Modele nucleare

Ca si in cazul atomic, in cazul nuclear au fost formulate modelele ce incearca sa descrie structura nucleului. Spre deosebire de atom, unde fortele ce actioneaza sunt bine cunoscute si exista un camp central creat de nucleu, nucleul reprezinta o problema mult mai complexa, de mai multe corpuri. Din acest punct de vedere, nucleul face legatura intre cazul a putine corpuri (particule elementare) si cazul extrem a mai multor corpuri specific solidului, metalelor, in fizica plasmei.

Modelele nucleare s-au dezvoltat in doua directii si anume modelele ce trateaza nucleonii ca particule individuale in sistemul considerat, analog modelul planetar al atomului sau modele ce trateaza statistic constituentii nucleari. Din prima categorie fac parte modelul paturilor , iar din cea de a doua modelul in picatura.

1.1 Modelul nuclear al paturilor

Datele experimentale arata ca electronii in atom tind sa ocupe paturi distincte. Potentialele de ionizare , de exemplu, dovedesc ca atomii ce au anumite valori ale numarului atomic (Z=2,10,18,...) au stabilitate foarte mare si se combina greu cu alte elemente; structural or electronica corespunde unor paturi inchise. Studiul proprietatilor statice si dinamice ale nucleului arata ca si aici exista o periodicitate, legata de existenta numerelor ,,magice"* de protoni sau neutroni Z(N) = 2, 8, 20, 28, 50, 82, (126).

Existenta nivelelor energetice in nucleu, care a fost demonstrata pentru prima oara pe baza structurii fine a razelor emise in dezintegrarea radioactiva, a condus de asemenea la considerarea nucleonilor ca miscandu-se pe anumite orbite , asa cum electronii se misca in atom. Aceasta prima varianta a modelului paturilor nu a putut explica o serie de date experimentale, ca de exemplu fisiunea nucleara si a fost inlocuita prin modelul picaturii. Mai tarziu, in 1950, Maria G. Mayer si J.D.H. Jensen au reluat si dezvoltat modelul paturilor , elaborand modelul particulelor independente care reusea sa explice un numar mare de date experimentale.

Ideea de baza a modelului este ca particulele constituente ale nucleului pot sta pe o ,,orbita" un timp indelungat, fara sa interactioneze cu vecinii sai. Se presupune ca nivelele de joasa energie sunt umplute in starea fundamentala , astfel incat sunt posibile numai acele interactii intre nucleoni in nucleu ce duc la trecerea pe un nivel neocupat , in conformitate cu principiul lui Pauli. Starile excitate ale nucleului sunt imaginate similar atomului, ca realizandu-se prin trecerea nucleonilor de pe un nivel energetic aflat intr-o patura pe un nivel energetic mai inalt , dintr-o alta patura. Mayer si Jensen presupun ca paturile neutronice si protonice se completeaza independent. Schema de umplere a starilor neutronilor si protonilor din nucleu astfel dedusa este reprezentata pe fig. 11.1.

Fig. 11.1 Numerele de nucleoni de pe nivelele energetice succesive

Starea l - numar cuantic 2(2l + 1) = nr de nucleoni in patura Numar total de nucleoni in nucleu

1s 0 2 2