Чтение онлайн

1) протоноизбыточные ядра (для лития — это литий-4 и литий-5, распадающиеся с вылетом протонов);

2) стабильные изотопы (литий-6 и литий-7);

3) нейтроноизбыточные ядра (изотопы от лития-8 до лития-13, распадающиеся путём b– распада или/и с вылетом нейтрона(ов), см. табл. 4).

Таблица 3

1-й и 2-й ряды таблицы Менделеева

Таблица 4 [8]

Изотопы лития

Примечание: m, n — ядерные изомеры

Итак, начнём с рассмотрения легчайшего изотопа лития — лития-4. Это — нестабильный (протоноизбыточный) изотоп, спин которого равен 2. Его строение, объясняющее это значение спина — показано на рис. 56. Видно, что все нуклоны в этом ядре — находятся по одну сторону от плоскости, делившей ядра водорода и гелия на верхнюю и нижнюю части. Также видно, что два протона в ядре лития-4 — находятся на более высоком энергетическом уровне, в то время как место для протона на базовом энергоуровне — пустует. Причина выгоды именно такой конфигурации — заключается в том, что (боковые) протоны — тянут кварковую плотность нейтрона частично в одну сторону, по отношению к (базовому) протону, в отличие от конфигураций, представленных (в сравнении с данной), на рис. 57.

Рис. 56

Рис. 57. Обычная, и примеры неправильных конфигураций лития-4, вид сбоку (схематично)

Вообще, стоит обратить внимание, что литий-4 может существовать — только как такая, как бы возбуждённая конфигурация, т. е. с отсутствием протона в базовом положении. Построить конфигурацию лития-4, которая была бы сколь-нибудь выгодна нуклонам — можно только одну, и именно она имеет спин 2. Все другие конфигурации — имеют меньший спин (в них, как уже было показано, протоны тянут кварковую плотность нейтрона в противоположные стороны, и не могут т. о. образовать ядер, как (в той или иной степени) выгодных объединений нуклонов).

Нейтрон, в правильной конфигурации лития-4 — находится как бы в центре ядра. А сама выгода этого ядра — не только в притяжении нейтрона протонами, но и в утяжелении нейтрона боковыми протонами, что снижает квантовую неопределённость положения нейтрона, увеличивая его связанность с базовым протоном.

Литий-4 — распадается из-за перехода одного из боковых протонов на более низкий (базовый) энергетический уровень, который тут свободен. При этом, второй боковой протон — становится излишним (т. к. тянет кварковую плотность противоположно появившемуся нижнему протону), и поэтому вылетает (тоже переходя в базовое положение, но вне ядра), см. рис. 58.

Рис. 58

Т. к. в целом, распад лития-4 осуществляется за счёт перехода протонов между энергоуровнями (а не через распад нуклона, например), то реакция идёт за характерное время жизни подобных ядер (изотопов), или т. н. несвязанных атомных ядер (= состояний, распадающихся посредством испускания нуклонов (протонов или нейтронов)), поэтому время полураспада лития-4 — всего 91x10–24 сек.

Далее, переходим к строению ядра изотопа лития-5, конфигурация которого очень близка к литию-4, а спин равен 3/2, см. рис. 59. Механизм распада этого ядра — точно такой же, как у лития-4, поэтому и время жизни — почти такое же, хотя и чуть большее: 370x10–24 сек. То, что время жизни лития-5 — чуть больше, чем у лития-4 — объясняется тем, что боковые протоны менее охотно покидают своё положение, т. к. там они притягивают ещё и нижний нейтрон (см. на рис. 59), которого не было у лития-4. Причём тянут они его в одинаковую сторону, при этом увеличивая связь этого нейтрона и с базовым протоном.

Рис. 59

В построении конфигураций лития-4 и -5 — ярко проявлено правило замыкания максимальной области пространства (определявшее, в частности, распад трития до гелия-3): расположение граней нуклонов тут таково, что они пытаются приблизить форму ядра к шару, или красивому кристаллу. Вообще, ядра, геометрически — похожи на кристаллы, что служит, в некотором роде, отражением кристаллического (= упорядоченного) строения среды вакуума. Варианты конфигураций изотопов, не отвечающие этому правилу, и не имеющие иных (более значимых) выгод — не реализуются / реализуются лишь как возбуждённые состояния, см. примеры на рис. 60.

Рис. 60

Также стоит обратить внимание, что распад ядра — инициируется движением нуклонов, т. е. что нуклоны в ядре — не являются застывшими, но подвергаются (как минимум, «виртуальным») движениям. Сейчас мы видим ядра как кристаллы, но это — и динамичные образования (обладающие волновой природой).

Но продолжим рассмотрение изотопов лития:

Устройство стабильных изотопов лития — лития-6 и лития-7 (уже упоминавшихся ранее) — см. на рис. 61. В данных ядрах, верхний боковой протон — тянет один или два нижних нейтрона к себе, одновременно увеличивая их связь с остальными (базовыми) протонами ядра. Это оказывается выгодно для всего ядра. Поэтому нижние нейтроны в данных конфигурациях — стабилизируются (даже распад этих нейтронов — оказывается невыгодным, а связь — достаточно крепка, так что они уже не являются гало-нейтронами).

Рис. 61

Можно взглянуть на эти ядра и так: литий-6 — как бы состоит из альфа-частицы (в центре), в соединении с ядром дейтерия, но расколовшимся на верхний протон и нижний нейтрон, слившись т. о. с альфа-частицей в единое ядро. Сумма смещений кварковой плотности в образовавшемся ядре — делает силу связи нуклонов в нём более высокой, чем просто сумма связей нуклонов в альфа частице и дейтерии по отдельности, см. рис. 62. Т. о. образование ядра лития-6 — выгоднее, чем существование альфа-частицы и ядра дейтерия отдельно друг от друга.

Рис. 62

Литий-6, в отличие от лития-7 — имеет место для ещё одного (бокового) нейтрона, чем объясняется (на несколько порядков) более высокая, по сравнению с литием-7, способность этого изотопа поглощать (тепловые) нейтроны [14]. Литий-7 — представляет синтез в едином ядре — альфа-частицы и ядра трития, хотя тритий — также разделился на два нейтрона и протон, расположившиеся по разные стороны от плоскости симметрии ядра (см. рис. 61).

Обратим, ещё раз, внимание, что нейтроны, в том же положении, что и в литии-6 и -7 (нижние боковые нейтроны), в водороде-5 и -7 — могли улететь (распад с вылетом нейтронов), а в гелии-6 и -8 — были связаны сильнее, но могли распасться (b– распад). В литии-6 и -7 же, нейтроны в этих положениях — связаны настолько сильно, что даже их распад, как уже отмечалось — становится запрещённым (невыгодным). На этом примере — наглядно виден быстрый рост силы связи нейтронов в ядре, с увеличением числа протонов (аналогично — и для случая протонов (вылетающих при распаде лития-4 и -5, но связанных в литии-6 и далее)).