Нуклон-нуклонна взаємодія та властивості ядерних сил

Ядерна взаємодія свідчить про те, що в ядрах існують особливі ядерні сили, що не зводяться до жодного з типів сил, відомих у класичній фізиці (гравітаційних та електромагнітних).

Ядерні сили є короткодіючими силами. Вони виявляються лише на дуже малих відстанях між нуклонами в ядрі близько 10-15 м. Довжина (1,5-2,2)-10-15 м називається радіусом дії ядерних сил.

Ядерні сили виявляють зарядову незалежність: тяжіння між двома нуклонами однаково незалежно від зарядового стану нуклонів – протонного чи нейтронного. Зарядова незалежність ядерних сил видно з порівняння енергій зв'язку дзеркальних ядер. Так називаються ядра, в яких однаково загальна кількість нуклонів, але число протонів в одному дорівнює числу нейтронів іншому. Наприклад, ядра гелію та важкого водню – тритію. Енергії зв'язку цих ядер становлять 7,72 МеВ та 8,49 МеВ.

Різниця енергій зв'язку ядер, що дорівнює 0,77 МеВ, відповідає енергії кулонівського відштовхування двох протонів у ядрі. Вважаючи цю величину рівною , можна виявити, що середня відстань r між протонами в ядрі дорівнює 1,9 · 10 -15 м, що узгоджується з величиною радіусу ядерних сил.

Ядерні сили мають властивість насичення, яке проявляється в тому, що нуклон в ядрі взаємодіє лише з обмеженою кількістю найближчих до нього сусідніх нуклонів. Саме тому спостерігається лінійна залежність енергій зв'язку ядер від їх масових чисел A. Практично повне насичення ядерних сил досягається у α-частинки, яка є дуже стійкою освітою.

Ядерні сили залежить від орієнтації спинів взаємодіючих нуклонів. Це підтверджується різним характером розсіювання нейтронів молекулами орто- тапараводню. У молекулі ортоводороду спини обох протонів паралельні одна одній, а молекулі параводню вони антипаралельны. Досліди показали, що розсіювання нейтронів на пароводороді в 30 разів перевищує розсіювання на ортоводороді. Ядерні сили є центральними.

Отже, перерахуємо загальні властивості ядерних сил:

малий радіус дії ядерних сил (R
велика величина ядерного потенціалу U
залежність ядерних сил від спинів частинок, що взаємодіють;
тензорний характер взаємодії нуклонів;
ядерні сили залежать від взаємної орієнтації спинового та орбітального моментів нуклону (спін-орбітальні сили);
ядерна взаємодія має властивість насичення;
зарядова незалежність ядерних сил;
обмінний характер ядерної взаємодії;
тяжіння між нуклонами на великих відстанях (r > 1 Фм), змінюється відштовхуванням на малих (r . Нейтрон I = 1/2, I3 = −1/2>.

Вектор ізопіна поводиться так само, як вектор звичайного спина, але у фіктивному зарядовому (ізоспіновому) просторі. Атомне ядро, що містить нуклони A (Z протонів і N нейтронів) має значення проекції ізоспину I3 рівне сумі проекцій ізоспінів всіх нуклонів I3 = (Z − N)/2.

Повний ізоспін ядра, що складається з A нуклонів, дорівнює векторній сумі ізоспінів усіх його нуклонів

Максимально можливе значення ізоспину ядра I = A/2. Воно досягається у тому випадку, коли ізоспіни всіх нуклонів паралельні один одному. Так як довжина вектора не може бути меншою за довжину будь-якої його проекції, для ізоспину ядра I можливі наступні значення (N − Z)/2 2 , де R - радіус ядра, - довжина хвилі Де-Бройля для нейтрона, l - орбітальний момент нейтрона, Sl - парціальний геометричний переріз, Tl - коефіцієнт проникності,характеризує ймовірність проникнення частки ядро. p align="justify"> Коефіцієнт проникності повинен враховувати квантовомеханічний ефект проходження хвилі через стрибок потенціалу, прозорість відцентрового бар'єру, а для заряджених частинок потрібно також врахувати і прозорість кулонівського бар'єру. У даному випадку підсумовування ведеться лише до тих орбітальних моментів, для яких кінетична енергія більша за висоту відцентрового бар'єру (l