Принципы конфигурации остова легких ядер
Нейтроны вне ядер долго не живут. Наиболее вероятная причина их возникновения за пределами атома – распад ядер. Экспериментально зафиксировано кратковременное существование не только одиночных нейтронов, но и многонейтронных комплексов. Всего возможно две разрешенные комбинации из двух нейтронов. Из трех нейтронов – не менее пяти комбинаций, а из четырех – не менее 18. При дальнейшем увеличении числа нейтронов количество разрешенных комбинаций растет лавинообразно. Чем больше нейтронов, тем стремительней увеличивается количество разрешенных комбинаций. Если учтем, что в ядрах атомов кроме нейтронов находятся еще и протоны, то количество возможных комбинаций еще увеличится многократно. Любое математическое описание при таких условиях будет слишком громоздким и неудобным для практических расчетов. Не зря современные математические описания не уходят за пределы атомов водорода и гелия.
Однако, абсолютное большинство разрешенных комбинаций недолговечны. Под влиянием совокупности внутренних сил и внешних воздействий эти комбинации или распадаются или рекомбинируют в более стабильные комбинации. Задача упрощается на порядок, если по каким-то критериям отфильтровывать нежизнеспособные и маловероятные комбинации. Один из критериев очевиден, сформулировать его позволяет анализ некоторых экспериментальных данных, таких как постоянная плотность ядерной материи внутри ядра, разные размеры нейтрона и протона, размытость границ, разное распределение протонов и нейтронов, электростатическое отталкивание протонов.
С высокой вероятностью с одним нейтроном могут слипаться только один или два протона. Так как протоны отталкиваются друг от друга, то, притянувшись к нейтрону, они должны равномерно распределиться вокруг нейтрона. Два протона распределяются таким образом, что нейтрон полностью экранирует протоны друг от друга. Вероятность существования комбинации стремительно уменьшается с увеличением количества протонов вокруг одного нейтрона. Лишние протоны просто выталкиваются из ядра. Чем больше протонов, тем меньшее расстояние между ними, тем с меньшей силой они притягиваются к центральному нейтрону по причине увеличения силы отталкивания между протонами. Отталкивание протонов уменьшается при увеличении количества нейтронов в центре. Чем больше нейтронов, тем больше вокруг них может разместиться протонов.
Принцип конфигурирования 1: протоны равномерно распределены по поверхности ядра, а нейтроны сгруппированы внутри ядра, формируя нейтронный остов.
Рисунок 1. Распределение двух протонов вокруг нейтрона
Таким образом, многонейтронные комплексы находятся внутри ядра, формируя нейтронный остов. Нейтроны в остове взаимодействуют как полюсами, так и экваторами. Но прямое экваторное соединение двух нейтронов не может быть стабильным. Любой толчок может сдвинуть нейтрон во впадину между двумя соседними нейтронами. Такое положение является максимально устойчивым, при этом нейтрон во впадине одновременно притягивается уже сразу к двум соседним нейтронам, что увеличивает крепость соединения и приводит к максимальной плотности ядра.
Рисунок 2. Модификация экваторных соединений в комплексе
Принцип конфигурирования 2: Прямые экваториальные соединения нуклонов в ядре модифицируются в соединения впадинами.
Если два нуклона ориентированы друг к другу согласно разрешенным правилам, то они не обладают дальнодействующими силами отталкивания, существует лишь потенциальная яма, баланс между дальнодействующими силами притяжения и короткодействующими силами упругости. Если два нуклона ориентированы друг к другу согласно правилам запрета, то между ними возникают дальнодействующие силы отталкивания - они отталкиваются друг от друга, разрывая ядро.
Принцип конфигурирования 3: любые два соприкасающиеся нуклона в ядре ориентированы друг к другу согласно разрешенным правилам .
Принцип конфигурирования 4: между любыми двумя соприкасающимися нуклонами в ядре возникает баланс сил между дальнодействующими силами притяжения и короткодействующими силами упругости.
К внешним воздействиям наиболее устойчивы ядра при минимальном объеме и минимальной площади поверхности. Ядро, при этом, самопроизвольно приобретает аксиально-симметричную форму с выделенной осью симметрии виде нуклонного столбика.
Принцип конфигурирования 5: наиболее стабильные атомные ядра должны иметь аксиально-симметричную форму с выделенной осью симметрии в виде нуклонного столбика.
Рисунок 3. Оси симметрии ядер разной длины
По разрешающим правилам к осевому нейтрону могут прилипнуть экваторами только нуклоны, у которых противоположно направленные спины. У всех прилипающих нуклонов спин имеет одно направление, тогда по правилам запрета они должны отталкиваться друг от друга, равномерно распределяясь вокруг осевого нуклона.
Принцип конфигурирования 6: к одному осевому нейтрону в плоскости экватора прилипают, равномерно распределяясь вокруг, нуклоны с противоположно направленным спином, вероятность существования комбинации и средняя энергия связи максимальны при двух прилипших нуклонах и резко уменьшаются при каждом новом прилипании.
Рисунок 4. Поведение нуклонов, слипнувшихся с осевым нейтроном
Введем еще один принцип, заимствовав его из поведения вращающихся макротел. Каждый нуклон, по причине наличия ненулевого спина, создает вращательный момент вокруг себя в экваториальной области.
Принцип конфигурирования 7 : Нуклоны, прилипшие к центральному осевому нейтрону, начинают вращаться по орбите вокруг него аналогично вращению лопастей пропеллера.
Два вращающихся нуклона экранируются друг от друга осевым нейтроном. При большем количестве орбитальные нуклоны, прилипшие к осевому нейтрону, отталкиваются друг от друга. С уменьшением расстояния между ними сила отталкивания увеличивается. Вектор суммы двух соседних векторов сил отталкивания направлен строго от центра ядра. Это означает, что отталкивание соседних нуклонов уменьшает силу притяжения каждого нуклона к центральному нейтрону.
Рисунок 5 . Поведение нуклонных дуэтов, слипнувшихся с осевым нейтроном
Принцип конфигурирования 8: Орбитального вращения не будет, если к осевому нейтрону будут прилипать не единичные нуклоны, а нуклонные дуэты, которые компенсируют вращательный момент.
Рисунок 6. Слипание нейтронов в кольцо
Если орбитальными нуклонами являются нейтроны, то соотношение сил позволяет прилипнуть к осевому нейтрону до пяти нейтронов. Максимально вокруг одного нейтрона могло бы разместиться шесть нейтронов. Но в этом случае все шесть нейтронов соприкоснутся друг с другом, а такое соприкосновение невозможно согласно правилам запрета. Четыре или шесть нейтронов могут слипнуться друг с другом в кольцо совершенно другим способом. Для этого достаточно, чтобы чередовалось направление спина.
Рисунок 7. Несколько примеров нейтронного остова легких ядер
Принцип конфигурирования 9: четное количество нейтронов может слипнуться в кольцо, если направление спинов соседних нейтронов будет чередоваться.
Кольцо из шести нейтронов свободно размещается вокруг нейтронной оси. Другая ситуация с кольцом из четырех нейтронов. Оно способно разорвать нейтронную ось.
Владимир Яковлев, lun1@list.ru , http://logicphysic.narod.ru , январь 2007 года
