النواة الذرية

الموسوعة الحرة

نموذج للنواة الذرية يظهرها كحزمة مدمجة من نوعين من النيوكليونات : البروتونات (باللون الأحمر) والنيوترونات (باللون الأزرق). في هذا الرسم البياني، تبدو البروتونات والنيوترونات وكأنها كرات صغيرة ملتصقة ببعضها البعض، ولكن لا يمكن تفسير النواة الفعلية (كما تفهمها الفيزياء النووية الحديثة ) بهذه الطريقة، ولكن فقط باستخدام ميكانيكا الكم . في النواة التي تشغل مستوى طاقة معينًا (على سبيل المثال، الحالة الأساسية )، يمكن القول إن كل نيوكليون يشغل مجموعة من المواقع.
الفيزياء النووية
نماذج النواة
تصنيف النويدات
الاستقرار النووي
التحلل الإشعاعي
الانشطار النووي
التقاط العمليات
High-energy processes
Nucleosynthesis and
nuclear astrophysics
High-energy nuclear physics
Scientists
  • icon Physics portal
  •  Category
  • v
  • t
  • e

النواة الذرية هي المنطقة الصغيرة الكثيفة التي تتكون من البروتونات والنيوترونات في مركز الذرة ، اكتشفها إرنست رذرفورد عام 1911 بناءً على تجربة رقاقة الذهب جايجر-مارسدن عام 1909. بعد اكتشاف النيوترون عام 1932، طور ديمتري إيفاننكو [1] وفيرنر هايزنبرغ بسرعة نماذج لنواة مكونة من بروتونات ونيوترونات . [2] [3] [4] [5] [6] تتكون الذرة من نواة مشحونة إيجابيا، مع سحابة من الإلكترونات المشحونة سلبًا المحيطة بها، مرتبطة ببعضها البعض بواسطة قوة كهروستاتيكية . توجد كل كتلة الذرة تقريبًا في النواة، مع مساهمة صغيرة جدًا من سحابة الإلكترونات . ترتبط البروتونات والنيوترونات معًا لتكوين نواة بواسطة القوة النووية .

قطر النواة في نطاق1.70  اف ام (1.70 × 10 −15  م [7] ) للهيدروجين (قطر بروتون واحد) إلى حوالي11.7  فم لليورانيوم . [8] هذه الأبعاد أصغر بكثير من قطر الذرة نفسها (النواة + سحابة الإلكترون)، بعامل حوالي 26634 (نصف قطر ذرة اليورانيوم حوالي156  م (156 × 10 −12  م )) [9] إلى حوالي 60250 ( نصف قطر ذرة الهيدروجين حوالي52.92  م ). [أ]

الفرع من الفيزياء الذي يهتم بدراسة وفهم النواة الذرية، بما في ذلك تركيبها والقوى التي تربطها معًا، يسمى الفيزياء النووية .

تاريخ

تم اكتشاف النواة في عام 1911، نتيجة لجهود إرنست رذرفورد لاختبار " نموذج بودنغ البرقوق " الذي وضعه تومسون للذرة. [10] كان جيه جيه تومسون قد اكتشف الإلكترون بالفعل . ومع علمه بأن الذرات متعادلة كهربائيًا، افترض جيه جيه تومسون أنه يجب أن تكون هناك شحنة موجبة أيضًا. في نموذج بودنغ البرقوق الخاص به، اقترح تومسون أن الذرة تتكون من إلكترونات سالبة متناثرة عشوائيًا داخل كرة ذات شحنة موجبة. ابتكر إرنست رذرفورد لاحقًا تجربة مع شريكه في البحث هانز جايجر وبمساعدة إرنست مارسدن ، والتي تضمنت انحراف جسيمات ألفا (نوى الهيليوم) الموجهة نحو رقاقة رقيقة من رقائق المعدن. لقد استنتج أنه إذا كان نموذج جيه ​​جيه تومسون صحيحًا، فإن جسيمات ألفا المشحونة إيجابيًا ستمر بسهولة عبر الرقاقة مع انحراف ضئيل جدًا في مساراتها، حيث يجب أن تعمل الرقاقة كمحايدة كهربائيًا إذا كانت الشحنات السالبة والموجبة مختلطة بشكل وثيق بحيث تجعلها تبدو محايدة. ولدهشته، انحرفت العديد من الجسيمات بزوايا كبيرة جدًا. ولأن كتلة جسيم ألفا تبلغ حوالي 8000 ضعف كتلة الإلكترون، فقد أصبح من الواضح أنه يجب أن تكون هناك قوة قوية جدًا إذا كان بإمكانها انحراف جسيمات ألفا الضخمة والسريعة الحركة. لقد أدرك أن نموذج حلوى البرقوق لا يمكن أن يكون دقيقًا وأن انحرافات جسيمات ألفا لا يمكن تفسيرها إلا إذا تم فصل الشحنات الموجبة والسالبة عن بعضها البعض وأن كتلة الذرة كانت نقطة مركزة من الشحنة الموجبة. برر هذا فكرة وجود ذرة نووية ذات مركز كثيف من الشحنة الموجبة والكتلة.

علم أصول الكلمات

مصطلح النواة مشتق من الكلمة اللاتينية nucleus ، وهي تصغير لكلمة nux ("جوز")، وتعني "النواة" (أي "الجوز الصغير") داخل نوع مائي من الفاكهة (مثل الخوخ ). في عام 1844، استخدم مايكل فاراداي المصطلح للإشارة إلى "النقطة المركزية للذرة". اقترح إرنست رذرفورد المعنى الذري الحديث في عام 1912. [11] ومع ذلك، لم يكن اعتماد مصطلح "النواة" للنظرية الذرية فوريًا. في عام 1916، على سبيل المثال، ذكر جيلبرت ن. لويس ، في مقالته الشهيرة الذرة والجزيء ، أن "الذرة تتكون من نواة وذرة خارجية أو غلاف " . [12] وبالمثل، يُستخدم مصطلح kern بمعنى نواة للنواة في اللغة الألمانية والهولندية.

مبادئ

تصوير مجازي لذرة الهيليوم -4 مع سحابة الإلكترونات بدرجات اللون الرمادي. في النواة، يتم تصوير البروتونين والنيوترونين باللونين الأحمر والأزرق. يُظهر هذا التصوير الجسيمات منفصلة، ​​بينما في ذرة الهيليوم الفعلية، تكون البروتونات متراكبة في الفضاء وعلى الأرجح توجد في مركز النواة، وينطبق الشيء نفسه على النيوترونين. وبالتالي، من المرجح أن توجد الجسيمات الأربعة في نفس الفضاء تمامًا، عند النقطة المركزية. تفشل الصور الكلاسيكية للجسيمات المنفصلة في نمذجة توزيعات الشحنة المعروفة في النوى الصغيرة جدًا. الصورة الأكثر دقة هي أن التوزيع المكاني للنيوكليونات في نواة الهيليوم أقرب كثيرًا إلى سحابة الإلكترونات الهيليوم الموضحة هنا، وإن كان على نطاق أصغر بكثير، من صورة النواة الخيالية. كل من ذرة الهيليوم ونواتها متماثلان كرويًا .

تتكون نواة الذرة من النيوترونات والبروتونات، والتي بدورها هي مظهر من مظاهر الجسيمات الأكثر أولية، تسمى الكواركات ، والتي يتم ربطها بالقوة النووية القوية في مجموعات مستقرة معينة من الهادرونات ، تسمى الباريونات . تمتد القوة النووية القوية بعيدًا بما يكفي عن كل باريون بحيث تربط النيوترونات والبروتونات معًا ضد القوة الكهربائية الطاردة بين البروتونات المشحونة إيجابيا. تتمتع القوة النووية القوية بمدى قصير جدًا، وتنخفض أساسًا إلى الصفر بعد حافة النواة مباشرة. يتمثل العمل الجماعي للنواة المشحونة إيجابيا في إبقاء الإلكترونات المشحونة كهربائيًا سالبة في مداراتها حول النواة. تُظهر مجموعة الإلكترونات المشحونة سلبًا التي تدور حول النواة تقاربًا لتكوينات وأعداد معينة من الإلكترونات التي تجعل مداراتها مستقرة. يتم تحديد العنصر الكيميائي الذي تمثله الذرة من خلال عدد البروتونات في النواة؛ سيكون للذرة المحايدة عدد متساوٍ من الإلكترونات التي تدور حول تلك النواة. يمكن للعناصر الكيميائية الفردية أن تخلق تكوينات إلكترونية أكثر استقرارًا من خلال الاتحاد لتقاسم إلكتروناتها. ويبدو لنا أن تقاسم الإلكترونات لإنشاء مدارات إلكترونية مستقرة حول النوى هو الكيمياء في عالمنا الكبير.

تحدد البروتونات الشحنة الكاملة للنواة، وبالتالي هويتها الكيميائية . النيوترونات محايدة كهربائيًا، لكنها تساهم في كتلة النواة بنفس القدر تقريبًا مثل البروتونات. يمكن للنيوترونات تفسير ظاهرة النظائر (نفس العدد الذري مع كتلة ذرية مختلفة). الدور الرئيسي للنيوترونات هو تقليل التنافر الكهروستاتيكي داخل النواة.

التكوين والشكل

البروتونات والنيوترونات عبارة عن فرميونات ، بقيم مختلفة لرقم الكم المغزلي القوي ، لذلك يمكن لبروتونين ونيوترونين أن يتشاركا نفس دالة الموجة الفضائية لأنهما ليسا كيانين كميين متطابقين. يُنظر إليهما أحيانًا على أنهما حالتان كميتان مختلفتان لنفس الجسيم، وهو النوكليون . [13] [14] يمكن لفرميونين، مثل بروتونين أو نيوترونين أو بروتون + نيوترون (الديوترون) أن يظهرا سلوكًا بوزونيًا عندما يصبحان مرتبطين بشكل فضفاض في أزواج، والتي لها دوران صحيح.

في حالة نادرة من النواة الفائقة ، يمكن لباريون ثالث يسمى هايبرون ، يحتوي على كوارك غريب واحد أو أكثر و/أو كوارك غير عادي آخر، أن يشارك أيضًا في دالة الموجة. ومع ذلك، فإن هذا النوع من النواة غير مستقر للغاية ولا يوجد على الأرض إلا في تجارب الفيزياء عالية الطاقة.

يحتوي النيوترون على نواة مشحونة إيجابيا بنصف قطر ≈ 0.3 fm محاطة بشحنة سالبة تعويضية بنصف قطر بين 0.3 fm و2 fm. يحتوي البروتون على توزيع شحنة موجبة يتحلل بشكل أسي تقريبًا بنصف قطر مربع متوسط ​​يبلغ حوالي 0.8 fm. [15]

يمكن أن يكون شكل النواة الذرية كرويًا، أو على شكل كرة الرجبي (تشوه مفلطح)، أو على شكل قرص (تشوه مفلطح)، أو ثلاثي المحاور (مزيج من التشوه المفلطح والممتد) أو على شكل كمثرى. [16] [17]

القوات

ترتبط الأنوية ببعضها البعض بواسطة القوة النووية القوية المتبقية . والقوة النووية القوية المتبقية هي بقايا ثانوية للتفاعل القوي الذي يربط الكواركات معًا لتكوين البروتونات والنيوترونات. وتكون هذه القوة أضعف كثيرًا بين النيوترونات والبروتونات لأنها محايدة في الغالب داخلها، بنفس الطريقة التي تكون بها القوى الكهرومغناطيسية بين الذرات المحايدة (مثل قوى فان دير فالس التي تعمل بين ذرتين من الغاز الخامل) أضعف كثيرًا من القوى الكهرومغناطيسية التي تربط أجزاء الذرات معًا داخليًا (على سبيل المثال، القوى التي تربط الإلكترونات في ذرة غاز خامل مرتبطة بنواتها).

القوة النووية شديدة الجاذبية على مسافة فصل النوكليون النموذجي، وهذا يتغلب على التنافر بين البروتونات بسبب القوة الكهرومغناطيسية، مما يسمح للنوى بالوجود. ومع ذلك، فإن القوة القوية المتبقية لها نطاق محدود لأنها تتحلل بسرعة مع المسافة (انظر جهد يوكاوا )؛ وبالتالي فإن النوى الأصغر من حجم معين فقط يمكن أن تكون مستقرة تمامًا. أكبر نواة مستقرة تمامًا معروفة (أي مستقرة لتحلل ألفا وبيتا وجاما ) هي الرصاص -208 والتي تحتوي على إجمالي 208 نوكليون (126 نيوترون و82 بروتون). النوى الأكبر من هذا الحد الأقصى غير مستقرة وتميل إلى أن تكون قصيرة العمر بشكل متزايد مع أعداد أكبر من النيوكليونات. ومع ذلك، فإن البزموت-209 مستقر أيضًا لتحلل بيتا ولديه أطول عمر نصف لتحلل ألفا من أي نظير معروف، ويقدر أنه أطول بمليار مرة من عمر الكون.

القوة القوية المتبقية فعالة على مدى قصير جدًا (عادةً بضعة فمتومترات فقط؛ قطر نوكليون واحد أو اثنين تقريبًا) وتسبب انجذابًا بين أي زوج من النيوكليونات. على سبيل المثال، بين بروتون ونيوترون لتكوين ديوترون [NP]، وأيضًا بين بروتونات وبروتونات، ونيوترونات ونيوترونات.

حدود مدى القوة النووية ونواة الهالة

يتم تمثيل الحد المطلق الفعال لنطاق القوة النووية (المعروفة أيضًا باسم القوة القوية المتبقية) بواسطة نوى الهالة مثل الليثيوم 11 أو البورون 14 ، حيث تدور النيوترونات الثنائية ، أو مجموعات أخرى من النيوترونات، على مسافات تبلغ حوالي10 FM (مشابهة تقريبًا لـ8 fm نصف قطر نواة اليورانيوم-238 ). هذه النوى ليست كثيفة إلى أقصى حد. تتشكل نوى الهالة عند الحواف القصوى لرسم النويدات - خط تنقيط النيوترون وخط تنقيط البروتون - وكلها غير مستقرة مع نصف عمر قصير، يقاس بالمللي ثانية ؛ على سبيل المثال، يبلغ نصف عمر الليثيوم-118.8 مللي ثانية .

تمثل الهالات في الواقع حالة مثارة مع وجود نيوكليونات في غلاف كمي خارجي يحتوي على مستويات طاقة غير مملوءة "أسفله" (من حيث نصف القطر والطاقة). يمكن أن تتكون الهالة من نيوترونات [NN، NNN] أو بروتونات [PP، PPP]. تشمل الأنوية التي تحتوي على هالة نيوترونية واحدة 11Be و 19 C. تظهر هالة نيوترونين بواسطة 6He و 11 Li و 17 B و 19 B و 22 C. تنقسم نوى الهالة المكونة من نيوترونين إلى ثلاث شظايا، وليس اثنتين أبدًا، وتسمى نوى بوروميني بسبب هذا السلوك (في إشارة إلى نظام من ثلاث حلقات متشابكة حيث يؤدي كسر أي حلقة إلى تحرير كلتا الحلقتين الأخريين). يظهر كل من He و 14 Be هالة مكونة من أربعة نيوترونات. تشمل النوى التي لها هالة بروتونية 8 B و 26 P. تظهر هالة مكونة من بروتونين في 17 Ne و 27 S. ومن المتوقع أن تكون هالات البروتون أكثر ندرة وأقل استقرارًا من أمثلة النيوترون، بسبب القوى الكهرومغناطيسية الطاردة لبروتونات الهالة.

النماذج النووية

على الرغم من الاعتقاد السائد بأن النموذج القياسي للفيزياء يصف بشكل كامل تكوين وسلوك النواة، فإن توليد التوقعات من النظرية أصعب بكثير من معظم المجالات الأخرى في فيزياء الجسيمات . ويرجع هذا إلى سببين:

  • من حيث المبدأ، يمكن اشتقاق الفيزياء داخل النواة بالكامل من الديناميكا اللونية الكمومية (QCD). ومع ذلك، في الممارسة العملية، فإن الأساليب الحسابية والرياضية الحالية لحل الديناميكا اللونية الكمومية في الأنظمة منخفضة الطاقة مثل النوى محدودة للغاية. ويرجع هذا إلى التحول الطوري الذي يحدث بين مادة الكوارك عالية الطاقة والمادة الهادرونية منخفضة الطاقة ، مما يجعل التقنيات المضطربة غير قابلة للاستخدام، مما يجعل من الصعب بناء نموذج دقيق مشتق من الديناميكا اللونية الكمومية للقوى بين النيوكليونات . تقتصر الأساليب الحالية إما على النماذج الظاهراتية مثل جهد أرجون v18 أو نظرية المجال الفعال الكيرالي . [18]
  • حتى لو تم تقييد القوة النووية بشكل جيد، فإن هناك حاجة إلى قدر كبير من القوة الحسابية لحساب خصائص النوى بدقة منذ البداية . وقد جعلت التطورات في نظرية الأجسام المتعددة هذا ممكنًا للعديد من النوى ذات الكتلة المنخفضة والمستقرة نسبيًا، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من التحسينات في كل من القوة الحسابية والأساليب الرياضية قبل أن نتمكن من التعامل مع النوى الثقيلة أو النوى غير المستقرة للغاية.

تاريخيًا، تمت مقارنة التجارب بنماذج بدائية نسبيًا غير كاملة بالضرورة. لا يمكن لأي من هذه النماذج تفسير البيانات التجريبية حول البنية النووية بشكل كامل. [19]

يُعتبر نصف قطر النواة ( R ) أحد الكميات الأساسية التي يجب على أي نموذج التنبؤ بها. بالنسبة للنوى المستقرة (وليس نوى الهالة أو غيرها من النوى المشوهة غير المستقرة)، يكون نصف قطر النواة متناسبًا تقريبًا مع الجذر التكعيبي لعدد الكتلة ( A ) للنواة، وخاصة في النوى التي تحتوي على العديد من النيوكليونات، حيث يتم ترتيبها في تكوينات أكثر كروية:

تتمتع النواة المستقرة بكثافة ثابتة تقريبًا، وبالتالي يمكن تقريب نصف قطر النواة R بالصيغة التالية،

حيث A = عدد الكتلة الذرية (عدد البروتونات Z ، بالإضافة إلى عدد النيوترونات N ) و r 0  = 1.25 fm = 1.25 × 10 −15  m. في هذه المعادلة، يتغير "الثابت" r 0 بمقدار 0.2 fm، اعتمادًا على النواة المعنية، ولكن هذا أقل من 20% تغييرًا عن الثابت. [20]

بعبارة أخرى، فإن تعبئة البروتونات والنيوترونات في النواة تعطي تقريبًا نفس نتيجة الحجم الإجمالي مثل تعبئة الكرات الصلبة ذات الحجم الثابت (مثل الرخام) في كيس كروي محكم أو شبه كروي (بعض النوى المستقرة ليست كروية تمامًا، ولكن من المعروف أنها متمددة ). [21]

تتضمن نماذج البنية النووية ما يلي:

نموذج العنقود

يصف نموذج المجموعة النواة كمجموعة تشبه الجزيئات من مجموعات البروتون والنيوترون (على سبيل المثال، جسيمات ألفا ) مع وجود نيوترون تكافؤ واحد أو أكثر يشغل مدارات جزيئية. [22] [23] [24] [25]

نموذج قطرة السائل

كانت النماذج المبكرة للنواة تنظر إلى النواة على أنها قطرة سائل دوارة. وفي هذا النموذج، فإن الموازنة بين القوى الكهرومغناطيسية طويلة المدى والقوى النووية قصيرة المدى نسبيًا، معًا، تسبب سلوكًا يشبه قوى التوتر السطحي في قطرات سائلة بأحجام مختلفة. تنجح هذه الصيغة في تفسير العديد من الظواهر المهمة للنوى، مثل كميات الطاقة الرابطة المتغيرة مع تغير حجمها وتكوينها (انظر صيغة الكتلة شبه التجريبية )، لكنها لا تفسر الاستقرار الخاص الذي يحدث عندما يكون للنوى "أعداد سحرية" خاصة من البروتونات أو النيوترونات.

إن المصطلحات الواردة في صيغة الكتلة شبه التجريبية، والتي يمكن استخدامها لتقريب طاقة الارتباط للعديد من النوى، تعتبر مجموع خمسة أنواع من الطاقات (انظر أدناه). ثم إن صورة النواة كقطرة من سائل غير قابل للضغط تفسر تقريبًا التباين الملحوظ في طاقة الارتباط للنواة:

طاقة الحجم . عندما يتم تجميع مجموعة من النيوكليونات من نفس الحجم معًا في أصغر حجم، يكون لكل نيوكليون داخلي عدد معين من النيوكليونات الأخرى على اتصال به. لذا، فإن هذه الطاقة النووية تتناسب مع الحجم.

طاقة السطح . يتفاعل نوكليون على سطح النواة مع عدد أقل من النيوكليونات الأخرى مقارنة بنوكليون داخل النواة، وبالتالي تكون طاقة ارتباطه أقل. يأخذ مصطلح طاقة السطح هذا ذلك في الاعتبار، وبالتالي فهو سلبي ويتناسب مع مساحة السطح.

طاقة كولومب . التنافر الكهربائي بين كل زوج من البروتونات في النواة يساهم في تقليل طاقة ارتباطها.

طاقة عدم التماثل (وتسمى أيضًا طاقة باولي ). وهي طاقة مرتبطة بمبدأ استبعاد باولي . ولولا طاقة كولومب، فإن الشكل الأكثر استقرارًا للمادة النووية سيكون له نفس عدد النيوترونات مثل البروتونات، لأن الأعداد غير المتساوية من النيوترونات والبروتونات تعني ملء مستويات الطاقة الأعلى لنوع واحد من الجسيمات، مع ترك مستويات الطاقة المنخفضة شاغرة للنوع الآخر.

طاقة الاقتران . طاقة هي مصطلح تصحيحي ينشأ عن ميل أزواج البروتونات وأزواج النيوترونات إلى الحدوث. يكون عدد الجسيمات الزوجي أكثر استقرارًا من عدد فردي.

نماذج شل ونماذج كمية أخرى

وقد تم اقتراح عدد من النماذج للنواة حيث تشغل النيوكليونات مدارات، مثل المدارات الذرية في نظرية الفيزياء الذرية . وتتخيل نماذج الموجات هذه النيوكليونات إما كجسيمات نقطية عديمة الحجم في آبار محتملة، أو موجات احتمالية كما في "النموذج البصري"، تدور بدون احتكاك بسرعة عالية في آبار محتملة.

في النماذج المذكورة أعلاه، قد تشغل النيوكليونات مدارات في أزواج، نظرًا لكونها فرميونات، مما يسمح بتفسير تأثيرات Z و N الزوجية/الفردية المعروفة جيدًا من التجارب. تختلف الطبيعة الدقيقة وسعات الأغلفة النووية عن تلك الخاصة بالإلكترونات في المدارات الذرية، وذلك في المقام الأول لأن البئر المحتمل الذي تتحرك فيه النيوكليونات (خاصة في النوى الأكبر) يختلف تمامًا عن البئر المحتمل الكهرومغناطيسي المركزي الذي يربط الإلكترونات في الذرات. يمكن رؤية بعض التشابه مع نماذج المدارات الذرية في نواة ذرية صغيرة مثل نواة الهيليوم-4 ، حيث يشغل البروتونان والنيوترونان بشكل منفصل مدارات 1s مماثلة للمدار 1s للإلكترونين في ذرة الهيليوم، ويحققان استقرارًا غير عادي لنفس السبب. النوى التي تحتوي على 5 نيوكليونات غير مستقرة للغاية وقصيرة العمر، ومع ذلك، فإن الهيليوم-3 ، الذي يحتوي على 3 نيوكليونات، مستقر للغاية حتى في حالة عدم وجود غلاف مداري مغلق 1s. نواة أخرى بها 3 نيوكليونات، وهي نواة التريتون الهيدروجين-3 غير مستقرة وستتحلل إلى هيليوم-3 عند عزلها. يوجد استقرار نووي ضعيف مع وجود 2 نيوكليون {NP} في المدار 1s في الديوترون الهيدروجين-2 ، مع وجود نيوكليون واحد فقط في كل من آبار جهد البروتون والنيوترون. في حين أن كل نيوكليون هو فرميون، فإن الديوترون {NP} هو بوزون وبالتالي لا يتبع استبعاد باولي للتكديس الوثيق داخل الأغلفة. الليثيوم-6 مع 6 نيوكليونات مستقر للغاية بدون مدار غلاف ثانٍ مغلق 1p. بالنسبة للنوى الخفيفة ذات أرقام النيوكليونات الكلية من 1 إلى 6، فإن تلك التي تحتوي على 5 فقط لا تظهر بعض الأدلة على الاستقرار. تشير ملاحظات استقرار بيتا للنوى الخفيفة خارج الأغلفة المغلقة إلى أن الاستقرار النووي أكثر تعقيدًا بكثير من الإغلاق البسيط لمدارات الغلاف بأعداد سحرية من البروتونات والنيوترونات.

بالنسبة للنوى الأكبر حجمًا، تبدأ الأغلفة التي تشغلها النيوكليونات في الاختلاف بشكل كبير عن أغلفة الإلكترونات، ولكن مع ذلك، تتنبأ النظرية النووية الحالية بالأعداد السحرية للأغلفة النووية الممتلئة لكل من البروتونات والنيوترونات. يتنبأ إغلاق الأغلفة المستقرة بتكوينات مستقرة بشكل غير عادي، على غرار المجموعة النبيلة من الغازات شبه الخاملة في الكيمياء. ومن الأمثلة على ذلك استقرار الغلاف المغلق المكون من 50 بروتونًا، مما يسمح للقصدير بالحصول على 10 نظائر مستقرة، أكثر من أي عنصر آخر. وبالمثل، تفسر المسافة من إغلاق الغلاف عدم الاستقرار غير المعتاد للنظائر التي تحتوي على أعداد بعيدة عن الاستقرار من هذه الجسيمات، مثل العناصر المشعة 43 ( التكنيشيوم ) و61 ( البروميثيوم )، حيث يسبق كل منهما ويتبعه 17 عنصرًا مستقرًا أو أكثر.

ومع ذلك، هناك مشاكل مع نموذج الغلاف عندما يتم إجراء محاولة لتفسير الخصائص النووية بعيدًا عن الأغلفة المغلقة. وقد أدى هذا إلى تشوهات معقدة لاحقة لشكل البئر المحتملة لتناسب البيانات التجريبية، لكن السؤال يبقى ما إذا كانت هذه التلاعبات الرياضية تتوافق بالفعل مع التشوهات المكانية في النوى الحقيقية. أدت المشاكل المتعلقة بنموذج الغلاف إلى قيام البعض باقتراح تأثيرات واقعية للقوة النووية ذات الجسمين والثلاثة أجسام والتي تنطوي على مجموعات من النوكليونات ثم بناء النواة على هذا الأساس. ثلاثة من هذه النماذج العنقودية هي نموذج بنية المجموعة الرنانة لعام 1936 لجون ويلر، ونموذج الكرة المزدحمة المغلقة للينوس بولينج ونموذج إيزينج ثنائي الأبعاد لماكجريجور. [19]

الاتساق بين النماذج

كما هو الحال مع الهيليوم السائل الفائق السيولة ، فإن النوى الذرية هي مثال لحالة تنطبق عليها (1) قواعد فيزيائية للجسيمات "العادية" للحجم و(2) قواعد ميكانيكا الكم غير البديهية للطبيعة الموجية. في الهيليوم الفائق السيولة، يكون لذرات الهيليوم حجم، وتلامس بعضها البعض بشكل أساسي، ولكنها في نفس الوقت تظهر خصائص كتلة غريبة، متوافقة مع تكاثف بوز-أينشتاين . تظهر النيوكليونات في النوى الذرية أيضًا طبيعة موجية وتفتقر إلى خصائص السوائل القياسية، مثل الاحتكاك. بالنسبة للنوى المكونة من هادرونات وهي فرميونات ، لا يحدث تكاثف بوز-أينشتاين، ومع ذلك، لا يمكن تفسير العديد من الخصائص النووية إلا على نحو مماثل من خلال مجموعة من خصائص الجسيمات ذات الحجم، بالإضافة إلى الحركة الخالية من الاحتكاك المميزة للسلوك الموجي للأشياء المحاصرة في مدارات إروين شرودنغر الكمومية .

انظر أيضا

ملحوظات

  1. ^ 26,634 مشتق من2 ×156 م /11.7142 فم ؛ 60.250 مشتق من2 ×52.92 مساءً /1.7166 فم

مراجع

  1. ^ إيفاننكو، د. (1932). "فرضية النيوترون". نيتشر . 129 (3265): 798. رمز Bibcode :1932Natur.129..798I. doi : 10.1038/129798d0 . ISSN  0028-0836. S2CID  4096734.
  2. ^ هايزنبرغ، دبليو (1932). "Über den Bau der Atomkerne. I". Z. فيز. 77 (1-2): 1-11. بيب كود :1932ZPhy...77....1H. دوى :10.1007/BF01342433. S2CID  186218053.
  3. ^ هايزنبرغ، دبليو (1932). "Über den Bau der Atomkerne. II". Z. فيز . 78 (3-4): 156-164. بيب كود :1932ZPhy...78..156H. دوى :10.1007/BF01337585. S2CID  186221789.
  4. ^ هايزنبرغ، دبليو (1933). "Über den Bau der Atomkerne. III". Z. فيز . 80 (9-10): 587-596. بيب كود :1933ZPhy...80..587H. دوى :10.1007/BF01335696. S2CID  126422047.
  5. ^ ميلر، آرثر آي.، محرر. (1995). الديناميكا الكهربائية الكمومية المبكرة: كتاب مصدري (طبعة الغلاف الورقي الأولى). كامبريدج: مطبعة جامعة كامبريدج. ص 84-88. رقم ISBN 978-0-521-56891-3.
  6. ^ فرنانديز، برنارد؛ ريبكا، جورج وفرنانديز، برنارد (2012). "النظرية النووية بعد اكتشاف النيوترون". كشف لغز النواة الذرية: رحلة ستين عامًا، 1896-1956 . نيويورك، نيويورك: سبرينغر. ص. 263. ISBN 978-1-4614-4180-9.
  7. ^ كاستلفيكي، ديفيد (نوفمبر 2019). "ما حجم البروتون؟ لغز حجم الجسيمات يقترب من الحل". نيتشر . 575 (7782): 269-270. رمز Bibcode :2019Natur.575..269C. doi :10.1038/d41586-019-03432-4. ISSN  0028-0836. PMID  31719693. S2CID  207938065.
  8. ^ أنجيلي، آي.؛ مارينوفا، كيه بي (يناير 2013). "جدول أقطار شحنة الحالة الأرضية النووية التجريبية: تحديث" (PDF) . جداول البيانات الذرية والنووية . 99 (1): 69-95. رمز Bibcode :2013ADNDT..99...69A. doi :10.1016/j.adt.2011.12.006. مؤرشف من الأصل (PDF) في 3 ديسمبر 2021.
  9. ^ ""اليورانيوم"" IDC Technologies"" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 7 مايو 2018 . تم الاسترجاع في 7 مايو 2018 .
  10. ^ "تجربة رذرفورد". جامعة روتجرز . مؤرشف من الأصل في 14 نوفمبر 2001. تم الاسترجاع في 26 فبراير 2013 .
  11. ^ هاربر، د. "نواة". قاموس علم أصول الكلمات على الإنترنت . مؤرشف من الأصل في 13 ديسمبر 2007. تم الاسترجاع في 6 مارس 2010 .
  12. ^ لويس، جيلبرت ن. (1916). "الذرة والجزيء". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 38 (4): 762-785. doi :10.1021/ja02261a002. ISSN  0002-7863. S2CID  95865413. مؤرشف من الأصل في 25 نوفمبر 2013.
  13. ^ Sytenko, Oleksij H. & Tartakovskij, Viktor Konstantinovič (1997). نظرية النواة: البنية النووية والتفاعل النووي. النظريات الأساسية للفيزياء. دوردرخت: كلوير. ص. 464. ISBN 978-0-7923-4423-0.
  14. ^ Srednicki, Mark Allen (2007). نظرية المجال الكمومي . كامبريدج؛ نيويورك: مطبعة جامعة كامبريدج. ص 522-523. ISBN 978-0-521-86449-7. OCLC  71808151.
  15. ^ Basdevant, JL; Rich, James & Spiro, Michel (2005). Fundamentals in Nuclear physics: from nuclear structure to cosmology. New York: Springer. p. 155. ISBN 978-0-387-01672-6.
  16. ^ باترسبي، ستيفن (2013). "نواة على شكل كمثرى تعزز البحث عن فيزياء جديدة". نيتشر . doi : 10.1038/nature.2013.12952 . S2CID  124188454. مؤرشف من الأصل في 17 سبتمبر 2016. تم الاسترجاع في 23 نوفمبر 2017 .
  17. ^ Gaffney, LP; Butler, PA; Scheck, M.; Hayes, AB; Wenander, F.; Albers, M.; Bastin, B.; Bauer, C.; Blazhev, A.; Bönig, S.; Bree, N.; Cederkäll, J.; Chupp, T.; Cline, D.; Cocolios, TE (مايو 2013). "دراسات النوى على شكل كمثرى باستخدام حزم مشعة متسارعة" (PDF) . Nature . 497 (7448): 199–204. Bibcode :2013Natur.497..199G. doi :10.1038/nature12073. ISSN  0028-0836. PMID  23657348. مؤرشف من الأصل (PDF) في 30 أغسطس 2017.
  18. ^ Machleidt, R.; Entem, DR (2011). "نظرية المجال الفعال الكيرالي والقوى النووية". تقارير الفيزياء . 503 (1): 1–75. arXiv : 1105.2919 . Bibcode :2011PhR...503....1M. doi :10.1016/j.physrep.2011.02.001. S2CID  118434586.
  19. ^ أ. كوك، نورمان د. (2010). نماذج النواة الذرية: التوحيد من خلال شبكة من النيوكليونات (الطبعة الثانية). برلين؛ نيويورك: دار نشر سبرينغر. ص. 57 وما يليه. رقم ISBN 978-3-642-14736-4. OCLC  648933232.
  20. ^ كرين، كينيث س. (1987). الفيزياء النووية التمهيدية (الطبعة المنقحة). هوبوكين، نيوجيرسي: وايلي. رقم ISBN 978-0-471-80553-3.
  21. ^ Serway, Raymond; Vuille, Chris; Faughn, Jerry (2009). College Physics (الطبعة الثامنة). Belmont, CA: Brooks/Cole, Cengage Learning. ص. 915. ISBN 978-0-495-38693-3.
  22. ^ إيرنشتاين، ديفيد (21 نوفمبر 2023). "الحالة الأرضية النووية لها بنية شبيهة بالجزيء". فيزياء . 16 (21): s167. arXiv : 2311.13129 . doi : 10.1103/PhysRevLett.131.212501. PMID  38072612. مؤرشف من الأصل في 23 نوفمبر 2023. تم الاسترجاع في 23 نوفمبر 2023 .
  23. ^ لي، بينجي (2023). "التحقق من صحة البنية الجزيئية للحالة الأرضية لـ 10Be باستخدام قياسات المقطع العرضي للتفاعل التفاضلي الثلاثي لـ 10Be(p,pα)6He". رسائل المراجعة الفيزيائية . 131 (21): 212501. arXiv : 2311.13129 . doi :10.1103/PhysRevLett.131.212501. PMID  38072612. S2CID  265351452.
  24. ^ Ebran, JP (2012). "كيف تتجمع النوى الذرية". Nature . 487 (7407): 341–344. arXiv : 1203.1244 . Bibcode :2012Natur.487..341E. doi :10.1038/nature11246. PMID  22810698.
  25. ^ Wildermuth, K. (1958). "The "cluster model" of the atomic nuclei". Nuclear Physics . 7 : 150–162. Bibcode :1958NucPh...7..150W. doi :10.1016/0029-5582(58)90245-1.
يحتوي ويكي الاقتباس على اقتباسات متعلقة بـ النواة الذرية .
  • النواة – فصل من كتاب مدرسي على الإنترنت محفوظ في 14 ديسمبر 2010، على موقع Wayback Machine
  • مخطط مباشر للنويدات – الوكالة الدولية للطاقة الذرية بلغة Java أو HTML
  • مقالة عن "نموذج الغلاف النووي"، توضح ملء الغلاف النووي للعناصر المختلفة. تاريخ الوصول: 16 سبتمبر 2009.
  • الخط الزمني: المفاهيم دون الذرية، العلوم والتكنولوجيا النووية محفوظ في 5 فبراير 2021، على موقع واي باك مشين .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Atomic_nucleus&oldid=1245255029#Nuclear_models"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate