Nukleare modeller

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 27. juli 2018; checks kræver 2 redigeringer .

Nukleare modeller  er metoder til at beskrive atomkernes egenskaber baseret på repræsentationen af ​​kernen som et fysisk objekt med forudbestemte karakteristiske egenskaber. På grund af det faktum, at kernen er et system af et tilstrækkeligt stort antal stærkt interagerende og tæt på hinanden partikler ( nukleoner ), som samtidig består af kvarker , er den teoretiske beskrivelse af et sådant system en meget vanskelig opgave. Brugen af ​​modeller gør det muligt at opnå en omtrentlig forståelse af de processer, der foregår med deltagelse af atomkerner og inde i dem. Der er forskellige modeller af kernen, som hver især kun er i stand til at beskrive et begrænset sæt af nukleare egenskaber. Nogle modeller ser endda gensidigt ud.

De mest berømte modeller

Drop model

Det blev foreslået af Niels Bohr i 1936 som en del af teorien om sammensatte kerne [1] . Ifølge denne teori kan atomkernen repræsenteres som en sfærisk ensartet ladet dråbe af specielt nukleart stof, som har inkompressibilitet, mætning af nukleare kræfter, "fordampning" af nukleoner ( neutroner og protoner ), der ligner en væske . Denne model blev udviklet af Yakov Frenkel , og senere af John Wheeler , på grundlag heraf opnåede Karl Weizsäcker en semi-empirisk formel for atomkernens bindende energi , opkaldt efter ham Weizsäcker - formlen . Drypmodellen er en makroskopisk teori, den tager ikke højde for kernens mikroskopiske struktur, såsom fordelingen af ​​kerneskaller .

Modellen beskriver kernernes vigtigste egenskaber - mætningsegenskaben, det vil sige proportionaliteten af ​​tunge kerners bindingsenergi til massetallet A = N + Z; afhængighed af nuklear radius R af A: årsagerne til nuklear fission og deres mekanisme, lavenergi-kernereaktioner, der går gennem Bohr-forbindelseskernen, men beskriver ikke nogle udtryk i formlen for den nukleare bindingsenergi, f.eks. parringsenergi, forklarer ikke eksistensen og den særlige stabilitet af magiske kerner [2] . Dråbemodellen er heller ikke egnet til en kvantitativ beskrivelse af energispektrene for exciterede tilstande af kerner [3] .

Skalmodel

Foreslået i 1932 af Dmitry Ivanenko sammen med Yevgeny Gapon , i 1949 suppleret af Maria Goeppert-Mayer og Hans Jensen . Svarende til teorien om atomets skalstruktur , hvor elektroner fylder elektronskallerne , og så snart skallen er fyldt, reduceres bindingsenergien for den næste elektron betydeligt. Ifølge modellen er kernen et system af nukleoner, der bevæger sig uafhængigt i et gennemsnitsfelt skabt af kraftpåvirkningen af ​​de resterende nukleoner. Hver nukleon er i en bestemt individuel kvantetilstand karakteriseret ved energi, vinkelmomentum j, dens projektion m på en af ​​koordinatakserne og orbital vinkelmomentum l = j ± 1/2. Energien af ​​et niveau afhænger ikke af vinkelmomentets projektion på den ydre akse, så hvert energiniveau med momenterne j, l kan indeholde (2j + 1) nukleoner, der danner (j, l) skallen. Et sæt niveauer tæt på energi danner kernens skal. Når antallet af protoner eller neutroner når det magiske tal svarende til fyldningen af ​​den næste skal, opstår muligheden for en brat ændring i nogle mængder, der karakteriserer kernen (især bindingsenergien). Den fysiske årsag til periodicitet er Pauli-princippet , som forbyder to identiske fermioner at være i samme tilstand.

Skalmodellen gjorde det muligt at forklare kernernes spins og magnetiske momenter , atomkernernes forskellige stabilitet samt periodiciteten af ​​ændringer i deres egenskaber og er anvendelig til at beskrive lette og mellemstore kerner samt kerner i grundtilstand [4] .

Modellen forklarer ikke deformerede kerner.

Kollektiv kernemodel

Foreslået i 1952 af Aage Bohr og B. Mottelson. Opstod på baggrund af drypmodellen. Betragter kernen som en kerne dannet af nukleoner af fyldte skaller og eksterne nukleoner, der bevæger sig i feltet skabt af kernenukleoner. Modellen forklarede karakteren af ​​lavtliggende excitationer af kerner, som fortolkes som dynamisk deformation af overfladen.

Generaliseret kernemodel

Foreslået i 1952 af Aage Bohr og B. Mottelson. Hun forklarede de store quadrupol-momenter af nogle kerner med, at de ydre nukleoner af sådanne kerner deformerer kernen, som bliver forlænget eller flad.

Roterende model

Ifølge eksperimentelle data i området af massetal 150 < A < 190 og A > 200 er kernernes kvadrupolmomenter ekstremt store og adskiller sig fra de værdier, der er forudsagt af skalmodellen, snesevis af gange. I det samme område af værdier af A viser afhængigheden af ​​energien i de lavere exciterede tilstande af kerner på kernens spin sig at svare til afhængigheden af ​​energien fra en roterende top af dens rotationsmoment. Ifølge modellen antages kernen at være ikke-sfærisk.

Et væsentligt træk ved rotationsmodellen er kombinationen af ​​rotationen af ​​hele kernen som helhed med bevægelsen af ​​individuelle nukleoner i et ikke-sfærisk potentialfelt. I dette tilfælde antages det, at rotationen af ​​hele kernen sker ret langsomt sammenlignet med nukleonernes hastighed. Rotationsmodellen gør det muligt at beskrive en række væsentlige egenskaber ved en stor gruppe kerner, mens selve kendsgerningen om fremkomsten af ​​et rotationsspektrum (kendsgerningen om rotation af hele kernen som helhed) forbliver uforklarlig.

Superfluid kernemodel

Foreslået i 1958 af Aage Bohr og J. Valatin. Ifølge denne model, ligesom parring af elektroner i metaller giver anledning til superledning , resulterer parring af nukleoner i superfluiditet af nukleart stof. I kerner er parringen af ​​nukleoner med de samme værdier af kvantetal (j, l) og med modsatte projektioner af nukleonens samlede impulsmoment lig med -j, -j + 1, ... j-1, j antages. Den fysiske årsag til parring er samspillet mellem partikler, der bevæger sig i individuelle baner.

Modellen forklarer tilfredsstillende både de absolutte værdier af inertimomenterne og deres afhængighed af deformationsparameteren P.

Klyngemodel (model af nukleonassociationer)

Det opstod i anden halvdel af 1930'erne. Dens essens er antagelsen om, at kernen består af α-partikelklynger , som bruges til at forklare egenskaberne af nogle lette kerner. Det antages for eksempel, at lithiumkernen 6 Li bruger en væsentlig del af sin tid i form af en deuteron og en α-partikel, der roterer i forhold til kernens tyngdepunkt .

Statistisk model af kernen

Foreslået i 1936 af Yakov Frenkel og 1937 af Lev Landau . Ved høj excitationsenergi er antallet af niveauer i mellem- og tunge kerner stort, og afstandene mellem niveauerne er små. Afhængigheden af ​​tætheden af ​​energiniveauer er beskrevet af metoderne i statistisk fysik, idet excitationen betragtes som opvarmning af Fermi-væsken af ​​nukleoner. Modellen er anvendelig til at beskrive fordelingen af ​​energiniveauer og sandsynlighedsfordelingen af ​​fotonemission under overgangen mellem højtliggende exciterede tilstande af kernen; den giver mulighed for at tage højde for korrektionerne forbundet med tilstedeværelsen af ​​skaller i kernen.

Optisk model af kernen

Bruges til at beskrive den elastiske spredning af nukleoner på kerner og direkte nukleare reaktioner, der forekommer med karakteristiske nukleare tider s. Kernen er repræsenteret som en semi-transparent kugle med visse brydnings- og absorptionskoefficienter. Når en partikel rammer en sådan kugle, oplever den alle typer af interaktion, der er karakteristiske for udbredelsen af ​​lys i et semitransparent optisk medium: refleksion, brydning og absorption.

Vibrationsmodel

Det bruges til at forklare spektret af kollektive excitationer af sfæriske kerner som et resultat af overflade- og quadrupolsvingninger af en væskedråbe, som forstås som en kerne.

Noter

  1. ↑ N. Bor . Neutronfangst og kernens struktur  // UFN . — 1936 . - T. 14 , nej. 4 , nr. 4 . - S. 425-435 .
  2. ↑ Nukleare modeller
  3. ↑ "Modeller af atomkerner"
  4. ↑ Forelæsninger af professor I. N. Beckman

Litteratur

Links