Строение ядерных оболочек в атомах

Известно, что лауреат Нобелевской премии 1963 года Мария Гепперт-Майер предложила ещё в 1951 году оболочечную модель атомного ядра, основанную на боровской теории электронной структуры атома, согласно которой каждый электрон движется в усреднённом потенциальном поле и занимает лишь одно положенное ему устойчивое состояние с наименьшей энергией.

И это так, ибо Марие Гепперт-Майер действительно удалось создать простую и наглядную (anschaulich) модель ядерных оболочек, основанную на так называемой, «электронной структуре атома», согласно которой соответствующее число электронов распределяется в потенциальном поле атома на самом нижнем энергетическом уровне так, что соблюдается принцип Паули – «каждую орбиту может занимать лишь один электрон с заданным направлением спина».

Справка: Спин (от англ. spin – вращаться, вертеться), собственный момент количества движения элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого. При введении понятия «спин» предполагалось, что электрон можно рассматривать как «вращающийся волчок», а его «спин» – как характеристику такого вращения. Спин измеряется в единицах постоянной Планка (h) и равен jh, где j – характерное для каждого сорта частиц целое или полуцелое положительное число, называемое спиновым квантовым числом. Соответственно говорят, что частица обладает целым или полуцелым спином. Например, фермионы (электрон, протон, нейтрон) имеют полуцелый спин: 0,5h.

Что же касается ядер, то здесь основное состояние должно заполняться уже не только протонами, но и нейтронами. Поэтому, Мария Гепперт-Майер допустила, чтобы на одном и том же уровне находился уже не один фермион, как того требует принцип Паули, а два (нейтрон и протон). Нам неизвестно, как автор модели расположила эти фермионы относительно друг друга, но выводы, сделанные на основе её модели, хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Волновая теория поля, в отличие от модели Марии Гепперт-Майер, допускает размещение протонов (по аналогии с электронами) на трёх перпендикулярных друг к другу плоскостях. Причём, в горизонтальной плоскости расположена только протонная оболочка К (2) с главным квантовым числом n = 1.

В остальных двух вертикальных плоскостях Х и Y расположены по три протонные оболочки L (2+6=8), M (2+6+10=18) и N (2+6+10+14=32) с главными квантовыми числами, соответственно, n = 2, n = 3 и n = 4. Всего 118 протонов.

Нейтроны тоже располагаются на трёх перпендикулярных друг к другу плоскостях, но каждая из них имеет все четыре оболочки с нейтронами, соответственно, K (2), L (2+6=8), M (2+6+10=18) и N (2+6+10+14=32). Всего 180 нейтронов. Причём, нейтроны располагаются внутри ядра, а их окружают протоны в качестве поляризационного электрического заряда на поверхности ядра.

Пример: У последнего элемента Валента (Va) на трёх плоскостях (X, Y, Z) заполнены нейтронами все четыре оболочки (см. таблицу 4). Аналогично на двух вертикальных плоскостях (X и Y) заполнены протонами и электронами три оболочки L, M и N. А на горизонтальной плоскости присутствует только первые оболочки К.

Следует отметить ещё одну особенность: протонные волны, интерферируя с электронными, образуют нейтронные стоячие волны. При этом, массы электронов и протонов суммируются, а их электрические заряды компенсируются. Однако масса нейтрона заметно больше масс протона и электрона вместе взятых, поэтому на их синтез затрачивается некоторая энергия. Распад нейтрона (ß – распад), наоборот, высвобождает эту энергию.

Примечание:

1. Потенциальное поле вокруг атомного ядра представляет собой стоячие волны с набором нечётных гармоник (1-я, 3-я, 5-я и 7-я), количество которых в каждом наборе определяет главное квантовое число n. Волны распределены по оболочкам K, L, M, N. Здесь каждая оболочка представляет собой эквипотенциальную поверхность, а каждая полуволна обладает квантом электрического заряда (заряд электрона) и квантом массы поля (масса электрона). Такую полуволну мы называем электроном.
Распределение электронов по оболочкам дано в таблице 1.

2. Протонная полуволна тоже обладает квантом электрического заряда (заряд электрона, но с положительным знаком) и атомной единицей массы. Такую полуволну мы называем протоном.
Распределение протонов по оболочкам в ядре дано в таблице 2.

3. Распределение нейтронов по оболочкам в ядре дано в таблице 3.

4. Периодическая система элементов Менделеева с отражением электронных, протонных и нейтронных оболочек приводится в таблице 4.

Из доклада на Международной научной конференции MSCMP 2010
17 сентября 2010 года (10 часов 50 минут – 11 часов 25 минут)
Академия Наук Республики Молдова
Кишинев, ул. Академическая, 5А (Актовый зал – 1 этаж)
Докладчик – Пивоваров Валерий Иванович

На главную