Читайте также:
|
Электромагнитное взаимодействие переносят фотоны. Они невесомы — значит, связанная с ними энергия может быть сколь угодно мала. Пи-мезоны довольно массивны (около седьмой части массы протона), так что переносят гарантированно большую энергию. Поэтому обеспеченное ими взаимодействие называют сильным. Хотя на фоне обмена сверхтяжёлыми по ядерным меркам глюонами оно не так уж внушительно, но в привычном нам мире не слишком высоких энергий сильнее межбарионного взаимодействия и впрямь ничего не найти.
Но по законам квантовой механики большей энергии соответствует меньшее время, в течение которого эта энергия может проявляться произвольным образом, без явных взаимодействий. Это ограничивает дальность полёта временно порождаемых — виртуальных — частиц: ведь их скорость заведомо не превышает световой. Поэтому электромагнитное взаимодействие распространяется сколь угодно далеко (хотя, конечно, ослабевает по квадрату расстояния — далеко летят лишь низкоэнергичные фотоны) — а сильное ограничено дистанциями, сопоставимыми с размером ядра. И это, в свою очередь, ограничивает сам размер ядра.
Чем больше в ядре протонов, тем мощнее общее их отталкивание, тем больше должна быть концентрация нейтронов. Два протона может связать даже единственный нейтрон: гелий-3 вполне устойчив — хотя вследствие других, достаточно сложных, законов мира элементарных частиц несравненно более распространён гелий-4 с двумя нейтронами. Замечу к слову, что химические свойства полностью определены числом электронов и равным ему числом протонов, так что атомы, отличающиеся только числом нейтронов, занимают в таблице Менделеева одну клетку и поэтому зовутся изотопами — единоместными. А 92 протона уранового ядра приходится удерживать почти полутора сотням нейтронов: в природе наиболее распространён уран-238.
В таком громадном ядре противоположные частицы уже не скреплены сильным взаимодействием: пи-мезоны просто не успевают пролететь от края до края. А электрическое отталкивание, не скованное расстоянием, продолжается. Поэтому уран неустойчив. За четыре с половиной миллиарда лет распадается половина ядер урана-238, и на Земле он встречается в заметных количествах лишь благодаря тому, что ей от роду всего 5–6 миллиардов лет. Более тяжёлые элементы успели распасться полностью. Поэтому привычная таблица Менделеева кончается ураном.
Ядра сложнее урана делают искусственно. Например, плутоний-239 образуется после попадания в уран-238 дополнительного нейтрона. 92 протонов уже не хватает для поглощения всех выделяемых столькими нейтронами пи-минус-мезонов, и те уходят за пределы ядра. Бета-распад рождает сперва нептуний-239 с 93 протонами, а затем и плутоний-239 с 94. Правда, примерно за 24.4 тысячи лет половина этих ядер распадается. А более тяжёлые элементы, образуемые попаданиями дополнительных нейтронов, выдерживают и того меньше. Например, ядерная бомба на основе калифорния-252 может весить считанные граммы — но пролежит на складе недолго: период его полураспада всего 2.2 года. А ведь наработка нужного количества калифорния даже в очень мощном реакторе тоже занимает годы! Поэтому — после множества довольно удачных экспериментов — от крупнокалиберных пуль с ядерным зарядом отказались.
Дата добавления: 2014-11-24; просмотров: 133 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |