Максим Близнюк
февраль 2018.
158

Какие условия нужно создать, чтобы химические элементы с большим номером (>100) были стабильны?

Ответить
Ответить
Комментировать
0
Подписаться
3
1 ответ
Поделиться

Нестабильность сверх тяжёлых ядер (Z > 100) является следствием больших их размеров и очень быстрого уменьшения ядерных сил от увеличения расстояния между нуклонами в ядре. Конкурентами ядерных сил притяжения между нуклонами в ядре выступают электромагнитные (дальнодействующие) силы отталкивания между протонами ядра. 

Наибольшее по размерам и полностью стабильное ядро — это Pb-208 (A = 208, 126 нейтронов и 82 протона). Размер ядра определяется его радиусом, R = r₀∛A, где r₀ = 1,25 fm. Соответствующий объём ядра равен V=A⋅V₀, где  V₀ = (4/3)πr₀³ = 8,2×10⁻⁴⁵ м³. Необходимым условием стабильности для элементов тяжелее Pb-208 (или А > 208) было бы ограничение объёма ядра размером ядра Pb-208.  Ясно, что это неизбежно приведёт к росту плотности энергии и плотности массы внутри ядер с А > 208. Возможно ли этого добиться практически?

Плотность энергии (u₀) в ядре Pb-208 рассчитаем, из известного приближения Е≈А⋅ε для энергии связи нуклонов, где ε ≈ 8 МэВ/нуклон. Тогда u₀ = E/V = ε/V₀ ≈ 1,6×10³² Дж/м³. Плотность материи внутри ядра соответственно равна ρ₀ = m/V₀ ≈ 2×10¹⁷ кг/м³, и обе (u₀, ρ₀) не зависят от числа нуклонов А. Отметим сразу, что таких энергий и плотностей нет даже в центре Солнца.

Плотности (u₀, ρ₀) в ядре Pb-208 находятся в интервале плотностей энергий (давлений)  10³¹ < u₀ < 10³⁴ Дж/м³ и плотностей материи 10⁹ < ρ₀ < 7×10¹⁷ кг/м³, реализованных природой только в нейтронных звёздах (нижние и верхние пределы соответствуют областям коры и ядра нейтронной звезды). Очевидно, что мы не в силах создать и тем более влиять на такие условия.

Чтобы все же добавить оптимизма отмечу, что для индивидуальных ядер такие плотности энергии и материи все же создаются столкновениями ядер на специальных ускорителях. Этим способом изменяют не только свойства ядер но и конструируют из них новые, более массивные. Недавно в Дубне создали самый массивный на сегодня 118-ый элемент — Оганесон-294 (по имени руководителя лаборатории ОИЯИ (Дубна) Юрия Оганесяна, кстати мой соотечественник).  

18
-1

Очевидно, что мы не в силах создать такие условия.

Всё в наших силах, мы хозяева своей жизни. Достаточно только действительно захотеть.

+2
Ответить
Прокомментировать
Ответить