شکل ( 2-6): ترازهای انرژی در یک چاه پتانسیل گرد شده
شامل یک شکافتگی قوی اسپین – مدار
از شکل (2-6) می توان ملاحظه کرد که اگر بزرگی شکافتگی اسپین – مدار را به طور مناسبی تنظیم کنیم شکاف های لایه های اصلی در اعداد مرموز تجربی اتفاق می افتد.
به این ترتیب تمام اعداد جادویی 2- 8 -20 – 28- 50 – 82 و 126 به دست می آید [11].
2-4-3- انرژی جفت شدگی در مدل پوسته ای
فرضیه 5 بیان می کند که انرژی جفت شدن محدود است و با j افزایش می یابد. از نظر فیزیکی این همان انرژی جفت شدگی است. ممکن است شگفت زده شویم که چرا انرژی جفت شدن وابسته به مدل پوسته ای است. انرژی جفت شدن در مدل پوسته ای برای محاسبه گشتاور هسته ای قابل بحث می باشد.
مایر با انجام محاسبات تقریبی، با فرض پتانسیل جاذبه کوتاه برد، انرژی بر همکنش در هر جفت نوکلئون یکسان که متناسب با است و انرژی بر همکنش صفر برای هر نوکلئون فرد را ارائه داد [23].
آنگاه انرژی جفت شدن تقریبا متناسب با است و جفت شدن نوکلئون های یکسان بیشتر به نفع حالت j بزرگ است.
2-4-4- دامنه موفقیت های مدل لایه ای
موفقیت های مدل لایه ای حاضر به خاطر پدیده هایی است که مربوط به اعداد جادویی یا سیستم تناوبی هسته و گشتاور هسته ای هستند. مدل پوسته ای، با جفت شدگی اسپین مدار قوی، گشتاور دو قطبی مغناطیسی سطوح پایه و سطوح برانگیخته هسته را ارائه می دهد. این مدل همچنین بهترین مثال موجود از گشتاور مغناطیسی و الکتریکی را ارائه می دهد که احتمال انتقال اشعه بین سطوح مختلف در هسته را محاسبه می کند.
فصل سوم
واکنش های هسته ای
3-1- مقدمه
نخستین تحقیقات در فیزیک هسته ای حول موادی تمرکز داشت که به طور طبیعی پرتو زا هستند. از نمونه های پرتوزا به عنوان چشمه ذرات آلفا نیز استفاده می شد که این ذرات در جای خود، در بمباران هسته های دیگر مورد استفاده قرار می گرفتند. چنین آزمایش هایی که توسط رادرفورد و همکارانش انجام یافتند، ایده دقیقی از کوچکی هسته به دست دادند که به نظریه هسته ای اتم منجر شد. این آزمایش ها بی درنگ در تلاش جهت شکستن هسته ها پیگیری شدند.
رادرفورد در سال 1919 با پرتابه هایی از ذرات آلفا نخستین آزمایش مربوط به فرو پاشاندن هسته ها را انجام داد که موفقیت آمیز بود. پیشرفت های مربوط به این موضوع در خلال دهه بعد بسیار کند بود. این بدان علت بود که تنها معدودی از آزمایشگاه ها از مواد پرتوزای کافی برخوردار بودند، اما علت عمده آن این بود که انرژی ذرات آلفا گرچه بین 4 تا حدود Mev10 بود ولی برای غلبه بر سد پتانسیل یا دافعه کولنی هسته بسیار اندک بود. حدود سال 1930 به منظور انرژی دادن زیاد به ذراتی از قبیل الکترون، پروتون، دوترون ( هسته دوتریوم ) و یون های هلیوم ( ذرات آلفا ) و نیز برای تولید پرتوهای ایکس با انرژی بالا، فیزیکدانان طراحی و ساخت شتابدهنده های ذرات را آغاز کردند.
پیشرفت شتابدهنده ها ( در تامین انرژی بالاتر و شدت بیشتر و توسعه آنها در تولید ذرات مختلف ) فرصتی بود که آزمایش های گوناگونی در زمینه بمباران هسته ها انجام شود و نتیجه این آزمایش ها اغلب این بود که هسته هدف تبدیل به عنصر دیگری می شد [24].
3-2- واکنش های هسته ای
بین سال 1919 که رادرفورد کشف تبدیل هسته ای مصنوعی
(3-1)
را اعلام کرد و 1339 که شکافت هسته ای کشف شد تقریبا تمام فرایندهای هسته ای شناخته شده که می توانست توسط انرژی های بمبارانی تقریبا تا Mev 10 انجام گیرد پیدا شده بود. از آن هنگام تا کنون انرژی های بمبارانی تقریبا به Bev 10گسترش یافته است. بحث فعلی ما محدود به واکنش های هسته ای در زیر آستانه تولید مزون ( ) است.
نظریه های مفصل واکنش هسته ای ( نظریه بوهر، نظریه واکنش و نظریه وحدت ) به تدریج توسط دو مدل موجود در فیزیک هسته ای یعنی مدل قطره مایع و مدل لایه ای تکمیل شدند. یک نظریه، نظریه بوهر بود که بر اساس مدل قطره مایع بود. در این نظریه فرض شده بود که یک پرتابه هسته ای که بر روی یک هسته فرود می آید به شدت با تمام نوکلئون های آن بر همکنش کرده و انرژی اش را بین آنها تقسیم می کند. هسته مرکبی که به این شکل پدید می آید مستقل از چگونگی تشکیل آن واپاشی می کند. در نظریه واکنش، مبتنی بر مدل لایه ای پیشنهاد شده بود که یک نوکلئون فرودی از طریق پتانسیل مدل لایه ای با هسته بر همکنش می کند و احتمال جذب آن و ایجاد هسته مرکب نسبتا کم است. این جنبه های متفاوت واکنش هسته ای را می توان در یک نظریه وحدت گنجاند ( نظریه وایسکوف ) که طبق نظریه وایسکوف هر واکنش هسته ای از طریق یک رشته مراحل مختلف انجام می شود. که این رشته مراحل مختلف به طور طرح وار در شکل ( 3-1) آمده است.