כוחות, מסה ואנרגית קשר
מודלים של הגרעין
מודל הטיפה
ניסויי פיזור שנערכו במקומות שונים בגרעין הראו שלגרעין צפיפות אחידה בקירוב טוב. תכונה זו אפשרה לדמות את גרעין האטום לטיפת מים בה מתקיימת צפיפות אחידה. בנוסף, כשם שעל פני טיפת המים נוצר מתח פנים, כך גם על פני הגרעין נוצר מתח דומה. דמיון זה בין טיפת מים לגרעין האטום מאפשר ללמוד על האנרגיה האצורה בגרעין מתוך האנרגיה האצורה בטיפת מים.
האנרגיה האצורה בטיפת מים היא האנרגיה המקשרת בין המולקולות שבה. אנרגיה זו מחזיקה אותן בצורת צבירה של נוזל ועליה יש להתגבר כדי להפוך את טיפת המים לאד מים. אנרגית האידוי הנדרשת כדי להפוך נוזל לגז תלויה במספר המולקולות שבנוזל. באופן דומה כך גם האנרגיה הכלואה בגרעין תלויה במספר הנוקלאונים שבגרעין.
אנרגיה זו, הכלואה בגרעין, תלויה בחמישה גורמים שונים:
• מספר הנוקלאונים הנמצאים בגרעין
• מספר הנוקלאונים הנמצאים בשטח הפנים של הגרעין
• כוח הדחייה החשמלי הפועל בין הפרוטונים שבגרעין
• היחס בין מספר הפרוטונים למספר הניוטרונים שבגרעין
• גורם תיקון להשפעת הצימוד בין הפרוטונים והניוטרונים
מתוך חמשת הגורמים שלעיל ניתן לבנות את המשוואה הבאה,
כאשר,
A – מספר המספר
Z – המספר האטומי
aV – מקדם שערכו 15.85MeV
aS – מקדם שערכו 18.34MeV
aC – מקדם שערכו 0.714MeV
aA – מקדם שערכו 23.21MeV
והפונקציה δ(A,Z) מחושבת לפי,
כאשר A,Z זוגיים: +δ0
כאשר A אי-זוגי ו- Z זוגי או להפך: 0
כאשר A,Z אי-זוגיים: –δ0
δ0 – מחושב לפי aP/A1/2
aP – מקדם שערכו 12.00MeV
מודל הקליפות
מודל הקליפות של הגרעין דומה למודל הקליפות של האטום המתאר גם את תהליך מילוי האלקטרונים ברמות השונות שלהן. גם על הפרוטונים ועל הניוטרונים שבגרעין חל עיקרון האיסור של פאולי ולא ניתן להציב יותר משני פרוטונים ויותר משני ניוטרונים באותו מצב קוונטי באותה רמת אנרגיה (קליפה).
המודל הקולקטיבי
מודל הקליפות, על אף הצלחתו הרבה, נתקל בשתי תופעות אשר הוא לא יכול היה להסביר. תופעה אחת מהן היא תופעה בה נמדדה התפלגות א-סימטרית של המטען החשמלי על פני הקליפה. תופעה זו הייתה בלתי ניתנת להסבר כאשר הקליפה עוטפת את הגרעין בצורה סימטרית. התופעה השנייה שלא ניתן היה להסביר בעזרת מודל הקליפות היא שנמצאו רמות אנרגיה מעוררות שלא התאימו לחישובים. הסבר לשתי תופעות אלו ניתן בעזרת מודל משופר למודל הקליפות והוא המודל הקולקטיבי.
המודל הקולקטיבי מניח שצורת הגרעין אינה נשארת קבועה וסימטרית לאורך הזמן. לפי המודל הקולקטיבי הנוקלאונים נמצאים בתנועה בתוך הגרעין ומשפיעים אחד על מסלול תנועתו של האחר. השפעה הדדית וקבוצתית זו של הנוקלאונים היא זו שנתנה למודל זו את שמו – המודל הקולקטיבי.
בשל ההשפעה הקבוצתית וההדדית הזו של הנוקלאונים נוצרת לגרעין צורה אסימטרית המשתנה בזמן. תכונה זו של צורת הגרעין מאפשרת להסביר כיצד מתקבלת התפלגות א-סימטרית של המטען החשמלי על פניה. היא גם מאפשרת להסביר כיצד מתקבלות רמות אנרגיה מעוררות השונות מהערך הצפוי מחישוב.
[ עמוד ראשי - פיזיקה גרעינית | פיזיקה גרעינית - כוחות, מסה ואנרגיית קשר : כוח גרעיני חזק וכוח גרעיני חלש | פחת מסה | יחידת מסה אטומית | ייצוג מסת האטום ביחידות אנרגיה | אנרגיית הקשר הגרעינית | מודלים של הגרעין | סיכום ]