Коллега. Известно, что лауреат Нобелевской премии 1963 года Мария Гепперт-Майер предложила ещё в 1951 году оболочечную модель атомного ядра, основанную на боровской теории электронной структуры атома, согласно которой каждый электрон движется в усреднённом потенциальном поле и занимает лишь одно положенное ему устойчивое состояние с наименьшей энергией.
Вы правы, мой друг. Марие Гепперт-Майер действительно удалось создать простую и наглядную (anschaulich) модель ядерных оболочек, основанную на так называемой, «электронной структуре атома», согласно которой соответствующее число электронов распределяется в потенциальном поле атома на самом нижнем энергетическом уровне так, что соблюдается принцип Паули – «каждую орбиту может занимать лишь один электрон с заданным направлением спина».
Справка: Спин (от англ. spin – вращаться, вертеться), собственный момент количества движения элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого. При введении понятия «спин» предполагалось, что электрон можно рассматривать как «вращающийся волчок», а его «спин» – как характеристику такого вращения. Спин измеряется в единицах постоянной Планка (h) и равен jh, где j – характерное для каждого сорта частиц целое (в т. ч. нулевое) или полуцелое положительное число, называемое спиновым квантовым числом. Соответственно говорят, что частица обладает целым или полуцелым спином. Например, фермионы (электрон, протон, нейтрон) имеют полуцелый спин: 0,5h.
Что же касается ядер, то здесь основное состояние должно заполняться уже не только протонами, но и нейтронами. Поэтому, Мария Гепперт-Майер допустила, чтобы на одном и том же уровне находился уже не один фермион, как того требует принцип Паули, а два (нейтрон и протон). Нам неизвестно, как автор модели расположила эти фермионы относительно друг друга, но выводы, сделанные на основе её модели, хорошо согласуются с экспериментальными данными.
Волновая теория поля, в отличие от модели Марии Гепперт-Майер, допускает присутствие в одной оболочке трёх (!) наборов нейтронных, протонных (или смешанных) волн. При этом, на одном уровне могут присутствовать не только наборы основных волн, но и их «дубли».
Пример: У радона (Rn) на третьей оболочке M (см. таблицу 4) размещён один набор протонных волн с гармониками: 3s – первая гармоника с двумя протонами, 3p – третья с шестью и 3d – пятая, с десятью протонами. Здесь же находятся ещё и два (основной и «дубль») аналогичных по составу гармоник набора нейтронных волн. Аналогия наблюдается и в других оболочках.
Векторы орбитальных моментов каждого набора протонных и нейтронных волн в одной оболочке представляют собой координатные оси X, Y, Z, выходящие из центра сферы, что способствует образованию формы ядра, похожей на сферическую. Представьте себе три одинаковых тора (проще – бублика), расположенных перпендикулярно друг другу.
Однако форма тяжёлых ядер (особенно – у «лантаноидов» и «актиноидов») напоминает эллипсоид вращения и это объясняется тем, что седьмая гармоника нейтронных волн в четвёртой и пятой оболочках (4f и 5f) не имеет «дубля», а в шестой оболочке не имеют «дублей» третья и пятая гармоники: 6p и 6d (см. таблицу 3).
Следует отметить ещё одну особенность: протонные волны, интерферируя с электронными, образуют нейтронные стоячие волны. При этом, массы электронов и протонов суммируются, а их электрические заряды компенсируются. Однако масса нейтрона заметно больше масс протона и электрона вместе взятых, поэтому на их синтез затрачивается некоторая энергия. Распад нейтрона (ß – распад), наоборот, высвобождает эту энергию.
Эта особенность объясняет исчезновение протонной волны первой гармоники в оболочке K уже в третьем периоде (см. таблицу 2). Протон совместно с электроном, образуют здесь «дубль» нейтронной волны. В результате, в данной оболочке формируется остов ядра из одних нейтронов с гармониками 1s, 1s и 1s (см. таблицу 4). Аналогично исчезает и первая гармоника протонной волны в следующей оболочке L. В последующих оболочках исчезают подобным образом только «дубли» протонных волн.
Примечание:
1. Потенциальное поле вокруг атомного ядра представляет собой стоячие волны с набором нечётных гармоник (1-я, 3-я, 5-я и 7-я), количество которых в каждом наборе определяет главное квантовое число n. Волны распределены по оболочкам K, L, M, N, O, P и Q. Здесь каждая оболочка представляет собой эквипотенциальную поверхность, а каждая полуволна обладает квантом электрического заряда (заряд электрона) и квантом массы поля (масса электрона). Такую полуволну мы называем электроном.
Распределение электронов по оболочкам дано в таблице 1.
2. Протонная полуволна тоже обладает квантом электрического заряда (заряд электрона, но с положительным знаком) и квантом массы вещества (атомная единица массы). Такую полуволну мы называем протоном.
Распределение протонов по оболочкам в ядре дано в таблице 2. Здесь указаны завершающие гармоники для «магических» чисел (2, 8, 20, 28, 50, 82, 114).
3. Распределение нейтронов по оболочкам в ядре дано в таблице 3 с указанием «магических» чисел (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126).
4. Периодическая система элементов Менделеева с отражением электронных, протонных и нейтронных оболочек приводится в таблице 4.
Из доклада на Международной научной конференции MSCMP 2010
17 сентября 2010 года (10 часов 50 минут – 11 часов 25 минут)
Академия Наук Республики Молдова
Кишинев, ул. Академическая, 5А (Актовый зал – 1 этаж)
Докладчик – Пивоваров Валерий Иванович
