УСЛОВИЕ СТАБИЛЬНОСТИ

Важным вопросом ядерной физики является выяснение причин, по которым ядро одного состава является стабильным, а другого — радиоактивным. Для некоторых групп ядер последовательное добавление к стабильному ядру нескольких протонов или нейтронов приводит к образованию стабильных же ядер; например, ядра, имеющие:

или

являются стабильными. В других случаях добавление только одного протона или нейтрона приводит к образованию радиоактивного ядра. Существуют также стабильные ядра, которые могут быть получены из соседних стабильных ядер добавлением только «пары» протонов или нейтронов. Располагая ядра по возрастающим значениям чисел протонов и нейтронов (т. е. в «координатной системе» можно заметить существование особых значений этих чисел: при стабильные ядра не образуются ни при каких значениях точно так же не существуют стабильные ядра при «особых» значениях .

В настоящее время не удается найти способ вычисления стабильных сочетаний но если их считать заданными, то можно определить характер радиоактивности соседних ядер. Для большинства ядер соблюдается следующее правило:

если стабильное ядро сохраняет свою устойчивость при добавлении к нему нейтрона, то присоединение протона приводит к образованию ядра, испытывающего -распад или электронный захват. Если же ядро сохраняет стабильность при добавлении протона, то присоединение нейтрона образует ядро, испытывающее -распад.

Например, стабильное ядро 8709 при добавлении нейтрона образует устойчивое ядро но присоединение протона дает радиоактивное ядро испускающее позитрон. Ядро при присоединении протона образует стабильное ядро но добавление нейтрона приводит к -радиоактивному ядру Среди изученных ядер имеется весьма незначительное число отступлений от этого правила (отметим, что все они имеют указанные выше «особые» значения чисел

В большинстве ядерных моделей, в соответствии с экспериментальными данными, предполагается, что каждое атомное ядро имеет характерный для него спектр уровней энергии, на которых могут находиться нуклоны, причем уровни для протонов отличаются от уровней для нейтронов. Предполагается, что это отличие заключается только в значениях энергии уровней. Однако возможно существование физических различий и более глубокого характера. Допуская их,

можно дать простое и образное объяснение указанному выше правилу. Если в данном ядре все протоны занимают «протонные уровни энергии», а все нейтроны находятся соответственно на «нейтронных уровнях», то это ядро будет стабильным. Однако ядерные силы могут (для достижения минимума потенциальной энергии или же из-за отсутствия «вакансий») втянуть протон-на «нейтронный» уровень; на этом уровне протон не может долго существовать и со временем вынуждается к превращению в нейтрон. Точно так же, если нейтрон был вынужден занять «протонный» уровень, то со временем он превращается в протон. Ввиду этого, если в стабильном ядре произвести замену протона нейтроном или нейтрона протоном, то получится радиоактивное ядро. В качестве примера приведем две тройки ядер с такой заменой (стрелки указывают направление радиоактивного превращения):

В следующей тройке можно заметить, что ядра, обладающие одновременно и -активностью, имеют соседние стабильные ядра, отличающиеся тем, что в них протон заменен на нейтрон и обратно:

Можно указать также на все пары «зеркальных ядер», у которых замена нейтрона протоном в стабильном компоненте всегда дает радиоактивное ядро, испускающее позитрон или испытывающее электронный захват, например: