Особенности конфигурации ядер стабильных изотопов от He до Ne
Согласно принципам конфигурации остова и принципам формирования оболочек, попробуем изобразить разные варианты возможного строения стабильных ядер и найти присущие им закономерности.
Особенность 1: Стабильные легкие ядра простираются в долине стабильности таблицы изотопов двумя параллельными тропками от водорода до кислорода.
Эту особенность можно объяснить возможностью стабильного существования двух вариантов заполненной протонной s-оболочки ядра. В одном варианте (ядро He3) два протона оболочки вращаются вокруг одного нейтрона, в другом варианте (ядро He4) – вокруг середины оси из двух нейтронов. Ядро He3 является родоначальником тропки изомеров стабильных изотопов с четным количеством нуклонов. Ядро He4 является родоначальником тропки изомеров стабильных изотопов с нечетным количеством нуклонов.
Особенность 2: Между изотопами He и Li в тропках стабильных изотопов наблюдается перегиб – соседние изотопы в тропках отличаются не на два, а на три нуклона.
Перегиб можно объяснить необходимостью прикрепления осевого нейтрона для остова новой протонной p-оболочки в ядре лития.
Рисунок 1. Зеркальные ряды четных изомеров на основе одного ядра He3
Относительно направления вектора спина осевого нейтрона можно назвать верхним один полюс заполненной s-оболочки, а другой полюс – нижним. Новая p-оболочка может формироваться либо сверху, либо снизу.
Рисунок 2. Один из двух зеркальных рядов изомеров на основе одного ядра He4
Особенность 3: Каждая тропка стабильных изотопов может иметь два ряда зеркальных изомеров ядер с одной завершенной s-оболочкой и одной заполняющейся p-оболочкой.
Согласно принципам конфигурации, изомеры с пятью протонами в p-оболочке нестабильны. Поэтому из зеркальных рядов уберем изомеры азота. Четыре и шесть нейтронов с одинаковым направлением спина тоже долго не уживаются вокруг нейтронной оси. Но в этих случаях p-оболочка все-таки создается, так как нейтроны имеют способность сворачиваться в кольцо с противоположными направлениями спина у любых соседних нейтронов. В данном случае кольцо создается у изомеров углерода и кислорода.
Если уберем из рядов изомеры нестабильного изотопа Be8, то оставшиеся изомеры можно представить как одно из изомерных состояний ядер стабильных изотопов.
При возбуждении один из протонов завершенной s-оболочки может перейти в соседнюю незавершенную p-оболочку. Такие модифицированные изомеры образуют еще четыре ряда. Если уберем из рядов изомеры нестабильного изотопа Be8, то оставшиеся изомеры можно представить как еще одно из изомерных состояний ядер стабильных изотопов.
Рисунок 3. Ряды изомеров с незаполненной первой s-оболочкой
Если у возбужденного изомера один из протонов перейдет в новую s-оболочку, то образуется новый изомер с двумя не завершенными s-оболочками. Если изомер симметричный, то зеркальный изомер ничем не отличается, а всего подобныx изомеров возможно два ряда. Если уберем из рядов изомер нестабильного изотопа Be8, то оставшиеся изомеры можно представить как еще одно из изомерных состояний ядер стабильных изотопов.
Рисунок 4. Ряды изомеров с двумя незаполненными s-оболочками
Любой протон из p-оболочки основных зеркальных рядов может при возбуждении перейти в свободную s-оболочку. При этом образуется еще два ряда несимметричных изомеров с незаполненной второй s-оболочкой. Зеркальные к ним изомеры образуют еще два ряда.
Рисунок 5. Ряды изомеров с незаполненной второй s-оболочкой
Если уберем из рядов изомеры нестабильных изотопов Be8 и F18, то оставшиеся изомеры можно представить как еще одно из изомерных состояний ядер стабильных изотопов.
Зеркальные ряды, при выбивании из ядра альфа-частицы, сливаются в один ряд изомеров ядер с единственной протонной оболочкой p-типа. Из этого ряда только два ядра могут быть изомерами ядер стабильных изотопов (Li7 и C12).
Рисунок 6. Ряд изомеров ядер с единственной протонной оболочкой p-типа
Ряд изомеров ядер без s-оболочки заканчивается изомером изотопа углерода. У этого изомера полностью заполнена единственная протонная оболочка. Это может означать только одно – атомы с ядром данного изомера инертны и не способны вступать в химические реакции. Атом вступит в химическую реакцию только в том случае, если его ядро возбудится и модифицируется в такой изомер, у которого не завершена какая-либо протонная оболочка. Зеркальные ряды на основе одного ядра гелия заканчиваются изомерами изотопов кислорода. У этих изомеров полностью заполнены обе протонные оболочки, то есть атомы с такими ядрами также инертны.
Особенность 4: Ядра изотопов O16, O17 и C12 могут находиться в инертных изомерных состояниях. Атомы с такими ядрами могут вступать в химические реакции только после возбуждения и модификации их ядер в другие изомерные состояния.
Особенность 5: Протонные оболочки одного типа не могут находиться в непосредственной близости или на расстоянии диаметра нуклона, если частично или полностью не изолированы друг от друга нейтронным остовом.
По таким причинам разваливается ядро изотопа Be8.
Особенность 6: Ядро Be8 разваливается при переходе в изомерное состояние в виде слипшихся двух ядер He4.
Если между ядрами He4 расположена p-оболочка, то электростатическое взаимодействие экранируется и ослабляется настолько, что ядро уже не разрывается. Образуется новый ряд изомеров с одной p-оболочкой в середине между двумя заполненными s-оболочками. Ряд начинается ядром B10 и заканчивается инертным ядром Ne20, а родоначальником является изомер изотопа Be8.
Рисунок 7. Ряд четных изомеров ядер на основе двух ядер He4 с одной p-оболочкой
Изотоп Be8 является нестабильным. Хотя, как было показано выше, возможны и стабильные изомерные состояния ядра данного изотопа. Остается только предположить, что при возбуждении наиболее вероятна перестройка и модификация ядра в данное нестабильное изомерное состояние. Еще одним нестабильным ядром в данном ряду является ядро F18. Средняя оболочка ядра должна разваливаться из-за гравидинамического отталкивания пяти нуклонов в экваториальном направлении.
Особенность 7: Ядро F18 разваливается при переходе в изомер в виде слипшихся двух ядер He4 с протонной оболочкой из пяти протонов в середине между ними.
Из-за наличия в данном ряду сразу двух нестабильных изомеров, соответствующих нестабильным изотопам, можно сделать вывод, что весь данный ряд представляет наиболее вероятные изомерные состояния соответствующих четных изотопов.
Если p-оболочки формировать и сверху и снизу ядра He3, то получится ряд изомеров, у которых количество нуклонов тоже совпадает с количеством нуклонов в стабильных изотопах. Ряд начинается ядром Be9 и заканчивается инертным ядром Si29. Ядра с разным размером p-оболочек имеют зеркальные ядра. Если уберем из рядов изомеры изотопа Al27 с пятью протонами в одной из оболочек, то оставшиеся изомеры можно было бы представить как одно из изомерных состояний ядер стабильных изотопов. Но, похоже, что здесь только численное совпадение. Протонные оболочки одного типа не изолированы друг от друга и находятся слишком близко друг от друга. Электростатическое отталкивание оболочек должно приводить к распаду подобных ядер.
Рисунок 8. Ряд изомеров ядер на основе одного ядра He3 с двумя p-оболочками
Ядро Be8 может быть родоначальником еще двух рядов зеркальных изомеров, у которого сформированы две p-оболочки. Между этими оболочками промежуток в два нуклонных слоя. На таком расстоянии электростатическое отталкивание уже значительно ослаблено и намного меньше гравидинамических сил притяжения. Все изомеры данного ряда можно представить как еще одно из изомерных состояний ядер стабильных нечетных изотопов.
Рисунок 9. Нечетные изомеры на основе двух ядер He4, с двумя p-оболочками
Протон из крайней p-оболочки при возбуждении может перейти в свободную третью s-оболочку. При этом образуется еще два ряда зеркальных нечетных изомеров.
Рисунок 10. Нечетные изомеры с тремя незаполненными оболочками
Таким образом, наличие двух тропок стабильных изотопов в диапазоне, по крайней мере, от бора до неона можно также связать и с количеством p-оболочек в ядре. Ядра с четным количеством нуклонов имеют одну p-оболочку, а ядра с нечетным количеством нуклонов имеют две p-оболочки.
Рисунок 11. Изомеры с тремя незаполненными p-оболочками
Если же третья незаполненная оболочка тоже p-типа, то образуется особый ряд ядер – второй четный ряд. Каждое второе ядро является изомерным состоянием стабильного изотопа, а каждое первое – изомерным состоянием нестабильного изотопа.
Владимир Яковлев, lun1@list.ru , http://logicphysic.narod.ru , январь 2007 года
