Об особенностях ядерных спектров.

Простая универсальная модель ядерных сил. Дополнения.

Т.н. «зарядовая независимость» ядерных сил.

Насыщение ядерных сил, которое традиционно объясняется их короткодействием, в нашей модели является естественным следствием того, что связи образуются лишь между отдельными парами p ⁺- n ⁰. Традиционный подход утверждает совсем другое, а именно: ядерные силы попарно действуют между всеми нуклонами, находящимися достаточно близко друг от друга, и, более того, ядерные силы одинаковы для любой пары нуклонов: p ⁺- p ⁺, n ⁰- n ⁰ и p ⁺- n ⁰. Это свойство, называемое зарядовой независимостью ядерных сил, считается подтверждённым на опыте. Кратко остановимся на этом вопросе.

Убедительным свидетельством равенства ядерных сил в парах p ⁺- p ⁺ и n ⁰- n ⁰, считается сходство характеристик зеркальных ядер – число протонов в одном из которых равно числу нейтронов в другом, и наоборот. Например, картины уровней энергии у ядер Li⁷ и Be⁷ схожи, а ведь «отличаются зеркальные ядра только тем, что все (p-p)-связи заменены на (n-n)-связи и наоборот, тогда как число (p-n)-связей у них одинаково» [1]. Но заметим: такая логика основана на предварительном постулате о том, что ядерные силы в этих ядрах постоянно действуют между каждой парой нуклонов – а это, на наш взгляд, неверно.

Свидетельством же равенства ядерных сил, действующих между парами p ⁺- p ⁺ и p ⁺- n ⁰, считается равенство сечений рассеяния протонов на протонах и на нейтронах [2]. Но, на наш взгляд, сам факт рассеяния протонов в подобных экспериментах говорит о том, что их кинетическая энергия при взаимодействии с мишенями была больше той, при которой ещё могли бы «включиться» ядерные связи. И тогда результаты подобных экспериментов, полученные без участия ядерных сил, свидетельствуют всего лишь о том, что характерные пространственные размеры, соответствующие нуклонной несущей, у протона и нейтрона одинаковы.

Таким образом, «подтверждения» принципа зарядовой независимости ядерных сил оказываются весьма шаткими. Хуже того: если этот принцип был бы действительно справедлив, то составное ядро, хотя бы небольшое, можно было бы построить из одних протонов – но таких ядер не обнаруживается. Их и не может быть согласно нашей модели. Действительно, для связи протонов с протонами пришлось бы устраивать ядерные прерывания у одних протонов на одной фазе, а у других – на противоположной. Но мы не усматриваем способа безошибочного разделения группы протонов на две названные подгруппы, поскольку свободные протоны неразличимы. Отсюда, на наш взгляд, и следует объяснение того, почему не обнаруживается нуклонных комплексов, состоящих из одних протонов – и, соответственно, из одних нейтронов.

Об особенностях ядерных спектров.

Составные ядра имеют резонансные уровни энергии: при переходах между ними вниз излучаются характеристические g-кванты. Но расположение ядерных уровней энергии имеет ярко выраженные и до сих пор не объяснённые особенности.

Как известно, линии атомных спектров сгруппированы в серии – соответствующие разрешённым переходам на тот или иной нижний уровень с вышерасположенных уровней. В таких сериях линии сгущаются в характерных спектральных областях. Ничего подобного не наблюдается у ядерных спектров [9]. Уже в ранних экспериментах по ядерной спектроскопии обнаружилось примерное постоянство промежутков между ядерными уровнями. Так, при облучении кадмия рентгеновскими лучами с энергиями до 3.2 МэВ, особенности обнаружились «при энергиях 1.25(?), 1.68, 2.08, 2.56 и 2.97 МэВ… Подобные измерения с Ag^107,109, Au¹⁹⁷ и Ph¹⁰³ дали удивительно похожие результаты… Трудно понять наблюдаемое постоянство расстояний между уровнями, так как для тяжёлых ядер (например, для Au¹⁹⁷) при энергиях возбуждения от 2 до 3 МэВ расстояние между уровнями заведомо меньше, чем 0.4 МэВ. Ещё более удивительно, что для ядер с массами порядка 100 и 200 наблюдается… [одинаковое] расстояние между уровнями» [9]. Целочисленные соотношения между энергиями возбуждения обнаружились также «в спектре возбуждённого Fe⁵⁶, полученного в результате b-распада Mn⁵⁶ и Co⁵⁶ (энергии наблюдавшихся уровней равны 0.425× к МэВ, где к =2,3,5±1%), …в Ge⁷² с тремя g-переходами, энергии которых составляют 0.21× к МэВ, где к =3,4,10, и в Xe¹³⁰, возбуждённом в результате b-распада I¹³⁰ с g-переходами, энергии которых равны к ×0.107, к =4,5,7±1% МэВ… Изучение групп протонов и нейтронов в большинстве реакций типа (d,p) и (d,n) выявило, что вопреки ожиданиям, расстояние между уровнями не уменьшается, а практически остаётся постоянным до энергий возбуждения порядка 5 МэВ или более. Например, группы нейтронов из реакций F¹⁹(d,n)Ne²⁰ указывают на разности энергий последовательных уровней 1.5, 2.7, 1.3, 1.9, 1.7 и 1.1 МэВ… Группы протонов из реакций Ne(d,p), S³²(d,p) и Mn⁵⁵(d,p) показывают расстояния между уровнями: для Ne²¹ 0.31, 1.44, 1.08, 0.75 МэВ, …для S³³ 1.05, 1.12, 1.05 и 1.11 МэВ и для Mn⁵⁶ 1.01, 0.70, 0.71, 1.13 и 0.77 МэВ… Удивительным является то, что возбуждаемые уровни располагаются со столь правильными интервалами» [9] (ссылки на первоисточники опущены).

Заметим, что в цитированном раннем издании [9] речь шла, фактически, об особенностях главной структуры ядерных спектров. Впоследствии обнаружилось также тонкое расщепление главных ядерных уровней на множество подуровней – из-за чего, при излучательной ширине отдельного перехода всего в несколько эВ, полные ширины линий могут составлять сотни кэВ (см., например, [10]).

Перечисленные особенности ядерных спектров находят естественное объяснение в нашей модели – где они являются следствием резонансных соотношений в связанных нейтронах. Врезка на диаграмме иллюстрирует происхождение резонансных соотношений между частотами нуклонной несущей и ядерных прерываний: на полупериоде второй из них должно укладываться целое число полупериодов первой. При оценке результирующего промежутка между уровнями учтём следующее. Во-первых, для каждой связанной пары нейтрон-протон, частота ядерных прерываний соответствует удвоенной «энергии связи на нуклон». Во-вторых, для средних и тяжёлых ядер, энергия ядерных прерываний даже несколько больше удвоенной «энергии связи на нуклон» - из-за того, что «избыточные», на текущий момент, нейтроны являются свободными. Соответствующий поправочный коэффициент есть a =(r +1)/2, где r – отношение числа нейтронов к числу протонов в ядре. При энергии связи на нуклон в 8 МэВ и a =1.2, частота ядерных прерываний соответствует энергии 8 МэВ´2´1.2 =19.2 МэВ – будучи при этом равна 4.65×10²¹ Гц. Приращение частоты ядерных прерываний, при котором вышеназванное целочисленное соотношение изменяется на единицу, есть

DW_ЯД = (4.65×10²¹)²/2.27×10²³ = 9.53×10¹⁹ Гц.

Для нахождения результирующего промежутка между ядерными уровнями, полученное значение DW_ЯД следует, во-первых, умножить на два, поскольку это приращение частоты отразится как на нейтроне, так и на протоне, связанных на каждый текущий момент, и, во-вторых, его следует разделить на два, поскольку возбуждённое резонансное состояние может существовать, пока существует a-частичный комплекс – а на таких временах, для каждого из четвёрки нуклонов, ядерная связь (и её приращение) «работает» с половинным заполнением во времени. Результирующий искомый промежуток между уровнями должен соответствовать именно значению 9.53×10¹⁹ Гц, т.е. он должен составлять »0.39 МэВ – что вполне согласуется с опытными данными [9].

Аналогично, диаграмма иллюстрирует происхождение ещё одного резонансного соотношения, а именно: на периоде электронной частоты должно укладываться целое число периодов ядерных прерываний. При изменении этого целочисленного соотношения на единицу, результирующее разделение подуровней составит »13.6 кэВ.

Таким образом, ключевой тезис, позволяющий объяснить особенности ядерных спектров, звучит так: возбуждается не ядро в целом, возбуждаются отдельные a-частичные комплексы в нём.

Разумеется, наше объяснение особенностей ядерных спектров можно рассматривать лишь в качестве первого приближения. Но другие модели ядерных сил, насколько нам известно, не дают объяснения этих особенностей даже в первом приближении – ограничиваясь лишь классификацией ядерных уровней.