Кластерлі ядролардың әрекеттесуі



Соңғы онжылдықта ядролық физика саласында көптеген жаңалықтар ашылуда және ядролардың қасиеттері мен ядролық реакциялар механизмдерін зерттеуде әртүрлі бағыттар пайда болды. Барлық белгілі ядролар белгілі бір дәрежеде зерттелініп жатыр. Ядролық реакциялардың механизмдері мен ядролардың ішкі құрылымы туралы ақпарат алуға мүмкіндік беретін үлкен тәжірибе материалы жинақталды, бірақ әліде болса, барлық байқалғанфизикалыққұбылыстар теориялық сипаттамасын алған жоқ. Зерттелініп жатқан қызықты тақырыптар ішінде кластерлі ядролардың альфа бөлшектермен өзара алмаса отырып, әрекеттесулері.

Кілт сөздер: альфа-бөлшектер, кластерлі ядролар, көміртек, литий гелий, нуклондар, ядро.

За последнее десятилетие было сделано много новых открытий в ядерной физике, и были разработаны различные направления для изучения свойств ядер и механизмов ядерных реакций. Все известные ядра исследованы в определенной степени. Накоплен большой опыт, позволяющий получить информацию о механизмах ядерных реакций и внутренней структуре ядер, но не все наблюдаемые физические явления получили теоретические описания. Интересными темами являются взаимодействия между кластерными ядрами при передаче альфа-частиц.

Ключевые слова: альфа-частицы, кластерные ядра, углерод, литий, гелий, нуклоны, ядро.

Ядролық физиканың дамуымен бірге ядролық күштердің табиғатының мәселесімен тығыз байланысты ядро құрылымына байланысты сұрақтар күн сайын маңызды бола түсуде. Осы саладағы білімдердің жинақталу деңгейі бойынша өзекті мәселелерді орналастыру идеясы барған сайын күрделеніп келеді. Кейбір фактілер нуклондардың өзара әрекеттесуі атом ядросының квазимолекулярлық құрылымына әкелетіндігін көрсетеді. Атап айтқанда, -бөлшектер құрылымы көптеген ядроларда бар. Мұндай ядро гелий(⁴He) ядроларынан тұратын жүйе болып табылады. Кластерлік құбылыстың механизмі мен ерекшеліктерін анықтау ядролық құбылыстарды зерттеудегі маңызды аспекттердің бірі.

Ядролардың кластерлену пайдасына бірнеше фактілерді жатқызуға болады. Біріншіден, APII (артқа қарай аномальды шашырау), яғни, аномальды түрде үлкен, бірақ қарапайым потенциалды шашырауға қарағанда, бөлшектердің үлкен бұрыштармен шашырау қимасы, 4-тен 30 МэВ дейінгі диапазонда, бөлшектердің энергиясында резонанстардың болуы. Екіншіден, үлкен бұрышты шашыраңқы электрондардың бұрыштық тәуелділіктерін талдау арқылы анықталған қабықшасының жеңіл ядролары үшін нақты зарядтардың таралуы. Үшіншіден, тікелей реакциялар және ауыр иондардың шашырауы.

Ядрода кластерлердің болуы тәжірибе жүзінде байқалатын құбылыстарға әкеледі: осы кластерлердің шығарылуымен ыдырау ықтималдығының жоғарылауы, осы кластерлердің берілуімен реакцияның қимасының жоғарылауы [1, 240 стр.]. Мынандай ядролық реакцияны қарастырайық:

¹²C + ⁶Li → ¹⁶O + ²H (1)

Бұл реакцияда ¹²C альфа-бөлшекті ⁶Li-дан қабылдап, ¹⁶O-ға түрленеді.

¹²C + ⁶Li→⁸Be+¹⁰B (2)

(2)-ші реакцияның шығу реакциясындағы элементтердің (1)-ші реакциядан мүлдем өзгеше болуының себебін анықтау үшін, ¹²C элементі тұтас тұрақты элемент болуы мүмкін, сол себепті (1)-ші теңдеуде көміртек басқа бөлшектерге ыдырамаған. Қарсы жағдай, көміртек екі элементтен құралса, және олар әлсіз байланысқан болса, ыдырайды. Мысалы, ¹²C көміртек ¹⁰B мен ²H сутек изотопынан құралған жағдайда, атқылаушы бөлшек әсерінен, осы екі элементке бөлінеді, оны біз (2)-ші теңдеуде көреміз. Литий сутек изотопын қосып алып, ⁸Be — ге айналғаны көрініп тұр.

Келесі суретте (2)-ші теңдеу көрсетілген.

Сурет 1. ¹²C + ⁶Li→⁸Be+¹⁰B реакциясының сызбалық нұсқасы

Әдетте, кластерлік күйлер ядролардың беткі қабаттарында пайда болады. Бұл ядроның барлық нуклондарынан түзілетін орташа ядролық өрістің немесе күштің ядроның бетінде әлсіреуіне байланысты. Нәтижесінде нуклондар арасындағы тартылу күші ядроның центрлік өрісінен қуаттырақ болады, және бұл нуклондардың топтасуына әкеледі. Алайда, бұл әсерлердің нақты сипаттамасы ең жеңіл ядролар жағдайында ғана жүзеге асырылуы мүмкін. Жалпы алғанда, кластерлік ядро модельдері ең көп таралған негізгі қабықша моделі мен жалпыланған ядро моделіне қарағанда азырақ беріктік дәрежесіне ие.

Келесі әрекет «Nuclear Wallet Cards» есептеу прграмасын қолдана отырып, (1)-ші және (2)-ші теңдеулердегі элементтер жайлы кесте түрінде ақпараттарды көрсетемін.

Кесте 1

Көміртектің E_байл байланыс, ε жеке энергияларын, және δ байланыс энергияларының айырмасын көрсететін кесте

Элем. Z	Z	N	A	Eбайл Мэв	ε Мэв	δ Мэв
C	6	6	12	92.1633	7.6803	2.3526

Келесі кестеде ¹²С көміртектің ¹⁰В бор мен ²H сутек изотопына ыдыраған кездегі реакция шегі энергиясы, жалпы реакция энергиясы есептеліп, көрсетілген.

Кесте 2

Реакци шегі көрсетілген

Енгізілген параметрлер	Элемент	Z	A	Масса А.е.м
Ядро-нысана	12С	6	12	12,0107
Ұшып шыққан бөлшек 1	2H	1	1	2,01416
Ұшып шыққан бөлшек 2	10B	5	5	10,811
Реакцияда пайда болған бөлшек	8Be	4	4	8,0212182
Реакция шегі, Мэв	27.44462
Реакция энергиясы, Мэв	-27.41102(38)

Ауыр кластерлері бар ядроларда бар. Мысалы, ықтималдығы жоғары кейбір қоздырылған күйлердегі ²⁴Mg, ол ¹²С + ¹²С екі көміртектен тұруы мүмкін. Мұндай құрылымдар ядролық квазимолекулалар деп аталады [1, 241 стр.].

Бұл реакциялар ерекше механизмді көрсетеді. Бос құрылымы бар ядролармен синтезделу реакциясы кластерлердің әрекеттесуі. Қосылу реакциялары, біздің көзқарасымыз бойынша, өзара әрекеттесудің осындай ерекшеліктерімен байқалады, ол кластердің берілу реакцияларына арналған көлденең қиманың үлкендігінде, сонымен қатар синтездің толық реакцияларында көрінеді, және ол көптеген бос жұптасқан кластерлі ядроларға тән.

Әдебиеттер:

1. Оглоблин А. А. КЛАСТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ЯДРА // Большая российская энциклопедия. Том 14. Москва, 2009, стр. 240–241.