру из протонов и нейтронов, удерживаемых в тесной близости сильными взаимодействиями (малого радиуса), которые осуществляются только между соседними нуклонами. Кроме того, все протоны испытывают действие электростатического поля (медленно убывающего с расстоянием), что приводит к их взаимному отталкиванию. Такое представление в целом удовлетворительно объясняет усредненный ход зависимости массы покоя (или энергии связи) нуклона в ядре от массового числа. Однако явные отклонения от общей зависимости, наблюдаемые особенно у легких ядер, указывают на влияние и других факторов, которые не находят отражения в приведенной простой модели.
Очевидно, модель атомного ядра в виде скопления «соприкасающихся» нуклонов не учитывает волновых (квантовых) свойств этих частиц. В действительности же, как мы знаем из гл. 3, с каждой частицей связаны волны, длина которых определяется как l=h/p. Когда частица имеет малую энергию (движется медленно), мал и ее импульс р, соответственно длина волны велика. Если бы частицы в ядре были неподвижны, соответствующая им длина волны была бы бесконечной; следовательно, такая частица с одинаковой вероятностью могла бы находиться в любой, сколь угодно удаленной точке пространства. В действительности же ядро — очень малое, компактное образование; это означает, во-первых, что длина волны отдельных частиц мала и, во-вторых, что эти волны ограничены очень малой областью пространства. В свою очередь такая ситуация возможна только в том случае, если частицы в ядре образуют стоячие волны — подобно звуковым волнам в небольшом ограниченном объеме пространства. Кроме того, стоячие волны в замкнутом пространстве не излучают энергию в окружающую среду; это также соответствует условиям, существующим в атомном ядре, поскольку, если бы ядро излучало энергию, оно не могло бы существовать как стабильное образование[5].
Волны вероятности отдельных нуклонов могут, как всякие волны, взаимно перекрываться и интерферировать. Но протон и нейтрон принадлежат к фермионам — частицам с полуцелым спином (у них он равен 1/2).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
