Мир вокруг нас - "Этэрнус" - Страница 29

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 — 3,5×10^–21 сек, бериллий-6 — 5×10^–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).

Рис. 84

Переходим, далее, к протонизбыточным изотопам азота:

Азот-10, первый изотоп элемента азота (см. табл. 9) — легко увидеть из аналогии с начальными изотопами лития и бора, т. е. других элементов также с нечётным числом протонов: подобно литию-4 и бору-7, азот-10 — можно представить в конфигурации с нуклонами только по одну сторону от плоскости симметрии, см. рис. 85. Выгода этого (т. е. механизма лития-4), рассматривалась ранее.

Таблица 9 ^[8]

Протоноизбыточные изотопы азота

Рис. 85

Это может объяснить и спин ядра азота-10, равный 2 (хотя в табл. 9 он и заключён в скобки, т. к. ещё не подтверждён, окончательно, в экспериментах). Спин 2 — может показывать, что имеется взаимная противоположность спинов протонов, находящихся в ядре на высоком энергоуровне (о чём уже упоминалось ранее).

Далее: Азот-11 — можно конфигурировать множеством способов, приводящих к спину 1/2, который он имеет. Неудивительно, что у этого ядра существует и изомер, тоже со спином 1/2 (см. табл. 9). Показательно резкое различие времён жизни углерода-10 (19,306 сек) и отличающегося от него всего одним добавленным нуклоном (протоном), азота-11 (550×10^–24 сек): видно, что протон, к углероду-10 — некуда добавлять (без переконфигурации ядра), поэтому образующаяся конфигурация азота-11, очевидно, будет сильно отличаться от углерода-10. Вероятная конфигурация основного состояния азота-11, и одна из конфигураций, претендующих на роль его изомера — показаны на рис. 86.

Рис. 86

Азот-12 — см. на рис. 87. Этот изотоп азота (как и изотопы более тяжёлых элементов) — строится уже без механизма водорода-6. Это можно обосновать тем, что рост числа нуклонов — постепенно снижает квантовую неопределённость положения боковых кластеров, а значит, выгоду от механизма водорода-6. Кроме того, увеличение связанности нейтронов в ядре, из-за роста числа протонов, тоже снижает квантовую неопределённость положения боковых кластеров и нейтронов, а значит, выгоду от механизма водорода-6. В итоге, становится выгоднее переход нейтрона в менее энергетичное (базовое) положение.

Рис. 87

Азот-13 — см. на рис. 88.

Рис. 88

Далее: Первым изотопом следующего элемента, кислорода — является кислород-12, см. табл. 10. Показательно, что неизвестно изотопа кислорода-10, что наглядно объясняется (геометрической) невозможностью добавления одного, а тем более двух протонов, к ядру углерода-8 (см. рис. 83).

Таблица 10 ^[8]

Протонизбыточные изотопы кислорода

Структура протонизбыточных изотопов кислорода — не несёт специфики, и может быть понята из уже рассмотренных изотопов более лёгких элементов: Так, кислород-12 — является аналогом азота-11, о чём свидетельствуют почти одинаковые времена полужизни этих изотопов (азот-11 — 550×10^–24 сек, кислород-12 — > 630×10^–23 сек). Сравнение их строения — показано на рис. 89.