Revizuirea fizică 20083

Revizuirea fizică 2008/3. 98.o.

NUMERE MUMGICE, NUCIUL ATOMIC NOBIL

Elekes Zoltá
MTA ATOMKI, Debrecen

În înțelegerea structurii și comportamentului atomilor, crearea unui model de coajă de atomi în anii 1910 și 1920 a avut o importanță fundamentală. Astăzi știm că un atom este alcătuit dintr-un nucleu mic, încărcat pozitiv și electronii din jurul acestuia. Interacțiunea simplă și atractivă dintre nucleu și electroni menține atomul împreună și, prin utilizarea acestei interacțiuni, putem învăța, pe baza teoriei cuantice, că electronii pot fi folosiți energetic. Datorită diferențelor mari de energie dintre cochilii de electroni, se creează atomi cu un număr de electroni de 2, 10, 18, 36, 54 sau 86, adică o cochilie închisă, care se numesc gaze nobile. Acești atomi reacționează cu alte substanțe cu foarte puține probabilități, este dificil să se formeze legături cu atomi și nu este ușor să-i excitați.

Fenomene similare pot fi observate pentru nuclee. În anii 1940, Maria Goeppert-Mayer (Figura 2), care a primit al doilea Premiu Nobel pentru fizică în 1963, a doua femeie din lume, a lucrat cu Eder Teller (Figura 2) la Chicago. Stimulul lui Teller a început să se ocupe de mecanismul de formare a elementelor chimice, pentru care a studiat frecvența elementelor și distribuția lor relativă a izotopilor. Din date s-a arătat deja că procesul de formare a elementelor ușoare și grele diferă semnificativ; Goeppert-Mayer s-a concentrat pe elemente grele (Z ≥ 34) și a obținut rezultate revoluționare. El a descoperit regularități surprinzătoare și și-a dat seama că anumite elemente cu numere de neutroni și protoni au o semnificație specială. Așa cum se arată în Figura 3, de exemplu, elementele care conțin N = 50, 82, 126 neutroni și/sau Z = 50, 82 protoni sunt mai frecvente decât alte elemente din mediul lor.

Alte date experimentale (cum ar fi secțiunile transversale de captare a neutronilor) au sugerat, de asemenea, că numărul de neutroni și protoni menționați a fost oarecum distins. Când Goeppert-Mayer și-a împărtășit observațiile colegului său, Wigner Jenх (Figura 4), care era deja un om de știință recunoscut la acea vreme, a numit fenomenele un pic sceptic, ceea ce putea fi imaginat cu popularul model nuclear al epocii, fluidul model. Astfel, Wigner a devenit omonimul numerelor speciale de mai sus, care acum sunt denumite doar numere magice. Goeppert-Mayer și Hans Jensen, complet independenți de el, au oferit în curând o interpretare a acestor numere, ceea ce a făcut ca modelul shell al nucleelor să fie extrem de reușit. [1-2].

Modelul de coajă al nucleelor

Localizarea energetică a straturilor (cunoscute și sub numele de stări cu particule unice) în nucleu este în mare măsură determinată de regulatorul potențial efectiv, astfel încât selectarea corectă a acestuia este extrem de importantă. Dacă potențialul oscilatorului armonic este luat ca bază, suntem încă departe de soluție, dar în combinație cu considerarea că nucleonii care sunt înconjurați de alții nu sunt sub influență netă, ei pot fi totuși monitorizați. Din punct de vedere tehnic, acest lucru se poate face, de exemplu, luând în considerare în potențial un termen care este pătratic până la impulsul pistei. Poziția tăvilor rezultate poate fi văzută în partea stângă a figurii 5. Urmele sunt aranjate în scoici și apar numerele magice. Primele trei numere magice sunt corecte la 2, 8 și 20, dar restul (28, 50, 82, 126) Goeppert-Mayer și Jensen au fost primii care au explicat interacțiunea interacțiunilor spin-band. Figura 5 poate fi văzută pe dreapta. Este important de reținut că, pe lângă potențialul mediu, energia și secvența firelor pot fi modificate în număr mic, iar numărul de nucleoni din nucleu poate fi redus într-o mică măsură.

Fizica nucleară cu fascicule de ioni radioactivi

În complexul accelerator japonez, primul pas în producerea fasciculelor de ioni radioactive este aproape de izotipul care urmează să fie studiat, dar masa relativ mai grea a nucleelor stabile este creată într-un fascicul relativ mare (relativ mare).

100 MeV/nucleon) ciclotroni sau acceleratori liniari și ciclotroni în serie. Acest fascicul este interpus cu o așa-numită țintă primară aleasă în mod corespunzător (de obicei beriliu sau tantal), unde nucleii din fasciculul de ioni se separă pentru a forma o masă de fragmente de neutroni-protoni. Izotopul studiat se formează de obicei cu o frecvență joasă, astfel încât fasciculul de ioni trebuie purificat. Acest lucru se face cu un separator magnetic, dar fasciculul de ioni radioactivi pe care îl avem la dispoziție nu va fi perfect omogen, astfel încât speciile nucleare din el trebuie identificate. Acest lucru se realizează folosind tehnica timpului de zbor pentru pierderea de energie. Deoarece fasciculul nostru de ioni are multă energie, trece prin ceva

material gros de mm, pierde doar o cantitate mică de energie și este ușor filtrat, ceea ce nu interferează cu măsurarea, dar produce un semnal de calitate procesabil. Astfel, timpul de zbor poate fi determinat cu precizie cu scintilatoare de plastic rapide cu rezoluție bună a timpului, situate la câțiva metri distanță, iar pierderea de energie poate fi perfect determinată cu detectoare de siliciu cu rezoluție excelentă de energie. Deoarece ionii sunt nyalбbot alkotу йs timp repьlйsi energiavesztesйge mбs-mбs цsszefьggйsben tцmegьkkel, tцltйsьkkel йs sebessйgьkkel dacă бbrбzoljuk хket egymбs fьggvйnyйben, individul ionnyalбbfajtбk йlesen elkьlцnьlnek egymбstуl, deoarece este una dintre kнsйrletьnk lбtszik asemenea ionnyalбb-azonosнtбsi бbrбjбn (6 бbra). Acest fascicul de ioni radioactivi este direcționat către o țintă secundară folosind magneți focalizați, care este aleasă pentru a se potrivi cu proprietatea izotopului radioactiv care ne interesează. Ținta ar trebui omisă pentru o varietate de produse de reacție (radiații electromagnetice, ioni apropiați și ioni ușori la masa ionilor din fasciculul incident, neutroni), deoarece sunt implicate mai multe procese diferite. Acestea sunt monitorizate și identificate prin sisteme de detectare bine segmentate, de înaltă eficiență, construite în jurul și după țintă.

Investigarea morbidității numărului de neutroni N = 20

A 27 Cazul nucleului

Pentru aceasta, a fost pregătit un fascicul de ioni radioactivi de 28 Ne pentru a genera ioni 40 Ar stabili cu o energie de 94 MeV/nucleon pentru o țintă țintă de 0,5 cm grosime 181 Ta. După ce fasciculul de ioni a fost purificat din părți neintenționate, izotopii arătați în Figura 6 au rămas în fasciculul de ioni radioactivi. Acest fascicul a fost ghidat către ținta secundară de hidrogen lichid. Aici, printre altele, au avut loc reacții de pulverizare de neutroni, timp în care s-au format 27 de nuclee Ne în stare excitată. În timpul tranzițiilor la starea de bază, fotonii γ au fost emiși, care au fost detectați de un sistem de 146 scintilatoare NaI (Tl) plasate în jurul țintei. Deoarece s-au format o serie de izotopi diferiți în produsul hidrogen lichid, diferite particule au trebuit identificate prin pierderea de energie (Δ E) și energia totală (E). Baza identificării și aici a fost modul în care cantitățile menționate depind de masa, sarcina și viteza izotopilor. În Figura 7, liniile ușoare, curbate, corespunzătoare fiecărui izotip neon sunt clar distinse.

Prin înregistrarea canalelor de intrare și ieșire ale reacției în acest mod, sa determinat spectrul γ aparținând nucleului de 27 Ne, care poate fi văzut în Fig. 8. Deoarece ionii excitați au călătorit cu aproximativ 30% din viteza luminii, datorită efectului Doppler, spectrul a trebuit să fie distorsionat și să se facă o corecție în cunoașterea poziției detectoarelor. După aceasta, două vârfuri de energie de 765 keV și 904 keV sunt deja vizibile, care corespund stării excitate a nucleelor de 27 Ne. Comparând acest lucru cu previziunile teoretice, am concluzionat că morbiditatea numărului de neutroni N = 20 dispare din calea stabilității.

Cazul nucleului 23 O

Spectrul de energie de excitație al nucleului 23 O, prezentat în Figura 10, a fost reconstruit din vectorii de impulsuri neutron și 22 O emise în timpul decăderii de 23 O. Au fost observate două vârfuri la 4 MeV și 5,3 MeV. Starea de bază de 23 O a fost identificată anterior cu neutronul s 1/2, astfel încât vârful experimental de energie mai mică ar putea fi conectat cu o siguranță ridicată la neutronul d 3/2. Deși nu am putut afirma fără echivoc despre natura vârfului de 5,3 MeV, acesta poate fi găsit cu siguranță pe încălzitorul N = 20, acesta poate fi atribuit unuia dintre fasciculele de neutroni (f 7/2, p 3/2). Aceasta înseamnă că s-a format un schimbător de căldură mare de aproximativ 4 MeV N = 16, în timp ce N = 20 a scăzut la 1,3 MeV, adică în loc de numărul 20, 16-ost s-a dovedit a fi magic. Rezultatele experimentale nu depind de calculele teoretice, dar dacă facem o comparație cu acestea, ajungem la concluzia că există un model de piele ale cărui predicții sunt în concordanță cu observațiile noastre. Fără a descrie în detaliu modelul, este demn de remarcat faptul că acesta oferă un mecanism pentru schimbarea numerelor magice care pot explica atât extremele excesului de neutroni, cât și proprietățile nucleilor din banda de stabilitate.

Rezumat și perspective

În primăvara anului 2007, Fabrica de fascicule ionice radioactive (RIBF) a fost prima care a furnizat fascicule de ioni la institutul de cercetare RIKEN, care deschide o nouă eră în domeniul fizicii și aplicațiilor nucleare. Segnalizați nucleele nehéz elйrhetjьk, de asemenea, tartomбnyбban sau megkцzelнthetjьk neutronelhullatбsi-line, pe care le aveți deja nuclei alapбllapota nu ktztцtt, ifs, dacă nu sйtбlhatunk, vggst, nkb.

Fйnyes T. în Nuclear Physics (ed. Fйnyes T.) Ediția Universității Kossuth (2005) 227.
Macintosh R., Al-Khalili J., Jonson B., Pena T. în The Atomic Core. O călătorie în culoarea materiei. Ediția academică (2003) 70.
Zs Dombrbdi.: Rearanjarea structurii termice în nuclei exotici. Physical Review 57 (2007) 221.

A vorbit la fizicianul Vándorgyûlésen din 2007.

Cercetarea noastră este susținută de cooperarea oficială dintre OTKA (F60348, T68801) și RIKEN-ATOMKI. Activitățile autorului sunt susținute și de Fundația Bolyai.