Мир вокруг нас
Шрифт:
Далее: Итак, мы рассмотрели особенности внутреннего устройства протонизбыточных изотопов бериллия, и познакомились с тремя новыми видами радиоактивных распадов (двухпротонный распад, электронный захват и альфа-распад). Переходя теперь к протоноизбыточным изотопам следующего элемента, бора — мы вскоре познакомимся ещё с одним видом радиоактивного распада (b+ распад), вместе с которым, перечень основных видов радиоактивных распадов, которые претерпевают атомные ядра в природе — уже практически исчерпывается.
Итак, рассмотрим строение протонизбыточных изотопов бора:
Наиболее вероятную конфигурацию первого известного изотопа бора, — бора-7, можно видеть на рис. 79. Так же как и в ядре лития-4, в ядре бора-7 — все нуклоны сосредоточены по одну сторону от плоскости симметрии ядра, что подтверждается,
Рис. 79
Таблица 7 [8]
Протоноизбыточные изотопы бора
Рис. 80
Время жизни бора-7 (570x10–24 сек) и канал распада (вылет одного протона), также, в общем, аналогичны литию-4. (Распад обоих элементов, при этом, можно представить через «виртуальные» стадии, но не будем на том останавливаться).
Следующий протонизбыточный изотоп бора, бор-8 — даёт нам возможность, впервые познакомиться с явлением гало-протона [20]. Зная основы наглядных представлений о ядрах — несложно выяснить наглядную структуру бора-8, и увидеть гало-протон как неизбежное следствие геометрии, см. рис. 81.
Рис. 81
Как видно, гало-протон, в конфигурации ядра на рис. — это протон, находящийся в составе кластера дейтерия, нейтрон в котором — не спарен с другим нейтроном, что ещё больше снижает связь протона, которая и так слаба (связь нуклонов в кластере дейтерия, как уже отмечалось, гораздо слабее, по сравнению с кластерами трития, гелия-3 или альфа-кластером, поэтому, забегая вперёд, отметим, что ядра с дейтериевыми кластерами — явление крайне редкое (как увидим далее)). Т. е. везде, где это возможно, в ядрах формируются кластеры трития, гелия-3 или альфа кластеры, вместо дейтериевых (что значительно облегчает поиск (выбор) правильных конфигураций, для изотопов ядер элементов). Но в ядре бора 8, конфигурация с гало-протоном — реализуется за неимением лучших альтернатив, а именно: т. к. в верхней части ядра — нет места для третьего протона (учитывая, что протоны стремятся располагаться по одну, а нейтроны — по другую сторону ядра, что выгодно для ядер с нечётным числом протонов или/и нейтронов). Это объясняет и высокий спин ядра бора-8 (равный 2).
Заметим, что ядро бора-8 — оказывается аналогично, по структуре, ядру дейтерия (которое рассматривалось ранее). Действительно, ядро дейтерия — обладает аномально высоким радиусом, и также может быть отнесено к гало-ядрам, хотя тип гало (нейтронное или протонное), в нём — не
Бор-8, как протоноизбыточный изотоп, претерпевает радиоактивный распад, а именно — b+ распад (с которым — встречаемся впервые). Связь протона в ядре бора-8 — немного выше, чем энергия его перехода в базовое состояние вне ядра, что делает распад с вылетом протона — невыгодным; т. о. возможны лишь такие каналы распада как электронный захват или b+ распад (которые — конкурируют друг с другом [8]). При b+ распаде, протон превращается в нейтрон, испуская позитрон и нейтрино. Как и b– распад, b+ распад — процесс медленный (точнее, маловероятный), что объясняет резкое увеличение времени жизни бора-8 (770 мс), по сравнению с соседними изотопами бора (см. табл. 7).
Далее: Бор-9, по структуре — схож с бором-8, однако добавляемый нейтрон — связывает в нём гало-протон, так что он перестаёт быть гало-протоном, и становится прочно связанным в выгодном кластере трития, как показано на рис. 82.
Рис. 82
Причина расположения добавляемого нейтрона не на базовом энергоуровне, а на более высоком — очевидна из ряда причин: это и связывание с нижним протоном, как уже говорилось, превращающее кластер дейтерия в более выгодную, тритиевую структуру, и то, что отдаление кластера трития (из-за квантовой неопределённости положения), благодаря незанятости базового уровня — оказывается запрещено (иначе образуется дырка). (По тому же механизму, было запрещено и отдаление кластера дейтерия в боре-8, что давало некоторую выгоду). Благодаря этому, такие конфигурации ядер бора-8 и -9, наиболее выгодны.
Рассмотрим теперь, с каких изотопов начинается следующий элемент, углерод. Первым протонизбыточным изотопом углерода — является углерод-8, см. табл. 8. Структура его — уже упоминалась ранее, и показана на рис. 83. Как видно, ядро углерода-8 — представляет собой красивую, полностью замкнутую структуру. Забегая вперёд, скажем, что эта красота и замкнутость, обусловлена тем, что в углероде-8 — полностью заполнены первые два энергоуровня для нуклонов (т. е. базовый (= нулевой), и первый). (Энергоуровни в ядрах — будем рассматривать, подробнее, позже).
Таблица 8 [8]
Протоноизбыточные изотопы углерода
Рис. 83
Процесс распада углерода-8 — аналогичен распаду, близкого по строению, ядра бериллия-6 (о котором говорилось ранее), и тоже протекает с вылетом двух протонов (табл. 8). Неудивительно, что времена полужизни данных изотопов — также близки (углерод-8 — 3,5x10–21 сек, бериллий-6 — 5x10–21 сек).
Дальнейшие протонизбыточные изотопы углерода — не несут особой специфики и большого познавательного интереса, поэтому просто представим их вероятное строение, не вдаваясь в подробности, см. рис. 84. С учётом рассмотренных ранее правил и примеров, можно легко объяснить свойства этих изотопов, и обосновать выгоду образования именно таких конфигураций, какие представлены на рисунке (т. е. обосновать, что это — базовые, а не возбуждённые состояния данных изотопов).