Мир вокруг нас

Этэрнус

Рис. 135

Полностью заполняется 3p-энергоуровень — в изотопе элемента, завершающего третий ряд таблицы Менделеева (табл. 22), это — аргон-36, см. рис. 136. В структуре ядра аргона-36, нужно уже учитывать, что некоторые из альфа-кластеров — должны повернуться, чтобы не мешать расположению друг друга геометрически, т. к. без поворота, они — немного заходили бы за плоскость симметрии, см. рис. 137.

Рис. 136

Рис. 137

При

этом, если поворот совершат только альфа-кластеры третьего энергоуровня, то они, уже не пересекая плоскость симметрии, всё равно будут мешать расположению друг друга, как показано на рис. 138.

Рис. 138

Пригодная структура — возможна только в случае на рис. 139. На рис., поворот делает альфа-частица 2-го энергоуровня в одной части ядра, и альфа-частица 3-го энергоуровня — в другой.

Рис. 139

Все эти повороты альфа-частиц, были проведены одинаковым образом: строго вокруг мест прикрепления альфа-частиц друг к другу (т. е. после поворота, нейтроны крепятся друг к другу теми же частями, что и до поворота (например, отрицательно заряженные кварки dd одного нейтрона — к положительному кварку u другого)). Такой поворот — можно сказать, находится в некоторой аналогии с поворотами в структурах молекул, т. е. с возможностью молекулы менять т. н. конформацию.

В целом, структура аргона-36, как видно — является аналогом неона-20 (рис. 129), а заполнение энергоуровней — продолжает быть симметричным заполнению электронами энергоуровней атома. (О схожести (аналогичности) структур неона-20 и аргона-36 — свидетельствует в т. ч. близость энергии, выделяющейся при их образовании (в ядерных реакциях), о чём, подробнее — позже).

Далее: Для атома, после заполнения 3p-подуровня — следует 4s (два электрона), а затем — 3d-подуровень, с десятью электронами. Для ядра, если аналогичный, 3d энергетический уровень имеется в ядре, он соответствовал бы 20 нуклонам, а значит, 5 альфа-частицам (т. е. нечётному числу альфа-частиц). Это означает, что одна из альфа частиц 3d-подуровня (пятая) — должна принадлежать, одновременно, и верхней, и нижней частям ядра, т. о. пополам разделяясь плоскостью симметрии (аналогично энергоуровню 1s). Как ни удивительно, но именно такой, неизбежно оказывается одна из альфа-частиц, присоединяемых далее — см. рис. 140. Альфа-частица, располагаясь, как показано на рис., действительно, будет пересекаться плоскостью симметрии ровно пополам. Из этого, легко предположить, что эта альфа-частица принадлежит 3d-подуровню.

Рис. 140

Кроме того, очевидно, что данная альфа частица тянет кварковую плотность нейтронов в сторону, противоположную альфа частице базового энергоуровня,

что должно снижать энергию связи нуклонов. Из этого, можно предположить, что она должна заполняться последней, среди других альфа частиц 3d-подуровня. Если предположить, где располагаются остальные альфа-частицы 3d подуровня — можно наглядно увидеть ядро никеля-62, обладающее наивысшей, среди известных (тысяч) ядер, энергией связи, см. рис. 141.

Рис. 141

В ядре никеля-62, помимо частично заполненного 3d-энергоуровня, также, естественно, полностью заполнен 4s-энергоуровень, который должен заполняться ещё раньше, чем 3d, см. табл. 23 и рис. 141.

Таблица 23 ^[IV]

Порядок заполнения энергоуровней в атоме, 1-е четыре ряда таблицы Менделеева

< image l:href="#"/>

Заполнение 3d-энергоуровня (электронами), впервые полностью завершается — у элемента цинка (табл. 22, 23), а значит, и в ядре, т. е. именно в нём впервые появляется невыгодная (= пересекаемая плоскостью симметрии), последняя альфа-частица 3d-подуровня: пример — изотоп цинка-64, строение которого показано на рис. 142. Заполнение маловыгодной альфа частицы, у цинка — приводит к тому, что энергия связи нуклонов в таблице Менделеева, начинает снижаться именно с ядер цинка, и максимальна, как уже отмечалось — у предыдущего чётного элемента, никеля (⁶²Ni).

Рис. 142

Далее, аналогично порядку заполнения энергоуровней в атоме, приходит черёд заполнения 4p-энергоуровня: При этом, в ядре образуются четыре альфа-частицы 4sp-энергоуровня, и получается ядро криптона-72, — изотопа элемента, завершающего четвёртый ряд таблицы Менделеева (табл. 22), см. рис. 143.

Рис. 143

Итак, вплоть до криптона, т. е. до конца четвёртого ряда таблицы Менделеева, симметрия электронных и ядерных энергоуровней — прослеживается (возможна).

О трансляционной симметрии в ядре

В продолжение рассмотрения ядер, остановимся, подробнее, на строении (нейтронизбыточных и стабильных) изотопов второй половины 4-го ряда таблицы Менделеева, т. е. от никеля до криптона (табл. 22). Чтобы подойти к строению всех этих ядер, нужно сперва познакомиться с явлением трансляционной симметрии в ядре:

Трансляционная симметрия, как понятие — это повторяемость какой-либо структуры, через равные пространственные промежутки. Трансляционной симметрией — обладают, например, кристаллы, т. к. кристаллическая структура и заключается в регулярной повторяемости т. н. ячейки кристаллической решётки, в пространстве.

Определённой трансляционной симметрией обладает и атомное ядро. Это становится очевидным, при рассмотрении тяжёлых ядер: Возьмём в пример, уже упоминавшийся ранее, изотоп криптон-72, см. рис. 144. Альфа-частицы, обозначенные на рис. стрелочками — имеют одинаковую ориентацию в ядре. Т. о. ориентация альфа-кластеров — полностью повторяется с определённым пространственным шагом. Это — и есть трансляционная симметрия.