Мир вокруг нас

Этэрнус

Рис. 48

Далее: Гелий-7 (похожий по строению на водород-6, и тоже содержащий тринейтрон) — имеет время жизни 3,1x10^–21 сек, т. е. немного выше, чем у гелия-5, несмотря на свою более высокую нейтроноизбыточность (это одно из проявлений т. н. гелиевой аномалии, уже объяснявшейся для случая водорода-6 / гелия-7 — ранее).

Распад гелия-7, несмотря на сходство этого ядра с изотопом водорода-6, происходит не с вылетом трёх нейтронов: Гелий-7 — распадается с вылетом только одного нейтрона, т. к. связь нейтронов в гелии-7 — выше, чем в водороде 6, и вылет сразу

трёх нейтронов — невыгоден. Механизм реакции распада ядра гелия-7 — показан на рис. 49. Как видно, один из нижних нейтронов, тут — переворачивается, занимая конфигурацию в образующейся т. о. альфа-частице (= сердцевине будущего гелия-6); при этом, самый верхний нейтрон в тринейтроне — становится несвязанным (т. к. присоединён к гало-нейтрону), и переходит (минуя сразу два энергоуровня), в базовое состояние вне ядра (т. е. вылетает, унося энергию распада, в виде импульса).

Рис. 49

Далее: Следующий изотоп, гелий-8, по реакции распада и времени полужизни, в целом — схож с гелием-6 (см. табл. 2). По структуре, от гелия-6, это ядро отличается, как уже рассматривалось, лишь тем, что содержит не два, а 4 гало-нейтрона. Любой из этих гало-нейтронов — может превратиться в протон, поэтому время жизни гелия-8 (119,1 мс) — несколько меньше, чем у гелия-6 (806,9 мс).

В большинстве (83%) случаев реакции распада гелия-8, из-за превращения (b^– распада) одного из гало-нейтронов в протон — образуется изотоп литий-8. Возможные «виртуальные» стадии этого превращения — показаны на рис. 50.

Рис. 50

В 16,1% случаев, b^– распад гелия-8 сопровождается вылетом нейтрона, что можно объяснить через промежуточные (возбуждённые / «виртуальные») состояния [12], как наглядно показано — на рис. 51. Как видно, в этом канале распада, продуктами являются стабильное ядро лития-7, и свободный нейтрон.

Рис. 51

В 0,9% случаев, распад идёт до гелия-5 и трития, а это — как раз компоненты, которые можно видеть (в виде относительно самостоятельных частей (кластеров)), в наглядной структуре ядра лития-8 (в который гелий-8 превращается, как уже говорилось, в 83% случаев). В данном же случае, (образующееся) ядро лития-8 — не успело передать, в полной мере, лишний импульс (энергию) b^– распада электрону и нейтрино, и оказалось в некотором высоковозбуждённом состоянии, которое имеет достаточную энергию, чтобы перейти в базовое состояние не обычным путём (через испускание гамма-кванта), а через распад с образованием двух осколков — ядер гелия-5 и трития [12]. Упрощённо, можно представить, что лишняя энергия раскалывает ядро ⁸Li (в основном состоянии) — на две и так бывшие относительно самостоятельными, части.

Далее: Следующие изотопы, гелий-9 и гелий-10, существуют за счёт того, что содержат незаполненные участки в базовом энергетическом уровне ядра. Поэтому распад этих ядер — происходит, подобно гелию-5 и -7 — через посредство перехода одного или двух нейтронов, на более низкий энергетический уровень в ядре (тут — базовый энергоуровень), с образованием альфа-частицы в центре ядра (т. е. с образованием кора). Эта переконфигурация нуклонов — естественным образом, приводит к одному или двум лишним, несвязанным нейтронам, переходящим в базовые состояния уже путём вылета из ядра, см. рис. 52.

Рис. 52

В целом, механизм распада изотопов гелия-9 и -10 — аналогичен таковому у гелия-5 и гелия-7. Время

жизни гелия-9 (8x10^–21 сек) и гелия-10 (3,1x10^–21 сек) — поэтому крайне похоже на времена жизни гелия-5 (7x10^–22 сек) и гелия-7 (3,1x10^–21 сек).

Итак, мы рассмотрели распады всех нестабильных изотопов гелия. В сумме с предыдущими главами, мы рассмотрели т. о. распады радиоактивных ядер среди первых 15-ти изотопов таблицы Менделеева. Как видно, всё может объясняться из наглядной геометрии ядер (для полного объяснения — необходимо разобрать ещё выгоду конфигураций изотопов лития-6, -7 и -8, являющихся продуктами реакций распада гелия-6 и -8; об этих ядрах, подробнее — несколько позже).

В целом, вместе с предыдущими главами, мы рассмотрели весь первый ряд таблицы Менделеева. На примере изотопов наиболее простых элементов, водорода и гелия — мы увидели причины различных свойств ядер, включая объяснения величин спинов ядер, числа изотопов у элементов, существования нейтронных гало, времён полужизни ядер (либо их стабильности), и путей распада.

Далее, можно рассмотреть и более сложные изотопы, принадлежащие уже элементам второго ряда таблицы Менделеева. Но прежде — обратимся, подробнее, к рассмотрению вопроса о природе ядерных взаимодействий (= сильных (мезонных) полей), с учётом полученных знаний о структуре ядер водорода и гелия.

Роль мезонов в ядерных взаимодействиях

На неклассическом этапе, известно, что взаимодействия нуклонов внутри ядра, осуществляются путём обмена квантами сильного (ядерного) поля — мезонами. Но как уточняется роль мезонов в связывании нуклонов с т. зр. постнеклассических представлений, и где их место в ядре (наглядно)? Рассмотрим это:

Для начала, вспомним строение мезонов — см. рис. 53. Теперь определим место, которое занимают мезоны в наглядно изображаемом ядре, например, гелии-4 (альфа-частице) — см. рис. 54. Из рис. видно, что мезоны — естественным образом, помещаются в «разломе», отделяющем протон от нейтрона, как будто этот разлом — специально создан для мезонов. (Вернее, как будет позже показано, существование этого разлома — причина существования мезонов (и сильного (т. е. ядерного) взаимодействия)).

Рис. 53

Рис. 54

Итак, теперь мезонное (= ядерное) поле — можно представить т. о. наглядно, т. е. на более глубоком уровне.

Далее: Известно, что спин пи-мезонов равен нулю. Попробуем определить спин мезонов, каким он является, по отношению к протонам и нейтронам, на рис. 55. На рис. видно, что мезоны — не развёрнуты ни вверх, ни вниз, т. е. располагаются, одновременно — и над, и под плоскостью, делящей ядро на верхнюю и нижнюю части. Т. о. спин мезонов не может быть ни положительным, ни отрицательным (в отличие от спинов нейтронов и протонов). Этому соответствует только спин 0. Итак, теперь мы можем видеть наглядно и причину нулевого спина мезонов, по отношению к положительным и отрицательным полуцелым спинам нуклонов: в дополнение к объяснению спина 0 через взаимопротивоположные спины кварка и антикварка в мезоне, спин 0 объясняется самой ориентацией мезона в ядре (рис. 55).

Рис. 55

Дальнейшее рассмотрение ядерных полей — пока отложим.

Строение ядер изотопов второго ряда таблицы Менделеева

Помимо повторения закономерностей, выясненных ранее — у некоторых изотопов элементов второго ряда таблицы Менделеева, возникают свойства, не встречавшиеся у изотопов водорода и гелия (например, наличие гало-протонов). В целом, рассмотрение устройства ядер второго ряда таблицы Менделеева — позволит лучше убедиться в действии как выясненных закономерностей, так и дополнить их новыми (или, вернее, теми же, но применёнными к более тяжёлым ядрам).