Rambler's Top100Astronet    
  по текстам   по ключевым словам   в глоссарии   по сайтам   перевод   по каталогу 		 

На первую страницу
Физические основы строения и эволюции звезд
<< 5.1 Свойства ядерных сил | Оглавление | 5.3 Учет электромагнитного ... >>

5.2 Простейшие примеры

1. Ядро, состоящее из протона и нейтрона -- дейтерий:

$\displaystyle pn= {}^{2}{\mathrm{D}}~E_{\mbox{связи}}=2,2\;\mbox{МэВ}. $

Орбитального движения нет ($ l=0$), но спины $ p$ и $ n$ параллельны, спин ядра $ s=1$ и полный момент $ J=1$. Энергия связи 2,2 МэВ относительно невелика, т.е. состояние очень мелкое, $ {}^{2}{\mathrm{D}}$ -- рыхлая система.

Могут ли быть в таком состоянии два протона $ {}^{2}{\mathrm{He}}$ или два нейтрона (динейтрон)? В опытах таких ядер не нашли. И это неудивительно. В дейтроне $ l=0$ и спины параллельны, т.е. две разные частицы ($ p$ и $ n$) находятся в одном и том же состоянии, но две тождественные частицы (два фермиона -- два протона или два нейтрона) в такое состояние уложить нельзя. Можно было бы образовать ядро из двух тождественных частиц с $ l\ne 0$. Но это означало бы пролет одной частицы около другой на некотором прицельном расстоянии. При этом среднее расстояние между нуклонами увеличивается и ядерные силы ослабевают. Есть еще одна возможность: взять ядро из двух нуклонов с $ l=0$ и $ s=0$, т.е. с антипараллельными спинами. Однако зависимость ядерных сил от спинов такова, что они сильнее, когда спины параллельны и слабее в обратном случае. В случае двух нуклонов (когда энергия связи основного уровня при $ s=1$ невелика -- 2,2 МэВ) это приводит к тому, что связанных состояний с антипараллельными спинами вообще нет. Не надо думать, что это есть результат какого-нибудь отталкивания. На самом деле это еще одно проявление принципа неопределенности: для существования связанных состояний необходимо достаточно сильное взаимодействие. Исследование рассеяния нейтронов на протонах и протонов на протонах показывают, что в состоянии $ s=0$ они притягиваются, но не достаточно сильно.

2. Тритий ( $ {}^{3}{\mathrm{T}}$); $ pnn$, $ l=0$, $ s=1/2$, причем спины нейтронов антипараллельны. Энергия связи $ E_{\mbox{св}}=8,48$ МэВ, т.е. такую энергию нужно затратить, чтобы разбить ядро трития на три частицы.

3. Гелий-3 ( $ {}^{3}{\mathrm{He}}$); $ ppn,\;l=0,\;s=1/2$. Здесь антипараллельны спины протонов, $ E_{\mbox{св}}=7,72$ МэВ. В приближении изотопической инвариантности энергии связи $ {}^{3}{\mathrm{T}}$ и $ {}^{3}{\mathrm{He}}$ были бы равны, но в следующем приближении влияет кулоновская энергия отталкивания между двумя протонами в $ {}^{3}{\mathrm{He}}$, поэтому $ {}^{3}{\mathrm{He}}$ не так сильно связан.

4. Гелий-4 ( $ {}^{4}{\mathrm{He}}$); $ ppnn,\;l=0,\;s=0,\;E_{\mbox{св}}=28,3$ МэВ.

Если есть два сорта частиц, то максимально можно использовать 4 частицы, чтобы сконструировать ядро с $ l=0$ и $ s=0$. Чтобы оторвать один нуклон, нужно затратить энергию порядка 20МэВ=$ (28-8)$МэВ. Таким образом, эта система чрезвычайно сильно связана. Поскольку оболочка $ l=0$ заполнена, ядро $ {}^{4}{\mathrm{He}}$ аналогично химически благородным газам, инертность которых объясняется заполненностью электронных оболочек.

5. Образование ядер $ {}^{5}{\mathrm{He}}$, $ {}^{5}{\mathrm{Li}}$ в связанном состоянии невозможно. Однако есть $ {}^{6}{\mathrm{He}}$ с $ E_{\mbox{св}}=0,6\,$МэВ и $ {}^{8}{\mathrm{He}}$ с $ E_{\mbox{св}}=3,0\,$МэВ.5.1 Эти ядра устойчивы относительно сильного взаимодействия (относительно распада на составные части).

Если нет специальных причин и если хватает энергии, то ядерные реакции, состоящие в перестановке $ n$ и $ p$, идут с сечением $ \sigma\sim\pi r^2\sim 10^{-26}$ -- $ 10^{-24}\;$см$ ^2$.

Например, реакции

$\displaystyle {}^{2}{\mathrm{D}} + {}^{2}{\mathrm{D}} \to {}^{3}{\mathrm{He}}+n\;, $

$\displaystyle {}^{2}{\mathrm{D}} + {}^{2}{\mathrm{D}} \to {}^{3}{\mathrm{T}} + p $

сводятся к энергетически более выгодной перегруппировке нуклонов. При этом никакие другие взаимодействия не участвуют и задача фактически является классической задачей о столкновении шариков. Сечение такого процесса порядка квадрата радиуса ``шариков'' (в данном случае $ r\approx 10^{-13}$ см). В ядерной физике принята единица сечения 1барн= $ 10^{-24}\;$см$ ^2$.

Когда говорят, что ядро некоторого элемента, например $ {}^{5}{\mathrm{He}}$, не существует, то это означает, что время существования такого элемента не больше времени пролета частицы через ядро $ =10^{-13}\;$см$ /10^9\;$см/с$ =10^{-22}$ с. Скорость $ 10^9$ см/с соответствует энергии в несколько МэВ, а получающееся время $ 10^{-22}$ с есть характерное время ядерного взаимодействия.


<< 5.1 Свойства ядерных сил | Оглавление | 5.3 Учет электромагнитного ... >>

Публикации с ключевыми словами: Эволюция звезд - внутреннее строение звезд - термоядерные реакции - физические процессы
Публикации со словами: Эволюция звезд - внутреннее строение звезд - термоядерные реакции - физические процессы
См. также:
Все публикации на ту же тему >>

Обсудить эту публикацию
Оценка: 3.0 [голосов: 119]
 
О рейтинге
Версия для печати Распечатать

Астрометрия - Астрономические инструменты - Астрономическое образование - Астрофизика - История астрономии - Космонавтика, исследование космоса - Любительская астрономия - Планеты и Солнечная система - Солнце

Астронет | Научная сеть | ГАИШ МГУ | Поиск по МГУ | О проекте | Авторам

Комментарии, вопросы? Пишите: info@astronet.ru или сюда

Rambler's Top100 Яндекс цитирования