Ядерная связь. Взаимодействие нуклонов. Расстояние между связанными нуклонами. Возбуждения ядер.
Здравствуйте дорогие друзья, подписчики и гости моего канала!
В этой статье рассмотрим на каком расстоянии в ядрах располагаются протоны и нейтроны относительно друг друга.
Собирался описать все свойства в одной статье, но получился очень большой объем, поэтому каждое свойство буду разбирать в отдельной статье.
В предыдущей статье мы разобрали зарядовую независимость, и выяснили, что связанными могут быть только протон и нейтрон, протон с протоном и нейтрон с нейтроном не связываются, поэтому все дальнейшие свойства ядерной связи будут относиться именно к связи протона с нейтроном, при том, что эти свойства изучены именно на дейтроне, ядре состоящим из одного протона и одного нейтрона.
Короткодействие
ядерной связи — свойство ядерных сил, при котором они проявляются лишь на очень малых расстояниях, быстро убывая с увеличением расстояния между протонами и нейтронами.
Рассмотрим расстояния между нуклонами для разных моделей ядерных потенциалов — с указанием характерных диапазонов в фемтометрах.
1. Потенциал Юкавы
2. Потенциал Рейда (Reid Soft Core)
3. Потенциал Вудса — Саксона
4. Реалистичные потенциалы (AV18, CD‑Bonn, N3LO)
Так, по оценкам разных потенциалов притяжение между протоном и нейтроном действует на расстоянии примерно от 0,5 фм до 2 фм. Максимальная сила притяжения действует на расстоянии приблизительно 1 фм.
Для наглядности представляю изображение ядерного потенциала.
Размер керна нуклона оценивается менее 0,01 фм, получается, что "тело" нуклона, в котором сосредоточена вся масса нуклона, имеет размер в 100 раз меньше чем среднее расстояние между связанными нуклонами. Для примера, если представить нуклон в виде футбольного мяча, то расстояние до другого связанного с ним "мяча" будет 22 метра. То есть связанные нуклоны находятся на большом расстоянии друг от друга по сравнению с их размером.
Если нуклон имеет "тело" в районе минус 18 степени метра, то это уже в 1000 раз расстояние между ними больше чем их размер, и между "мячами" уже 220 метров.
Мы не можем точно определить размер нуклона, да и это в принципе не имеет особого значения, что бы понять как устроено атомное ядро достаточно понимать, что нуклон намного меньше чем расстояние между связанными нуклонами, так же точное расстояние между нуклонами не имеет особого значения для построения структуры (мы можем выбрать любое приближенное расстояние, главное, что бы это расстояние было стандартным для каждой связи в ядре), но мы можем точно заключить, что два связанных нуклона, а конкретно протон и нейтрон, находятся на расстоянии при котором сила притяжения максимальная.
Максимум энергии связи, соответствует наибольшей глубине потенциальной ямы, нуклон всегда будет стремиться ("скатываться") в эту яму, поэтому в стабильном ядре нуклоны как бы покоятся относительно друг друга, лежат в потенциальных ямах, и ни как не могут отдаляться друг от друга на расстояние, при котором энергия связи становится не способной удерживать нуклоны связанными.
Что бы отдалить два нуклона, вытолкнуть их из своих потенциальных ям, нужно сообщить нуклону энергию превышающую силу притяжения в этих ямах. В стабильном ядре не от куда браться такой энергии и ещё постоянно, что бы нуклоны могли перемещаться по ядру, подобно атомам в капле жидкости, отдаляясь от нуклонов с которыми были связаны.
Официальная теория представляет ядро именно таким образом, каплей в которой нуклоны перемещаются как атомы в жидкости. И это является очередным заблуждением официальной физики атомных ядер.
Если в твердом веществе, где энергия связи между атомами в 1000 раз меньше чем энергия связи между нуклонами в ядре, каждый атом находится на своем месте, то с чего вдруг в ядре нуклоны будут свободно двигаться как в жидкости?
Твердому веществу нужно передать энергию из вне, нагреть его до температур плавления, что бы атомы начали перемещаться относительно друг друга, а кто и как даёт энергию, в 1000 раз большую, нуклонам ядра?
Ответ простой, ни кто и ни что, в стабильном ядре каждый нуклон находится на своем месте в своей потенциальной яме. Конечно, нуклоны имеют нулевые колебания относительно друг друга, но энергии этих колебаний не могут превышать энергию связи между нуклонами, что бы заставить их перемещаться относительно друг друга.
(Под нулевыми колебаниями понимаются колебания нуклонов вызванные воздействием фоновых электромагнитных колебаний, эти колебания крайне не значительны).
Мы можем передать энергию нуклонам, и существует огромное количество эксперементов основанных на этом, давайте немного затронем этот вопрос и посмотрим, что происходит если передавать нуклонам ядра энергию из вне.
Возбуждение атомных ядер
Затронем эту тему лишь в контексте относительного положения нуклонов в ядре.
Энергию нуклонам ядра можно передать разными способами, при помощи электромагнитных колебаний, при помощи частиц, которыми "ударяют" по ядру, или когда энергия возбуждения передается нуклонам ядра при ядерных реакциях. Когда мы передаём энергию нуклонам ядра, ядро возбуждается.
Возбуждения ядер делят на два больших класса:
Одночастичные — затрагивают отдельные нуклоны.
Коллективные — в движении участвуют большие группы или все нуклоны ядра согласованно.
Одночастичные возбуждения
После того как нуклону передана энергия он начинает колебаться относительно нуклонов с которыми связан (нуклоны не покидают ядро если переданная энергия меньше, чем энергия связи удерживающая нуклон в ядре, если энергия больше, то нуклон может покинуть ядро, существуют такие ядерные реакции, когда нуклон выбивается из ядра).
При "снятии" возбуждения ядро излучает электромагнитные колебания, частота этих колебаний индивидуальна для каждого нуклида, так как каждый нуклид имеет индивидуальную структуру Кристалла и соответственно индивидуальное колебание системы.
Часто одночастичные возбуждения приводят к образованию ядерных изомеров — долгоживущих возбуждённых состояний.
Типичные периоды полураспад изомеров — наносекунды, микросекунды, миллисекунды, секунды, минуты, годы.
Коллективные возбуждения
В коллективных возбуждениях колеблется группа или все нуклоны ядра, есть несколько типов коллективных возбуждений.
1. Вращательные возбуждения
Ядро как целое начинает вращаться вокруг оси, перпендикулярной оси симметрии.
2. Колебательные (вибрационные) возбуждения
Ядро периодически меняет форму.
Виды колебаний классифицируются по мультипольности J и четности:
- Квадрупольные (J=2) — наиболее распространённые, ядро колеблется между вытянутой и сплюснутой формами.
- Октупольные (J=3) — более сложные деформации.
- Монопольные — радиальные колебания, изменение объёма.
3. Поляризационные колебания
Связаны с динамическим разделением протонов и нейтронов внутри ядра, что создаёт переменный электромагнитный момент.
Основные типы:
- Гигантский дипольный резонанс (E1) — протоны и нейтроны колеблются в противофазе. Наблюдается во всех ядрах при энергиях 10–30 МэВ.
- Ножничные (scissors) колебания (M1) — протоны и нейтроны совершают «ножничное» движение. Характерны для деформированных ядер.
- Поляризационные квадрупольные (E2) и другие — комбинации различных типов колебаний.
Комбинированные возбуждения
Часто в ядре одновременно присутствуют элементы разных типов движения:
- сочетание одночастичных и коллективных движений;
- комбинации разных видов колебаний;
- вращательно‑колебательные состояния.
Все типы возбуждения объясняются колебанием нуклонов относительно друг друга, но, что бы объяснить возбуждения нуклонам не обязательно перемещаться относительно друг друга так, что бы нуклоны перемещались мимо других нуклонов образовывая новые связи и разрывая старые связи проходя мимо друг друга.
Все типы возбуждения легко объяснимы колебанием структуры, когда нуклоны колеблются, но остаются на своих местах в структуре, и ядра, остовом которых является кольцо, позволят существовать всем типам колебаний.
В левой части изображено ядро, внутри которого показаны квадрупольные, октупольные, монопольные колебания кольца ядра. Одночастичным колебанием, может быть колебание любого нуклона относительно других нуклонов, только в случае когда остальные нуклоны находятся в покое, иначе, если бы все нуклоны колебались и перемещались относительно друг друга как в жидкости, то возбуждение-колебание одного нуклона просто не возможно.
В правой части изображения показана часть ядра, которую я в своей теории называю блоком, блоки могут быть разных размеров, для примера представлен большой блок. По блокам, да и по кольцу без блоков может "гулять" волна, что может объяснять наличие долговременных возбужденных состояний у ядер.
Что бы было понятно, что такое блок, представлю изображение с изотопами Селена. Подробнее все особенности структур ядер будут разобраны в будущих статьях.
Таким образом, все возбуждения могут быть объяснены колебаниями структуры ядра и отдельных нуклонов, когда каждый нуклон остаётся на своем месте, не разрывает связи и не образовывает новые.
Большинство возбужденных ядер приходят в стабильное состояние через изомерный переход (гамма‑излучение или внутренняя конверсия), ядро остаётся таким же как до возбуждения, без изменения строения и стабильным.
Но есть и нуклиды, которые при возбуждении распадаются различными ядерными реакциями.
Типичные механизмы распада изомеров
- Бета‑распад / электронный захват — если энергия возбуждения позволяет перейти к другому элементу.
- Альфа‑распад — характерен для тяжёлых ядер.
- Спонтанное деление — для очень тяжёлых изомеров.
- Протонный распад — для высоковозбуждённых состояний.
Это значит, что в результате колебаний ядра произошла ядерная реакция. То есть один нуклон или несколько отдалились от нуклона или нуклонов с которыми они были связаны, на расстояние при котором энергии связи недостаточно для удержания нуклона, в результате чего нуклон или группа нуклонов отрывается от ядра.
Если нуклон был связан с другими нуклонами, при разрыве одной связи из нескольких, нуклон остаётся в ядре, но при этом энергия разрыва переданная нуклонам гасится соударением с другим нуклоном, это Бетта распады, то есть при соударении двух протонов один протон превращается в нейтрон, или при соударении двух нейтронов один нейтрон превращается в протон, при этом все нуклоны остаются в ядре.
Любой разрыв связи это ядерная реакция, с соответствующими последствиями.
Любое перемещение нуклона в ядре относительно других нуклонов это разрывы и образования связей.
Ядро не может быть системой в которой нуклоны летают относительно друг друга по ядру, по каким то орбитам -энергетическим уровням, как это предполагает официальная теория строения атомных ядер.
Так же колебания нуклонов относительно друг друга это возбуждение ядер, в стабильных ядрах нуклоны не перемещаются относительно друг друга и не колеблется с амплитудами большими чем нулевые колебания. Поэтому в своей теории я следую этому фундаментальному утверждению:
каждый нуклон связан с определенными нуклонами, находится в непосредственной близости, и не отдаляется от них на расстояние при котором разрывается связь.
Концепция строения ядер, в которых нуклоны перемещаются относительно друг друга, по сути постоянно разрывая связи с одними нуклонами и образовывая новые связи с другими при сближении, это концепция ядра в котором бурлят бесконечные ядерные реакции распада и слияния протонов с нейтронами (и тем более по официальной версии протонов с протонами и нейтронов с нейтронами), просто не допустима ни логически, ни принципиально, ни экспериментально.
В жидкости атомы перемещаются относительно друг друга за счёт того, что энергия температурных колебаний превышает энергию связи атомов жидкости, но стоит убрать поступление температуры из вне, жидкость охлаждается и кристаллизуется, каждый атом остается на своем месте.
Но откуда в атомных ядрах браться энергии, которые бы превышали суммарные энергии связи окружающих нуклон нуклонов, так что бы разорвать эти связи и переместить нуклон в другое место в ядре?
Не от куда, только если из вне, но при внесении энергии из вне, ядро просто возбуждается, колеблется, и затем успокаивается, поэтому ядро это кристалл.
Относительное расположение связанных нуклонов
Для наглядности изобразим ядра первых двух элементов, которые образовывались постепенным присоединением протонов, нейтронов, и дейтронов.
При соударении двух протонов один превращается в нейтрон после чего образуется первое составное ядро - дейтерий. Если к нему присоединить либо протон либо нейтрон, получится либо тритий либо Тритон, если дейтерий, то Альфа частица.
При рассмотрении простейших ядер видно, что каждый нуклон связан только с ближайшим нуклоном, и не может отдалиться от него, так как это приведет к распаду ядра. Два нуклона по разные стороны нуклона, который находится между ними, находятся на расстоянии дальше действия ядерных сил, и не имеют связи. Это и есть свойство короткодействия ядерной связи. Поэтому ни какие другие нуклоны в ядрах дальше этого расстояния не притягивают нуклон, и поэтому ни какой нуклон не может разорвать имеющиеся связи и переместиться к другим нуклонам ядра.
Движение нуклонов по ядру как в капле жидкости- это очередное заблуждение официальной физики атомных ядер.
Это свойство действует абсолютно у всех нуклидов, каждый нуклон связан только с ближайшими нуклонами и не может отдаляться от нуклона с которым связан дальше расстояния связи, поэтому ядро является подобием кристалла, где все атомы находятся каждый на своем месте.
Нуклоны в этих ядрах находятся в одной плоскости, это правило взаимного расположения присуще всем нуклидам. Это правило описывает следующее свойство - спиновую зависимость, которое мы разберём в следующей статье.
Если вам интересно детальное описание теории кольцевого строения атомных ядер, или интересно посмотреть на изображения ядер (изображения в книге представлены для всех изотопов всех элементов), или просто хотите поддержать автора в его научной деятельности, вы можете приобрести книгу обратившись к автору на любой удобной для вас интернет площадке, ссылки на них в taplink👇.
Или через Авито
Так же нуждаюсь в донатах на проведение эксперимента!
Подписывайтесь на мой канал, что бы не пропустить новости и разборы теории!
Пишите в комментариях свои вопросы, соображения, и может быть возражения!
Всем Добра и Мира!
© Янвинтин Тимофей