Кластерная модель ядра

КЛАСТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ЯДРА (модель нуклонных ассоциаций), модель атомного ядра, предполагающая, что нуклоны в ядре объединяются в связанные группы - кластеры. Возникла в начале 1930-х годов как α-частичная модель лёгких ядер с чётным и равным друг другу числом протонов и нейтронов (12С, 16О и т. п.). Аргументом в пользу создания кластерной модели ядра явилась аномально большая устойчивость α-частицы, в которой энергия связи нуклона составляет около 20 МэВ (по сравнению с около 7 МэВ в большинстве ядер). В первых кластерных моделях ядра изображались как геометрические фигуры (треугольник для ядра 12С, тетраэдр для 16О и т. д.), в углах которых расположены α-частицы.

К началу 21 века явление кластеризации нуклонов хорошо установлено экспериментально. Наиболее распространены α-частичные кластеры, представляющие собой объединения четырёх нуклонов, не обязательно обособленных пространственно. Наличие кластеров в ядре приводит к экспериментально наблюдаемым явлениям: повышению вероятности распадов с вылетом данных кластеров, возрастанию сечений реакций с передачей данных кластеров (например, α-частицы в реакции 12С + 6Li→16О + 2Н), наблюдению квазисвободного рассеяния нуклонов на подструктурах в ядре-мишени и др.

Реклама

Наиболее ярким примером α-кластерного ядра, лучше всего отвечающего первым α-частичным моделям, является 8Ве. Его нижние энергетические уровни соответствуют вращению двух слабо перекрывающихся α-частиц вокруг общего центра тяжести. Других состояний (до энергий возбуждения около 17 МэВ) у данного ядра нет, т. е. α-частицы практически не возмущены. Вращательные спектры, отвечающие конфигурации «остов + α-частица» (например, 160 + α), установлены и для ряда других лёгких ядер. Известны ядерные состояния, содержащие и более тяжёлые кластеры. Например, ядро 24Mg в некоторых возбуждённых состояниях с большой вероятностью может быть представлено как система 12С + 12С. Такого рода структуры называют ядерными квазимолекулами.

Как правило, кластерные состояния возникают на поверхности ядер. Это объясняется тем, что среднее ядерное поле, сформированное всеми нуклонами ядра, на его поверхности ослабевает. В результате так называемое остаточное взаимодействие между отдельными нуклонами во многих случаях оказывается сильнее воздействия среднего ядерного поля, что приводит к группированию нуклонов. Однако точное описание этих эффектов может быть проведено только в случае самых лёгких ядер, так как требует решения задачи многих тел с учётом реального нуклон-нуклонного взаимодействия. В целом кластерные модели ядра обладают меньшей степенью строгости, чем наиболее распространённые оболочечная модель ядра и обобщённая модель ядра.

Лит.: Вильдермут К., Тан Я. Единая теория ядра. М., 1980.

А. А. Оглоблин.

Связанные статьи