Техника - молодёжи 1987-05, страница 38

'л

шш шшш

«ШШ»

ИДЕИ, ПРОЕКТЫ, РАЗМЫШЛЕНИЯ

ДОКЛАД № 92

ЯДЕРНЫЙ ХОРОВОД

Владимир ДЕМИДЕНКО,

физик,

г. Череповец

В атомном ядре плотно упакованы нуклоны — положительно заряженные протоны и электрически нейтральные нейтроны. Ядра делятся таким образом, будто они в некотором приближении представляют собой капли ядерной жидкости, в которой отдельные нуклоны движутся почти независимо друг от друга. К этому выводу, изучая расщепление ядер урана, пришли в 1939 году знаменитый датский физик Нильс Бор и его молодой американский коллега Джон Уилер. Однако модель жидкой капли слишком «груба» и не объясняет сверхтонкое расщепление спектральных линий.

Мало помогает и так называемая «одночастичная оболочечная модель» атомного ядра. Она была разработана в 1948 году американским физиком Марией Гепперт-Майер и немецким физиком Гансом Йенсеном по аналогии с теорией электронных оболочек атомов, в которой каждый электрон (одна частица) входит в состав своей оболочки и движется без корреляции с другими электронами по эллиптической орбите. Число электронов, заполняющих оболочки при минимальной энергии связи, предпочтительно следует «магическому ряду» 2, 8, 18, 32, а в «одночастичной модели» число нуклонов в ядрах (атомный номер) должно склоняться к последовательности 2, 8, 20, 50, 82, 126. Мо

дель Майер—Йенсена правильно предсказывает знак электрического квадрупольного момента, классифицирует вращательные и магнитные особенности ядер. Но вот незадача — у наиболее распространенных в земной коре изотопов несколько другие атомные номера: 1, 6, 8,11,12,13,14,19, 20, 22, 26, 56, 82. Кроме того, если подсчитать энергии связи нуклонов в ядре, то можно обнаружить числа 4, 6, 10, 12, которые не вошли в «магический ряд» модели. А самый главный камень преткновения— вопиющее несоответствие теории и эксперимента, ибо измеренные квадрупольные моменты ядер отличались от предсказываемых подчас в 30 раз!

О действительной форме ядра судить трудно. Сфера, цилиндр, цилиндрическое кольцо, куб, октаэдр, икосаэдр и десятки других конфигураций могут иметь одинаковый электрический квадруполь-ный момент, который, следовательно, говорит нам лишь о мере отклонения от некоторой условной «сферы». Как же выглядит ядро на самом деле?

В 1950 году американский физик Джеймс Рейнуотер предположил, что остов или керн ядра цилиндрически деформирован, а «магические числа» 2, 8, 20, 50, 82, 1 26 по-прежнему характеризуют полный комплект нуклонов в нем. Если же сверх заполненного цилиндра присоединяется еще один нуклон, то он обращается вокруг него и уменьшает значение квадруполь-

Схематическое изображение первого ядерного превращения, изученного Резерфордом в 1919 год у. Ядро гелия (a-частица), состоящее из двух протонов (красные шары) и двух нейтронов (зеленые шары), налетает на ядро азота, состоящее из семи протонов и семи нейтронов. Образуется редкий изотоп кислорода О", состоящий из восьми протонов и девяти нейтронов. Кроме того, испускается ядро водорода — быстрый протон.

ного момента, а ес/)и в цилиндре не хватает одного или нескольких нуклонов, то в нем как бы образуется выемка и квадрупольный момент увеличивается. Модель Рей-нуотера качественно объясняет преобладание положительных квадрупольных моментов над отрицательными, но количественного описания всех наблюдаемых значений этого момента в пределах таблицы Менделеева не дает.

О раскручивании ядер при их ку-лоновском взаимодействии с налетающими тяжелыми заряженными частицами опубликовал в 1952 году новаторскую работу советский физик К. А. Тер-Мартиро-сян. Уже через год эта интересная идея нашла экспериментальное подтверждение —американские физики Ф. Азаро и И. Перлман открыли последовательности ротационных уровней, или вращательных состояний атомных ядер. Анализируя эти последовательности, академик Николай Николаевич Боголюбов и датские физики Ore Бор (сын Нильса Бора) и Бен Мот-тельсон в 1958 году открыли явление сверхтекучести ядерной материи, отсутствие какого-либо трения или вязкости внутри ядерной капли. Выяснилось, в частности, что если ядро не сферическое, а, скажем, имеет форму вытянутого эллипсоида, то выступающие части как бы скользят по сфере-остову и вращаются независимо от ее вращения. В том же 1958 году советские физики В. Г. Соловьев и С. Т. Беляев показали, что протоны и нейтроны в ядре связаны в пары и совершают не разрозненные, а коллективные движения.

Нельзя ли нагляднее представить себе, что делается в кухне атомной «погоды»? Как ни странно,

ВЫЛЕТАЮЩИЙ БЫСТРЫЙ ПРОТОН

ЯДРО ГЕЛИЯ

ЯДРО АЗОТА

НОВОЕ ЯДРО КИСЛОРОДА

35