ОБОЛО́ЧЕЧНАЯ МОДЕ́ЛЬ ЯДРА́
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ОБОЛО́ЧЕЧНАЯ МОДЕ́ЛЬ ЯДРА́, модель атомного ядра, согласно которой составляющие ядро нуклоны движутся в едином потенциальном поле и находятся в определённых квантовых состояниях. Такое движение нуклонов напоминает движение электронов в атоме. О. м. я. сформулирована в 1949 М. Гёпперт-Майер и независимо от неё нем. физиками Х. Йенсеном, О. Хакселем и Х. Зюссом. Создание О. м. я. инициировано тем, что в 1930-х гг. была установлена высокая стабильность ядер, число нуклонов в которых равно одному из т. н. магических чисел (см. Магические ядра). О. м. я. является основой совр. представлений о структуре атомного ядра.
В атомном ядре, в отличие от атома, нет единого центра притяжения. Единое среднее потенциальное поле возникает в результате суммарного воздействия на рассматриваемый нуклон остальных нуклонов ядра. Согласно О. м. я. со сферически симметричным потенциальным полем, нуклоны, находящиеся в квантовых состояниях с одинаковыми энергией, орбитальным моментом количества движения l и полным моментом количества движения j, заполняют т. н. одночастичный уровень (подоболочку, орбиту, орбиталь). Протоны и нейтроны заполняют разные одночастичные уровни. Уровни заполняются последовательно, по мере увеличения их энергий с ростом числа нуклонов в ядрах. Последовательный характер заполнения уровней продиктован Паули принципом. Макс. число протонов либо нейтронов на одном уровне равно 2j+1. Уровни с близкими энергиями группируются в оболочки, отделённые друг от друга значит. энергетич. интервалами. Атомные ядра, в которых одни оболочки полностью заполнены, а другие пусты, обладают повышенной устойчивостью. Заполнение оболочек происходит, когда число протонов или нейтронов в ядре равно одному из магич. чисел (2, 8, 20, 28, 50, 82, для нейтронов также 126). Таким образом, О. м. я. объясняет высокую стабильность магических ядер.
В основном состоянии ядра нуклоны располагаются на уровнях с наименьшими энергиями. Переход ядра в возбуждённые состояния происходит, когда один или неск. нуклонов переходят с уровней наименьших энергий на уровни бóльших энергий. Положение нуклона на том или ином уровне определяет его квантовые характеристики – энергию, величины l и j, чётность. По этим данным, зная распределение нуклонов по уровням, можно вычислить некоторые характеристики всего атомного ядра. Т. о., в рамках О. м. я. могут быть определены значения моментов количества движения и чётностей большого числа основных и возбуждённых состояний разл. ядер. О. м. я. позволила понять распределение ядер, имеющих возбуждённые долгоживущие (изомерные) состояния, предсказать характеристики бета-распада ядер, приближённо вычислить значения магнитных моментов атомных ядер.
Наряду с воздействием среднего поля, в О. м. я., как правило, учитываются также т. н. остаточные взаимодействия между отд. нуклонами, которые не могут быть сведены к действию указанного поля. В частности, учитываются силы спаривания между двумя нуклонами одинакового типа, заполняющими один и тот же уровень, приводящие к тому, что полный момент количества движения такой пары равен нулю, а её чётность положительна.
Эксперим. исследования показывают, что в ядрах, далёких от т. н. линии бета-стабильности, могут исчезать «классические» магич. числа (напр., 20) и появляться новые магич. числа – 14, 16 и др. Указанное явление в рамках О. м. я. объясняется эволюцией оболочечной структуры при изменении числа нейтронов или протонов в ядре (при этом изменяются энергетич. положения отд. орбит, что может приводить к исчезновению и образованию значит. энергетич. щелей между ними).
Несмотря на успехи О. м. я. в описании структуры и свойств ядер, ряд эксперим. данных не может быть объяснён в её рамках. Для описания многих из них требуется учёт т. н. коллективных движений нуклонов (согласованного движения мн. нуклонов). В частности, ряд свойств деформированных ядер находят объяснение в рамках обобщённой модели ядра.