Нуклон-нуклонно взаимодействие и свойства на ядрените сили

Ядреното взаимодействие свидетелства, че в ядрата съществуват специални ядрени сили, които не могат да бъдат сведени до нито един от видовете сили, известни в класическата физика (гравитационни и електромагнитни).

Ядрените сили са сили с малък обсег. Те се появяват само при много малки разстояния между нуклоните в ядрото от порядъка на 10 -15 м. Дължината (1,5 - 2,2)·10 -15 м се нарича радиус на действие на ядрените сили.

Ядрените сили показват независимост от заряда: привличането между два нуклона е еднакво, независимо дали зарядното състояние на нуклоните е протон или неутрон. Независимостта на заряда на ядрените сили се вижда от сравнение на енергиите на свързване на огледалните ядра. Така се наричат ядра, в които общият брой нуклони е еднакъв, но броят на протоните в едното е равен на броя на неутроните в другото. Например ядра на хелий и тежък водород - тритий. Енергиите на свързване на тези ядра са 7,72 MeV и 8,49 MeV.

Разликата в енергиите на свързване на ядрата, равна на 0,77 MeV, съответства на енергията на кулоновото отблъскване на два протона в ядрото. Ако приемем, че тази стойност е , можем да открием, че средното разстояние r между протоните в ядрото е 1,9·10 –15 m, което е в съответствие с радиуса на ядрените сили.

Ядрените сили имат свойството на насищане, което се проявява във факта, че нуклонът в ядрото взаимодейства само с ограничен брой съседни нуклони, които са най-близо до него. Ето защо има линейна зависимост на енергиите на свързване на ядрата от техните масови числа А. Почти пълно насищане на ядрените сили се постига в α-частицата, която е много стабилна формация.

Ядрените сили зависят от ориентацията на спиновете на взаимодействащите нуклони. Това се потвърждава от различния характер на разсейването на неутрони от орто- ипараводород. В ортоводородната молекула спиновете на двата протона са успоредни един на друг, докато в параводородната молекула те са антипаралелни. Експериментите показват, че разсейването на неутрони от параводород е 30 пъти по-голямо от разсейването от ортоводород. Ядрените сили не са централни.

И така, ние изброяваме общите свойства на ядрените сили:

малък обсег на ядрени сили (R
голям ядрен потенциал U
зависимост на ядрените сили от спиновете на взаимодействащи частици;
тензорен характер на взаимодействие на нуклони;
ядрените сили зависят от взаимната ориентация на спиновите и орбиталните моменти на нуклона (спин-орбитални сили);
ядреното взаимодействие има свойството на насищане;
зарядна независимост на ядрените сили;
обменен характер на ядреното взаимодействие;
привличането между нуклони на големи разстояния (r> 1 fm), се заменя с отблъскване на къси разстояния (r. Неутрон I = 1/2, I3 = −1/2>.

Изоспин векторът се държи по същия начин като обикновения спин вектор, но във фиктивен заряд (изоспин) пространство. Атомно ядро, съдържащо A нуклони (Z протони и N неутрони), има стойност на проекция на изоспин I3, равна на сумата от проекциите на изоспин на всички нуклони I3 = (Z − N)/2.

Общият изоспин на ядро, състоящо се от A нуклони, е равен на векторната сума на изоспиновете на всички негови нуклони

Максималната възможна стойност на изоспина на ядрото е I = A/2. Постига се, когато изоспиновете на всички нуклони са успоредни един на друг. Тъй като дължината на вектора не може да бъде по-малка от дължината на която и да е от неговите проекции, възможни са следните стойности за изоспина на ядрото I (N − Z)/2 2, където R е радиусът на ядрото, е дължината на вълната на De Broglie за неутрона, l е орбиталният ъглов момент на неутрона, Sl е частичното геометрично напречно сечение, Tl е коефициентът на пропускливост,което характеризира вероятността за проникване на частица в ядрото. Коефициентът на пропускливост трябва да отчита квантово-механичния ефект на вълната, преминаваща през потенциалния скок, прозрачността на центробежната бариера, а за заредените частици трябва да се вземе предвид и прозрачността на кулоновата бариера. В разглеждания случай сумирането се извършва само до тези орбитални моменти, за които кинетичната енергия е по-голяма от височината на центробежната бариера (l