Мир вокруг нас - "Этэрнус" - Страница 28

Рис. 77

У следующего протонизбыточного изотопа, бериллия-8 — период полураспада резко падает, и составляет всего 8,19×10^–17 сек. В природе — не существует стабильных или близких к стабильности, изотопов, с массовым числом (т. е. числом нуклонов) 8, и бериллий-8 — не исключение. Причину этого — можно видеть в наглядной геометрии ядра, что становится возможно лишь на постнеклассическом этапе:

Для ядра бериллия 8, геометрически невозможно построить конфигурацию, которая была бы выгодной, в отношении связывания протонов и нейтронов, по сравнению с двумя свободными альфа-частицами, на которые бериллий-8 распадается. Наиболее вероятный вариант основного состояния бериллия-8 — показан на рис. 78. Этот вариант соответствует требованию симметричности, которое исходит из того, что ядра с чётным числом протонов и нейтронов (т. н. чётно-чётные ядра), во всей таблице Менделеева — имеют спин 0, самое простое объяснение чему — симметричное устройство этих ядер (т. е. зеркальная симметрия между верхней и нижней частью ядра).

Рис. 78

В данном случае, в симметричном строении ядра бериллия-8 — неизбежно наличие кластеров дейтерия. А как известно, связь протона и нейтрона в дейтерии — является наиболее слабой (по сравнению с альфа-частицей, тритием и гелием-3, в т. ч. как кластерами), см. табл. 6. Поэтому протоны в кластерах дейтерия, в бериллии-8 — довольно слабо связаны с нейтронами (хотя эта связь и несколько усиливается спаренностью нейтронов, т. о. связывая один боковой нейтрон, протон связывается и со спаренным нейтроном). С нейтронами же в базовом положении (= нейтронами альфа-частицы, или кора) — эти протоны уже почти не связаны. При этом, находясь на высоком энергоуровне, эти (боковые) протоны, в условиях достаточно слабой связанности с нейтронами — оказываются в состоянии перейти на базовый энергоуровень вне ядра, в случае которого, они захватывают и боковые нейтроны, с образованием т. о. ещё одной альфа-частицы (вне ядра). Ядро бериллия-8 — действительно, распадается путём раскола на две альфа-частицы (вернее, бериллий-8 — испускает альфа-частицу, превращаясь в альфа-частицу, что является примером альфа-распада (с ним — мы сталкиваемся впервые)).

Таблица 6 ^[18]

Энергии связи ядер дейтерия, трития, гелия-3 и гелия-4

Примечание: запятая тут — отделяет тысячи

На неклассическом этапе, ядро бериллия-8 — нередко пытались представить как систему из двух сильно взаимодействующих (связанных) альфа-частиц [19]. Постнеклассически же, наглядно видно, что до распада, ядро бериллия-8 — не состоит из двух альфа-частиц: вторая альфа-частица — образуется лишь в процессе распада.

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, в частности, высоким значением спина бора-7 — 3/2 (хотя это значение спина, пока не установлено с достаточной достоверностью), см. табл. 7. Альтернативные конфигурации со спином 3/2 — отсутствуют. А в наиболее симметричной конфигурации (со спином 1/2), которая представлена на рис. 80 — содержится неуравновешенный боковой протон, что является невыгодным (т. к. он уменьшает связь базового протона с нейтроном), поэтому такая конфигурация — не образуется (или образуется как возбуждённое состояние). В конфигурации же со спином 3/2 (т. е. односторонней, показанной на рис. 79), протоны тянут кварковую плотность нейтронов, частично в одну сторону, что выгодно (и подобно ядру лития-4). Выгода образования конфигурации с таким, односторонним расположением нуклонов (механизм лития-4), встречается, помимо ⁷B, и в более тяжёлых ядрах (которые рассмотрим позже).

Рис. 79

Таблица 7 ^[8]

Протоноизбыточные изотопы бора

Рис. 80

Время жизни бора-7 (570×10^–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 уточняется [20] (т. к. в этом ядре — всего два нуклона). Только на постнеклассическом этапе, можно увидеть, что механизм существования дейтерия как гало-ядра — осуществляется по типу наличия гало-протона, а не гало-нейтрона.