Мир вокруг нас - "Этэрнус". Страница 37

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

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.

Рис. 144

Теперь применим требование трансляционной симметрии к альфа-частицам 4sp-энергоуровня: это приведёт к повороту этих альфа-частиц, как показано на рис. 145. При этом повороте, альфа-частицы связываются через нейтроны 3d-альфа-частиц, обычным способом. После поворота, они могут выгодно уравновесить нейтроны, добавляемые в положения, обозначенные на рис. 146. При повороте — также открываются ещё по четыре дополнительных места, для непосредственного связывания нейтронов (= связывания их с альфа-кластерами), см. рис. 147. Неудивительно, что криптон-84 — стабилен (хотя стабильность также объясняется ростом выгоды от избытка нейтронов (которых в ⁸⁴Kr — уже на 12 больше, чем протонов)), см. табл. 24. Этим (т. е. возможностью присоединения всех нейтронов непосредственно к альфа-кластерам, в условиях растущей выгоды от избытка нейтронов), можно объяснить также наибольшую энергию связи этого ядра, среди других изотопов криптона, см. табл. 25.

Рис. 145

Рис. 146

Рис. 147

Таблица 24 ^[8]

Стабильные изотопы и изотопы с периодом полураспада, превышающим время, прошедшее от Большого Взрыва (13,8×10⁹ лет), криптона

Примечания:

- жирным выделены времена полураспада > 1,38×10¹⁰ лет

- ядерные изомеры — опущены

Таблица 25 ^[18]

Изотопы криптона, с наибольшей энергией связи, и смежные к ним

Рассмотрим строение и более тяжёлых изотопов данного элемента:

Ядро криптона-86 — показано на рис. 148. Видно, что протоны из невыгодной 3d-альфа-частицы — перешли на более высокий энергоуровень, эффективно связав два дополнительных нейтрона с образованием кластеров трития (и дополнительно уравновесив нейтроны, расположенные напротив), поэтому энергия связи в криптоне-86 — оказывается лишь немного меньше, чем в наиболее энерговыгодном криптоне-84 (табл. 25). Надо заметить, что к такому переходу — способны протоны только невыгодной 3d-альфа-частицы (т. е. пересекаемой плоскостью симметрии), и в меньшей степени (как увидим далее), протоны ближнего (вернее, правого) 3sp-альфа-кластера, и никакие другие протоны, т. к. иначе получалось бы расположение кластера трития на кластере трития, что запрещено (т. к. крайне энергетически невыгодно), и ни в одном ядре — не встречается.

В следующем изотопе, криптоне-88, энергия связи нуклонов значительно падает (табл. 25), т. к. дополнительные нейтроны теперь могут быть присоединены только в менее энерговыгодные положения, — без непосредственной связи с альфа-частицами / в выгодных кластерах, либо благодаря переходу протона из правой альфы 3sp-энергоуровня. Наилучшим из возможных расположений добавляемых нейтронов, представляется показанное на рис. 149.