Атомные ядра

The Atomic Nuclei

Skibinskyi L. P., Skibinskyi S. L.

Abstract. The article shows that the pair interaction between the nucleons in the nuclei is connected with by their spin nature and that the nucleons and their field of nuclear forces haven’t spherically symmetric. The degree of saturation of nuclear forces depends only on the number of nucleons in the nuclei. These properties of the nuclear forces are carried out only in our physical linearly associated model of nucleus. Its correct description limited only to the determination of nuclear potential of the nucleon with the spin pair dependence of nuclear forces and the degree their saturation. This model the nucleus provides definiteness of nuclear forces from distance between the nucleons.

Атомные ядра

,

В статье показано, что парное взаимодействие между нуклонами в ядрах связано c их спиновой природой, и что нуклоны и их поля ядерных сил не имеют сферической симметрии. Степень насыщения ядерных сил зависит только от количества нуклонов в ядрах. Эти свойства ядерных сил выполняются только в нашей физической линейно ассоциированной модели ядра. Ее корректное описание сводиться только к отысканию ядерного потенциала нуклона с учетом спиновой парной зависимости ядерных сил и степени их насыщения. Эта модель ядра обеспечивает определенность ядерных сил от расстояния между нуклонами.

1. Странные соотношения неопределенностей Гейзенберга

Теория ядра является завершением наших экспериментальных и теоретических исследований проблем фундаментальных разделов физики. Она должна привести к определенности ядерных сил и решению многих сложных прикладных проблем.

Мы первыми поняли, что причиной всех проблем в квантовой физике и теории ядра является странная философия [1]. Она возникла из странной специальной теории относительности Эйнштейна [2]. В ее основу положен странный закон инерции Ньютона, который выполняется только в странных инерциальных системах отсчета. В них нет никаких источников физических полей и их носителей. Например, в началах Гелиоцентрической и Геоцентрической инерциальных системах отсчета массы Солнца и Земли равны нулю. Из этих странных абстракций следует и странный принцип относительности Эйнштейна. Он привел к странной гипотезе де Бройля [3], странным соотношениям неопределенностей Гейзенберга [4], странной геометрической и обменной природе фундаментальных взаимодействий с помощью странных призрачных квантов и квантовых полей и нарушению закона сохранения энергии и массы. Их мы заменили принципами, которые не противоречат принципам причинности и наблюдения диалектической гносеологии. Они позволят физикам перейти от странного мышления к общечеловеческому здравому мышлению.

В каждой нашей статье мы подвергали проверке на соответствие какого-либо странного абстрактного фундаментального физического понятия принципу наблюдения диалектической гносеологии. В этой статье мы тоже не будем нарушать этой традиции.

Закон инерции Ньютона не соответствует принципу наблюдения и должен уйти из физики.

По этой же причине должны уйти из физики Гелиоцентрическая и Геоцентрическая инерциальные системы отсчета. Вместо них должны быть возвращены в физику Гелиоцентрическая и Геоцентрическая системы отсчета Коперника, вместе с массовыми и энергетическими носителями физических полей гравитационным полем, но без квазиупругой механистической его интерпретации. Эту идею предложил Бриллюэн [5].

Принцип относительности Эйнштейна тоже не соответствует принципу наблюдения и должен быть исключен из физики, как принцип, что не выдержал экспериментальной проверки повторным опытом Физо [6] и опытами Майкельсона. Эти опыты возвратили в физику массовый и энергетический носитель фундаментальных взаимодействий гравитационное поле и исключили из физики геометрическую и обменную их природу.

Анализ опытов Дэвиссона и Джермера [7] по дифракции электронов не подтвердил гипотезы де Бройля о волнах частиц материи. Он исключил из квантовой физики все основные волновые уравнения Шредингера, Дирака и Клейна-Гордона, которое является основным в теории ядра.

В обменной теории ядерных сил основную роль играют соотношения неопределенностей Гейзенберга. Однако мы не отметили в статье [8], что эти соотношения являются следствием интерпретации оптических явлений странной философией и гипотезой о волнах материи де Бройля.

В оптике отсутствует представление о том, что свет является одновременно и волнами и частицами [9]. Наверное, поэтому идея де Бройля связать в одном объекте свойства частицы и волны оказалась странной. Это было доказано нашим анализом опытов по дифракции электронов. Однако на этой идее основаны все принципы квантовой механики. В частности, согласно ей, свет состоит из частиц – фотонов, которые являются одновременно и волнами и частицами, которые не теряют своей индивидуальности даже в интерференционных и дифракционных явлениях.

Рассмотрим простой опыт по распространению света через полупрозрачную пластину, которую имеет каждый интерференционный оптический прибор. Что же происходит с отдельным фотоном при падении на полупрозрачную пластину? На этот вопрос у нас есть простой и корректный ответ. Он возбуждает электромагнитные колебания ее поверхности, которая становится источником вторичного волнового электромагнитного излучения. Часть его будет распространяться в направлении отражения от нее по законам геометрической оптики, а часть пройдет через нее. При встрече этих двух волн на экране будет наблюдаться их интерференция. Ответ квантовой механики на этот вопрос сводиться к неделимости фотона и к вероятности его отражения, или прохождение через полупрозрачную пластину. Она отрицает возникновение явления интерференции в этом случае и в случае малой интенсивности световых лучей. Этот пример используется в квантовой механике для обоснования статистического характера интерференционных и дифракционных явлений и принципа неопределенности Гейзенберга. Поэтому из него следует много странных выводов.

Согласно этому принципу, не все параметры микросистемы могут быть однозначно и точно заданными. В частности, для координат и импульсов этот принцип выражается следующим образом:

. (1.1)

где – постоянная Планка. Итак, если координаты определены точно , то составляющие импульсов вдоль координат будут неопределенными.

По формуле (1.1) электрон не может находиться в нуклоне с диаметром м, поскольку его неопределенность в импульсе составляет

кг∙ м/с, (1.2)

а в кинетической энергии

МэВ. (1.3)

Поэтому экспериментальный факт их выхода из нуклонов с кинетическими энергиями в 300 раз меньшими рассматривали, как рождение электронов за их пределами. Однако этот процесс запрещает закон сохранения электрического заряда. Тогда остается единственная возможная версия, которая разрешается этим законом – электрон и позитрон находятся за пределами комптоновской длины волны нейтрона м в состояниях с соответствующими спинами, магнитными моментами, и комптоновскими длинами волн. Согласно этой версии, принцип неопределенности Гейзенберга «координата-импульс» может определяться по формуле

Дж∙ с, (1.4)

где м – диаметр нуклона; кг∙м/с – неопределенность в импульсе ядерного электрона; Дж∙с – спин ядерного электрона; м – комптоновская длина волны электрона или его радиус. Тогда его кинетическая энергия внутри нуклона будет

МэВ.

Эта кинетическая энергия электрона имеет такой же порядок величины, что наблюдается при распаде свободных нейтронов. Однако в статье [1] мы показали, что кольцевые электроны в нуклонах находятся в стационарных состояниях и находятся за пределами их комптоновской длины волны. Следовательно, такая большая кинетическая энергия электронов в ядре является указанием на то, что соотношения неопределенностей Гейзенберга нельзя применять для определения энергетических состояний элементарных частиц в ядрах. Их не подтверждает и явление поглощения ядрами электронов из К-оболочек. Его открыл в 1937 году. Это явление сопровождаться излучением рентгеновских квантов, изменением зарядов ядер и их магнитных моментов.

Итак, электроны могут быть в ядрах, а странные соотношения неопределенностей Гейзенберга нужно уточнять или удалять из квантовой физики. Такой же самой процедуры требуют и другие канонически связанные параметры . Из этого соотношения следует, что энергия W системы и время t пребывания ее в состоянии с этой энергией будет тем точнее определена, чем больше времени она будет пребывать в этом энергетическом состоянии .

2. Призрачное сильное взаимодействие

Согласно принципу наблюдения диамата, к квантовым законам должны относиться только законы, которые имеют экспериментально измеряемые величины, и что принцип неопределенности Гейзенберга регламентирует точность, с которой можно проводить измерения этих величин. Вне границ возможности измерение этих величин его нельзя применять. Однако он довольно широко применяются для создания физических моделей действия основных фундаментальных законов. Физическими моделями фундаментальных взаимодействий в вакууме есть призрачные обменные процессы, которые происходят с нарушением законов сохранение энергии, массы и импульса. Основой этой модели является то, что процесс обмена призрачными квантами полей сил происходит настолько быстро, что даже в принципе невозможно определить, имели ли в действительности место какие-либо изменения массы, энергии импульса, поглощение и взаимодействие. Ни один из параметров призрачных обменных процессов не может быть экспериментально проверен и установлено действие фундаментальных законов природы. Поэтому принцип неопределенности Гейзенберга в квантовой физике основан на корпускулярных и волновых свойствах частиц микромира, которые сегодня нельзя наблюдать экспериментального, и что они являются метафизическими. Поэтому его нельзя считать фундаментальным принципом квантовой физики. Он сегодня требует альтернативы. Его требование о нецелесообразности использования наглядных образов и процессов микроскопических объектов в квантовой физике не является достаточно обоснованным.

Физической моделью сильного взаимодействия между нуклонами является процесс обмена призрачными квантами или, по определению Х. Юкавы [10], тяжелыми фотонами. В 1935 году он в качестве математической модели обменных ядерных сил впервые применил соотношения неопределенностей Гейзенберга

, (2.1)

где – неопределенность энергии тяжелого фотона на протяжении промежутка времени ; R = м – радиус действия ядерных сил; с = м/с – скорость движения тяжелого фотона; = Дж∙с – постоянная Планка.

Минимальная масса тяжелого фотона при этих параметрах модели равна

кг. (2.2)

Из этого был сделан вывод, что поскольку масса призрачного тяжелого фотона точно совпадает с массой покоя пи мезона, то он и являются носителем ядерных сил. Однако такой вывод исключается зависимостью массы и энергии частицы от ее скорости. Частицы с массой покоя, двигаясь со скоростью света, имеют бесконечно большие массы и не могут быть носителями ядерных сил. Ими могут быть только частицы без массы покоя. Из этого следует, что гипотеза обменных ядерных сил не содержит предсказания о том, что носителями сильного взаимодействия могут быть частицы с массой покоя, и что открытие пи мезона в 1947 году никоим образом не связано с этой гипотезой. Уместно подчеркнуть, что значительно корректней выглядела бы гипотеза обменных ядерных сил с участием нейтрона. Он тогда уже был открыт, и точно было известно, что он входит в состав ядер и участвует в сильном ядерном взаимодействии, и что его комптоновская длина волны значительно лучше согласуется с размерами ядер. Он расширял диапазон действия ядерных сил, и не требовал введения новой призрачной частицы. Однако, согласно странной философии, наша идея тогда казалась бы недостаточно безумной, чтобы быть принятой.

Согласно новой и релятивистской динамике, в процессе обмена призрачными мезонами должны возникать только бесконечно большие силы отталкивания. Это обусловлено тем, что излучение и поглощение мезонов сопровождается отдачей, а во время движения мезонов между, взаимодействующими нуклонами, они двигаются по инерции со скоростью света и имеют бесконечно большую энергию.

Из этого анализа следует, что на основе призрачных обменных процессов нельзя создать корректных физических и математических моделей сильного фундаментального взаимодействия. Его можно создать на основе гравитационного поля с ядерной плотностью массы и энергии.

3. Общая характеристика ядер

По экспериментальным данным радиусы атомных ядер имеют величины (2...10)10–15 м.

В ядре сосредоточена практически вся масса атома. Плотность ядерной материи практически одинакова и составляет 1017 кг/м3.

Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Количество протонов ядра равно его зарядовому числу Z. Общее количество нуклонов в ядре равно массовому числу А. Эти данные о ядре имеют символическую запись . Сегодня известны атомные ядра с зарядовыми числами 1…106 и массовыми числами 1…257...

Согласно современным представлениям, протоны и нейтроны в ядре превращаются один в другой с частотой 1023 с–1. Этот процесс может приводить к превращению ядер. Например, 103 в 104. Этот процесс может сопровождаться и обменом призрачными зарядами. Такая частота обмена требует скорости их движения, равной скорости света в гравитационном поле. Однако заряды имеют массу покоя и не могут двигаться со скоростью света. Это им запрещает зависимость массы от скорости. Электрон, который двигается со скоростью света, должен иметь бесконечно большую массу и импульс. Это должно привести к бесконечно большим силам отталкивания между нуклонами и распаду ядра. Более того, эти процессы нельзя наблюдать экспериментально.

4. Современные представления о ядерных силах

Нуклоны в атомных ядрах удерживаются ядерными силами, которые на два порядка превышают электростатические силы отталкивания между протонами. Согласно современным представлениям, их природа связана с обменом нуклонов призрачными мезонами. Однако в п. 2. было показано, что обменная природа ядерных сил не согласуется с принципом наблюдения и требует нового подхода в решении проблемы ядерных сил.

Величина ядерных сил между нуклонами зависит, как от ориентации их спинов, так и характера симметрии соответствующей пси-функции. На расстоянии r < м эти силы являются силами отталкивания, на расстоянии м – силами притяжения, а на расстоянии r > 10–14 м совсем исчезают. Однако эти границы действия ядерных сил были установлены на основе их обменной природы. Они должны быть уточнены в связи с новыми представлениями о сложной структуре нуклонов и отклонениями их формы от сферической симметрии, связанной с их спинами. Простые расчеты показывают, что размеры ядер тяжелых химических элементов со сферической симметрией нуклонов должны быть на порядок больше, чем наблюдаются экспериментально.

Ядерные силы имеют зарядовую независимость. Они действуют, как между заряженными, так и нейтральными нуклонами.

Ядерные силы имеют свойство насыщения. Это проявляется как в постоянстве плотности ядерной материи, так и примерно одинаковом значении энергии связи на один нуклон. Энергия связи на один нуклон составляет 7...8 МэВ и немного меньше для легких ядер. Глубина потенциальной ямы, которая характеризует энергетическое состояние нуклона в ядре, составляет 40...50 МэВ и не зависит от массового числа ядра. Однако это на целый порядок превышает действительное энергетическое состояние нуклонов в ядрах. Это указывает на потребность усовершенствования теории ядерных сил.

4. Преобразование ядер

Атомные ядра бывают стабильными и радиоактивными. Радиоактивные ядра спонтанно переходят в более стабильные. Эти переходы сопровождаются излучением альфа частиц, электронов или позитронов, протонов, нейтронов или захватом ядром электронов из внутренних оболочек атома. Каждое такое превращение сопровождается излучением гамма лучей. Среди тяжелых ядер наблюдается спонтанное их деление на две приблизительно одинаковые части с излучением нейтронов и гамма лучей. Такие реакции используются в ядерных реакторах деления. Недостатком этого вида ядерного топлива является то, что оно создает значительное количество радиоактивных отходов, которые оказывают вредное воздействие на окружающую среду. Экологически безопасными являются реакции термоядерного синтеза легких ядер

МэВ, (4.1)

где – дейтрон; – тритон; – ядро гелия или альфа частицы.

Эта реакция сопровождается выделением 17,6 МэВ ядерной энергии, но для их осуществления нужна температура (300…400)106 К. Сегодня управляемый термоядерный синтез остается почти неосуществимой задачей ученых. Однако в предыдущем разделе была предложена идея осуществления таких реакций в гидридах, углеводородах и водороде, нагретых до определенных температур, которые не превращают их в плазму. Эту идею можно применить и к тяжелой воде или смеси дейтерия и трития. О полезности этой идеи могут дать ответ только лабораторные исследования.

5. Магнитные моменты нуклонов

Сегодня нет корректной теории магнитных моментов нуклонов. Магнитный момент протона по данным [11] в 2,79 раза больше, чем дает теория Дирака. Согласно ей, он вычисляется по формуле

Дж/Тл, (5.1) где е – заряд протона; – постоянная Планка; – масса протона.

Что же касается магнитного момента нейтрона, то, согласно этой теории, его вовсе не должно быть из-за отсутствия у него заряда. Однако он есть и по экспериментальным данным (Ф. Блох, 1936 год) в – 1,91 раза больше ядерного магнетона. Из этого следует, что для усовершенствования теории Дирака необходимо, чтобы нуклоны имели определенную зарядовую внутреннюю структуру. Существование такой структуры было предложено в предыдущем параграфе. Что же касается современного объяснения существования магнитных моментов нуклонов их кварковой внутренней структурой, то она является следствием использования странной философии, противоречит принципу наблюдения диалектической теории познания и элементарности электрического заряда. Существование кварков невозможно подтвердить экспериментально.

Согласно нашим моделям сложного строения нуклонов [1], магнитный момент протона определяется магнитным моментом позитрона, который входит в его состав

Дж/Тл, (5.2) а магнитный момент нейтрона определяется векторной суммой магнитных моментов электрона и позитрона, что входят в его состав,

Дж/Тл. (5.3)

Эти величины магнитных моментов протона и нейтрона точно совпадают с измеренными их величинами.

6. Магнитные моменты ядер

Магнитные моменты сложных ядер, согласно современным представлениям, не аддитивные, то есть не кратные величине ядерного магнитного момента. Их значения находятся в пределах Дж/Тл и Дж/Тл . Согласно нашей сложной структуре нуклонов, магнитный момент протона определяется соотношением (5.2), а нейтрона (5.3). Такие их величины обусловлены магнитными моментами электронов и позитронов, которые входят в состав нуклонов. Они приводят к комбинированной аддитивности магнитных моментов ядер. Она состоит из двух величин. Причина незначительных отклонений от комбинированной аддитивности заключается только во влиянии сильного и электромагнитного взаимодействия на магнитные моменты электронов и позитронов, которые входят в состав нуклонов. Для легких ядер она заключается в следующем.

Магнитный момент дейтрона, согласно сложному строению нуклонов, должен определяться векторной суммой магнитных моментов позитронов и электрона, что входят в его состав

Дж/Тл. (6.1)

Измеренная величина магнитного момента дейтрона составляет Дж/Тл. Незначительное отклонение объясняется переходом радиоактивного нейтрона к основному состоянию, который сопровождается возрастанием влияния на электрон кулоновской и сильной составляющих сил притяжения протона, который находится в синглетном состоянии с нейтроном.

Магнитный момент тритона также должен определяться векторной суммой магнитных моментов позитронов и электронов, которые входят в состав нейтронов в синглетных состояниях

Дж/Тл. (6.2)

Измеренная величина магнитного момента тритона имеет Дж/Тл. Незначительное отклонение объясняется возрастанием количества электронов в составе тритона, которое приводит к силам отталкивания между ними и к возрастанию их магнитных моментов, которые являются признаком избытка протонов в ядре и возможного электронного распада тритона. Тритон действительно радиоактивен.

Точно так же можно доказать, что спин и магнитный момент альфа-частицы или ядра гелия равен нулю.

Следовательно, для легких ядер наблюдается комбинированная аддитивность магнитных моментов. Ее следует ожидать и в более сложных ядрах, но с применением принципа Паули для нуклонов в ядрах. Например, магнитный момент ядра индия должен быть равен векторной сумме двух протонов, которые находятся в триплетных состояниях

Дж/Тл. (6.3)

Измеренная величина магнитного момента индия равна Дж/Тл, что практически точно совпадает с вычисленной величиной. Это является очередным подтверждением комбинированной аддитивности магнитных моментов атомных ядер.

Что же касается магнитного момента ядра калия, то он объясняется триплетным состоянием электрона и позитрона в одном из образованных нейтронов

Дж/Тл. (6.4)

Такой нейтрон стабилен так же, как и протон и его нужно искать в пучках нейтронов. Отсутствие нейтрона с таким магнитным моментом создавало бы непреодолимые проблемы при объяснении стабильности ядерных нейтронов.

7. Связь магнитных моментов ядер с их спинами

Достоверные сведения о магнитных моментах атомных ядер дают и достоверные сведения и об их спинах. Например, из сложного строения протонов следует, что магнитный момент дейтрона при его протонно-протонном синтезе должен быть Дж/Тл, а его спин должен равняться 0, поскольку выход позитрона в этой реакции возможен только при анти параллельных спинах протонов. Более того, эта реакция указывает на то, что в природе существуют легкие дейтроны и нейтроны.

Итак, установление аддитивности магнитных моментов нуклонов и ядер решает и их спиновую проблему.

8. Модели ядер

Развитие теории атомного ядра идет по пути поиска отдельных моделей ядер. С их помощью удалось выяснить только отдельные особенности атомных ядер. К таким моделям относятся капельная модель, которая объясняет коллективное движение нуклонов, деление ядер, стабильность удельной энергии связи.

Оболочечная модель ядер объяснила спектр энергетических уровней нуклонов, переходы между ними и движение нуклонов в самосогласованном поле, а также спин и магнитный момент ядер, раскрыла специфику магических ядер.

Обобщенная модель объединяет две предыдущие.

Из сложной структуры нуклонов и их спиновой природы следует, что они должны иметь форму тонких дисков, между которыми должны действовать нецентральные парные ядерные силы. Тогда, из зарядовой независимости ядерных сил, парного взаимодействия между нуклонами, принципа Паули, который предусматривает их взаимодействие только при анти параллельных спинах, следует, что ядра должны иметь линейно ассоциированную модель. Она предложена нами в [12]. В ней объединены свойства всех трех предыдущих моделей. Ее преимущество над предыдущими моделями состоит в том, что она ведет к решению проблемы определенности ядерных сил от расстояний между нуклонами.

9. Энергия связи ядер

Энергия связи нуклонов в дейтроне определяется измерением энергии излучение фотона во время синтеза дейтрона , который состоит из протона и нейтрона. Этот процесс открыл Д. Ли в 1934 году. Энергии связи равен и фотон, под действием которой происходит фоторасщепление дейтрона на протон и нейтрон. Этот процесс открыли Дж. Чедвик, М. Гольдхабер в 1934 году [13]. Эти процессы можно записать схемой

, (9.1)

где – протон; – тяжелый нейтрон или протон, заряд которого компенсируется электроном; – дейтрон; фотон – энергия связи дейтрона.

Наиболее точное измерение энергии связи во время синтеза дейтрона из протона и нейтрона дает масс-спектрографический метод. Он для энергии связи дейтрона дает 2,21 МэВ. Сегодня экспериментально доказано, что в природе не существует образования дейтрона без излучения фотона.

10. Спины ядер

Согласно современным представлениям, спин дейтрона в квантовой механике определяется по правилу суммирования моментов импульса подсистем. Спин дейтрона определяется векторной суммой спинов частиц или их квантовых чисел, которые входят в его состав

, (10.1)

,

где – спин протона; – спин нейтрона; – спин дейтрона; – спин фотона.

Тогда для установления величины спина дейтрона нужно знать, в каком состоянии находятся его нуклоны – триплетном или синглетном. Если они находятся в триплетном состоянии, то спин дейтрона будет определяться (10.1) и равен 1. Если же они находятся в синглетном состоянии, то спин дейтрона должен определяться уравнением

(10.2)

и спин дейтрона должен быть равен 0.

Из спинового баланса (10.1) для триплетного состояния нуклонов в дейтроне следует, что его спин равен 0, так как фотон выносит из него спин 1. Однако из спинового баланса (10.2) для нуклонов с антипараллельными спинами в дейтроне следует, что его спин равен –1, поскольку фотон выносит из него спин 1. Итак, закон сохранения момента импульса в обоих случаях нарушается, и для его выполнения нет никакой возможности. Это указывает на проблему применения закона сохранение момента импульса в ядерной физике. Его применение приводит к проблемам и тормозит ее развитие.

Однако сведения о спинах ядер дают их магнитные моменты. Например, согласно сложной структуре нуклонов магнитный момент дейтрона равен Дж/Тл. Это означает, что нуклоны в дейтроне имеют антипараллельные спины. В этом случае электрон переходит в триплетное состояние, уменьшает свой магнитный момент, обеспечивает стабильность нейтрона и предотвращает позитронный распад второго протона. При параллельных спинах нуклонов в дейтроне должен происходить его электронно-позитронный распад, а затем, согласно принципу Паули, должен распасться и дейтрон.

Впервые проблема с выполнением закона сохранение момента импульса возникла в Х. Бете [14], К. Вейцзеккера и Ч. Критчфильда при написании ядерной реакции протонно-протонного синтеза дейтрона

, (10.3)

где е+ – позитрон; – электронное нейтрино.

Стремление физиков записать эту реакцию без нарушения закона сохранения момента импульса привело к исключению из нее энергии связи нуклонов в дейтроне и введению в нее призрачной частицы – нейтрино. Отсутствие энергии связи в этой реакции означает, что в дейтроне нет ядерных сил, нет дейтрона, не должно быть солнечного цикла и солнечного излучения, но оно все-таки есть. Если дописать в схему этого процесса энергию связи – гамма фотон, а это мы обязаны сделать, то это приведет к нарушению сразу двух законов сохранения – энергии и момента импульса.

Что же касается нарушения закона сохранение момента импульса, то это является вполне нормальным состоянием в микромире. Он нарушается и в протонно-нейтронном синтезе дейтрона. Сегодня к этому списку нужно добавить весь электронный и позитронный распад ядер, поглощение электронов ядрами, ядерный синтез и другие процессы.

Из этого следует, что требование выполнения этого закона в микромире приводит к многочисленным проблемам и нарушению принципа причинности и принципа наблюдения, и к «предсказанию и открытию» призрачных элементарных частиц, которых нельзя наблюдать экспериментально. К таким предсказаниям относятся все виды нейтрино и слабое фундаментальное взаимодействие.

Из предыдущего анализа следует, что ядерные силы не зависят от заряда нуклонов, но зависят от взаимной ориентации их спинов. Спины нуклонов равны и спин ядра будет полуцелым для нечетного числа нуклонов А и нулевым для парных. Спины всех парно-парных наиболее стабильных ядер в основных состояниях равны нулю. Это указывает на то, что спины нуклонов в стабильных ядрах анти параллельны и взаимно компенсируют друг друга [13], и что ядерные силы между нуклонами тоже действуют только с анти параллельными спинами, согласно принципу Паули.

Из этого анализа следует, что в ядерной физике есть проблемы с применением закона сохранения момента импульса. Это является указанием на то, что статистическое определение спинов элементарных частиц нуждается в пересмотре.

Слабое фундаментальное взаимодействие тоже требует пересмотра.

11. Предсказание легкого нейтрона и дейтрона

Согласно сложной структуре протонов и принципом Паули, магнитный момент дейтрона при протонно-протонном синтезе должен быть равен Дж/Тл, а спин равен 0. Более того, выполнение закона сохранение энергии в этом процессе указывает еще и на то, что в природе должны существовать легкие дейтроны и нейтроны.

По закону сохранения энергии превращение протона в нейтрон в протонно-протонном синтезе дейтрона должен происходить согласно схеме

, (11.1)

где – легкий стабильный нейтрон – это легчайший барион, который следует из закона сохранения энергии.

Тогда процесс протонно-протонного синтеза дейтрона должен происходить по схеме

(11.2)

с энергетическим балансом

, (11.3)

где = 938,2796 МэВ – энергия покоя нейтрона; 0,35 МэВ – кинетические энергии протонов или робота выхода позитрона из протона; 1873,838 МэВ – энергия покоя легкого дейтрона; = 0,511 МэВ – энергия покоя позитрона; = 0,4 МэВ – кинетическая энергия позитрона; – энергия связи нуклонов в дейтроне; м/с – скорость позитрона.

Отсюда энергия покоя нейтрона должна быть

= 937,7686 МэВ. (11.4)

Из этого следует, что нужно проводить поиск легкого дейтрона d и легкого стабильного -нейтрона с нулевым магнитным моментом.

Что же касается легкого нейтрона, то К. Коуэн, Ф. Рейнес и др. [15] в серии опытов 1953–56 годов наблюдали реакцию фоторасщепления протона по схеме

, (11.5)

где фотон – энергия фоторасщепления протона, и открыли легкий стабильный нейтрон . Однако не сделали такого вывода. Поэтому его нет и сегодня в семье барионов.

Итак, существование легкого нейтрона указывает на то, что в природе существует и ядерная реакция протонно-нейтронного легкого дейтрона d по схеме

. (11.6)

Полная энергия излучение во время протонно-протонного синтеза легкого дейтрона и размножения легких нейтронов состоит из двух γ0,5 фотонов, которые возникают в процессе аннигиляции электрон-позитронной пары и фотона (энергии связи) и составляет 3,2 МэВ. Энергетически это очень выгодный процесс. Его можно использовать для размножения нейтронов. Один такой процесс может расщепить огромное множество протонов в бесконечном объеме водорода и вызвать синтез новых дейтронов по схеме цепной реакции

(11.7)

где – объем водорода.

Таким объемом водорода могут быть гидриды и углеводороды или их растворы, которые содержат примеси более тяжелых химических элементов для более эффективного использования легких нейтронов. Коуэн и Рейнес использовали раствор хлористого кадмия в воде. Поглощение одного такого нейтрона ядром кадмия излучало несколько гамма фотонов с полной энергией 9,1 МэВ.

По этой цепной реакции (11.7) Солнце и звезды, в которых происходят такие реакции, должны излучать ядерную энергию и осуществление их на Земле дает человечеству неисчерпаемый источник экологически чистой энергии.

И, наконец, реакция протонно-протонного синтеза легких дейтронов указывает на возможность ее протекания с пониженным потенциальным барьером при столкновении двух молекул воды, которые содержат атомы водорода

, (11.8)

где образование легкого дейтерия происходит по схеме

. (11.9)

Эти исследования предсказывают, что в природе должны существовать легкий стабильный нейтрон с энергией покоя 937,7686 МэВ и легкий дейтрон с энергией покоя 1873,8382 МэВ, что электроны и позитроны – это частицы с квантованными спинами и магнитными моментами. Они входят в состав нуклонов, создают их заряды и магнитные моменты и принимают участие в сильном взаимодействии. Это привело к решению проблемы определения магнитных моментов и спинов ядер, ядерных лептонов, предсказанию процесса образования легких нейтронов гамма фотонами и протонно-нейтронного синтеза легких дейтронов в водороде. Это открыло возможности для создания реакторов протонно-нейтронного синтеза и синтеза легких и средних атомных ядер на медленных протонах и созданию тепловых генераторов, которые должны работать на синтезе дейтерия и трития в составе гидридов при пониженном электронами потенциальном барьере.

12. Линейно ассоциированная модель ядра

Попытки построения корректной теории атомного ядра сталкивались с двумя основными проблемами – недостаточными знаниями о силах, которые действуют между нуклонами и неразрешимостью квантовой задачи многих тел в общем виде. Эти проблемы вынуждали идти по пути создания ядерных моделей, которые позволяют описывать с помощью сравнительно простых математических средств только отдельную совокупность свойств ядер. Однако ни одна из известных моделей не могла дать хорошего описания ядра. Поэтому приходилось пользоваться несколькими моделями, которые описывали ограниченную совокупность свойств ядер и определенный круг явлений. Каждая модель имела произвольные параметры, которые подбирались по полной согласованности с экспериментом.

Нами также предложена линейно ассоциированная модель [12], которая решила много проблем в ядерной физике. Она привела и к определенности ядерных сил, но осталась незамеченной научной общественностью. Учитывая важность этих проблем, этично напомнить, что релятивистская теория обменных ядерных сил создает непреодолимые проблемы в теории ядра.

Согласно мезонной обменной теории ядерных сил Х. Юкавы, каждый сферический нуклон имеет радиус = м (А – массовое число) и призрачную пионную сферу, высота которой равна комптоновской длине волны пи мезона, и ее объем должен быть м3. Объем ядра плутония с А = 244 должен быть м3. Однако в таком объеме может находиться не более 20 сферических нуклонов. Это указывает на то, что нуклоны значительно компактнее, что они не имеют сферической симметрии, и что пи мезоны не являются носителями ядерных сил.

Поэтому носителем ядерных сил между нуклонами может быть массовое и энергетическое гравитационное поле с ядерной плотностью энергии и массы.

Свойства ядерных сил сегодня хорошо известны:

а) зарядовая независимость сил притяжения и отталкивания (последние препятствуют коллапсу ядер);

б) спиновая зависимость и нецентральный характер (спиновые частицы и их ядерные потенциалы не имеют сферической симметрии);

в) парность взаимодействия и насыщение ядерных сил.

Эти требования выполняются сложной структурой нуклонов в линейно ассоциированных моделях ядер, которые показаны на рис. 1.

Рис. 1. Линейно ассоциированные модели ядер:

а) – изотоп гелия; б) – тяжелый дейтрон; в) – легкий дейтрон; 1 – – легкие нейтроны; 2 – – позитроны; 3 – е– – электроны; – тяжелый нейтрон

Итак, теория ядерных сил Юкавы не согласуется с фактическими размерами ядер и не обеспечивает спинового парного взаимодействия между нуклонами в ядрах, и не учитывает насыщения ядерных сил. Эти недостатки можно устранить, если уравнение Клейна-Гордона [16] с правой частью

, (12.1)

где mn – масса нуклона; c – скорость света в гравитационном поле; – источник поля или нуклонный заряд с плотностью вероятности , которая не зависит от времени , преобразовать к стационарному случаю

(12.2)

и определить скалярный ядерный потенциал Юкавы для нуклонов, которые имеют сферическую симметрию. Это уравнение имеет такое же решение и для другого радиуса действия ядерных сил

. (12.3)

Например, для нейтрона

м. (12.4)

В существующей теории потенциал Юкавы имеет физический смысл только при условии . Однако нуклоны являются спиновыми частицами, не имеют сферической симметрии и их нужно представлять в виде тонких дисков с полуосями а << и скалярным потенциалом на их осях вращения определять по формуле

. (12.5)

Тогда, при значение будет больше по величине, чем при и взаимодействие между нуклонами может происходить только вдоль направления их спинов. При такой интерпретации потенциалов полей ядерных сил нуклонов можно построить удовлетворительную теорию ядра, если в них определить форму потенциала с учетом насыщения ядерных сил.

Ядерные силы не зависят от зарядов нуклонов, но зависят от взаимной ориентации их спинов. Спины нуклонов равны и спин ядра будет полуцелым при нечетном массовом числе А и нулевым при четном. Это указывает на то, что в ядре выполняется принцип Паули, что спины нуклонов в ядре направлены навстречу друг другу и взаимно компенсируются, и что между ними действуют нецентральные парные ядерные силы. Из этих свойств ядерных сил следует, что ядра являются линейно ассоциированными квантовыми системами с насыщающимися ядерными силами. Это свойство ядерных сил можно учесть переменной ядерного взаимодействия:

для ядра с массовым числом А = 2 (область слабого насыщения ядерных сил)

м5/кг·с2; (12.6)

для ядер с массовыми числами 2 < А < 13 (область интенсивного насыщения ядерных сил)

м5/кг·с2. (12.7)

Из зарядовой независимости ядерных сил между нуклонами следует, что они зависят только от их масс, направления спинов и расстояний r между их центрами симметрии, взятыми на оси вращения нуклонов. Тогда потенциалы полей ядерных сил нуклонов в этих точках должны быть

Дж/кг, (12.8)

где кг – масса протона; x – показатель экспоненты.

Тогда энергии связи нуклонов в дейтроне 2,2 МэВ соответствует расстояние м

Дж = 2,2 МэВ, (12.9)

где кг – масса нейтрона; x = 0,232 – показатель экспоненты дейтрона.

Из этого закона следует, что энергия связи между нуклонами при м должна быть ~70 эВ. Следовательно, на этих расстояниях ядерные силы практически отсутствуют. Это хорошо согласуется с экспериментальными данными. Наблюдаемые размеры ядер создаются кольцевыми электронами и позитронами, которые создают магнитные моменты и заряды ядер.

Ядра атомов химических элементов периодического закона Менделеева являются квантовыми системами и для них должно выполняться условие квантования энергий связи или расстояний между нуклонами.

Таким условием квантования расстояний между нуклонами является соотношение

. (12.10)

Тогда энергия связи парных синглетных взаимодействий в линейно ассоциированных моделях ядер должна определяться по формуле

, (12.11)

где (А – 1) – количество парных синглетных связей нуклонов в ядре; (А – 3) – количество парных синглетных связей нуклонов в ядре на расстоянии 3rn; rn – расстояние между нуклонами в ядре.

Но в природе есть линейно ассоциированные ядра с синглетным состоянием нуклонов на расстоянии 2rn. Такие ядра должны иметь спины 1, 3/2, 2, 5/2 и т. д. в зависимости от количества связей. Энергия связи таких ядер должна определяться по формуле

, (12.12)

где N1 – количество парных синглетных связей нуклонов в ядре на расстоянии rn; N2 – количество парных синглетных связей нуклонов в ядре на расстоянии 2rn; N3 – количество парных синглетных связей нуклонов в ядре на расстоянии 3rn.

13. Применение теории

Например, определим энергию связи ядра углерода 6С12 и расстояние между нуклонами:

найдем переменную сильного ядерного взаимодействия

м5/кг·с2;

найдем расстояние между нуклонами из условия (12.10)

м.

Подставляя массы нуклонов и найденные величины в формулу (12.11), получим = – 91,93 МэВ. Экспериментальная величина равна 92,2 МэВ.

Такое совпадение измеренной величины энергии связи с вычисленной величиной можно считать практически точным. Такие же расчеты можно сделать и для других ядер химических элементов, если определить для них .

Тогда атомные массы первых 8 химических элементов периодического закона и их изотопов можно вычислить по формуле

, (13.1)

где mН = 1,007825 а. е. м – масса атома водорода; mа = 1,008665 а. е. м – масса нейтрона; – дефект массы ядра. Данные сведем в таблицу 1

Ядро хим. элемента	Показатель экспоненты еx	Расстояние между нуклонами 10 –16 м	Дефект масс ядер расчет МэВ.	Дефект масс ядер изм. МэВ	Дефект масс ядер в расчет а. e.м.	Начальная масса ядер в а. e.м.	Масса ядер расчет. в а.e.м.	Масса ядер измер. в а.e.м.	Удельная энергия изм. в Wзв. МэВ.
1H2	0,232	0,631	2,2	2,2	0,0027	2,0165	2,0141	2,0141	1,1
1H3	0,396	0,4795	8,5	8,5	0,0091	3,02516	3,016	3,016	2,8
2Le3	0,396	0,496	8,5-0,8	7,7	0,0083	3,0243	3,016	3,016	2,6
2Le4	0,464	0,4462	14,8		0,016	4,033	4,017		3,7
3Li7	0,614	0,3879	39,7	39,2	0,0426	7,0581	7,0155	7,0166	5,6
4Be9	0,696	0,3643	59,2	58,2	0,0635	9,0746	9,0111	9,0121	6,4
5B11	0,77	0,3465	80,5	76,2	0,0864	11,0911	11,0047	11,0093	7,1
6C12	0,8	0,339	91,93	92,2	0,0987	12,0989	12,0002	11,9999	7,4

Новое название химического элемента леон и его изотопов , введено с целью исключения отождествления легких ядер с альфа частицей, которые являются продуктом распада тяжелых ядер и имеют нехарактерную для легких ядер, двойную нейтронную связь между протонами и энергию связи на одну пару нуклонов 9,4 МэВ. В таком ядре ядерные силы достигают насыщения, и оно не может ассоциировать с нейтронами, протонами, друг с другом и другими ядрами. Поэтому альфа частицы не могут иметь стабильных изотопов , и не могут быть основой стабильных ядер , , и . Бете [14] отмечал в своем нобелевском докладе, что ядерные реакции между 1Н1 и альфа частицами и альфа частиц друг с другом не образуют стабильных ядер с массовыми числами 5 и 8. Однако эта теория предвидит, что в природной смеси гелия должны быть ядра с массовыми числами 4, 5 и 8, но они не должны иметь двойных нейтронных связей и быть более тяжелыми, чем альфа частицы.

Выводы

Данная линейно ассоциированная модель ядра и теория ядерных сил, которая построена на ее основе, является экспериментальной и аналитической квантовой теорией ядра.

Определенность в ядерных силах открывает перспективы для развития теории ядра, ядерной физики, ядерной энергетики и других областей науки, техники и технологии.

Вычисленные массы атомов химических элементов хорошо согласуются с массами измеренными экспериментально.

Эта теория сделала ряд предсказаний, которые было бы хорошо проверить экспериментально.

Литература

1.  , Скибинский частицы. http://www. ferna. / см. файл <particles. doc>, 2012.

2.  Собрание научных трудов. Т. 1. – М.: Наука, 1965. – С. 7.

3.  De Broglie L. V. A Tentative Theory of Light Quanta // Phil. Mag. – 1924. – Vol. 47. – Р. 446.

4.  Heisenberg W. Uber den anschaulichen Inhalt der quantentheoretichen Kinematik und Mechanik // Zs. f. Phys. – 1927, – V. 43. – P. 172.

5.  Новый взгляд на теорию относительности. – М.: Мир, 1972. – 142 c.

6.  , Скибинский опыт Физо не оставляет места в физике геометрии пространства-времени. http://www. ferna. / см. файл <experim. doc>, 2011.

7.  , В природе нет волн частиц материи. http://www. ferna. / см. файл <dualism. r.doc>, 2011.

8.  , Скибинский философские принципы. http://www. ferna. / см. файл <princip. doc>, 2011.

9.  Основные представления современной физики. Пер. с англ. – М.: Атомиздат, 1973. – С. 55.

10.  Yukawa H. On the Interaction of Elementary Particles // Proc. Phys. Math. Soc. Japan. – 1935. – Vol. 17. – P. 48.

11.  Власов . – М.: Наука, 1971. – С. 47.

12.  Skibinskiy L. P., Petruk V. G. Ascertainment of the Linear-associative Model of a Nucleus and the Dependence of Nuclear Forces on the Distances between Nucleons // Optoelectronic Information-Power Technologies. – 2004. – № 1 (7). – С.83 – 86.

13.  , Юдин физика. – М.: Наука, 1972. – С. 248.

14.  Источники энергии звезд // УФН. – 1968. – № 96. – С. 393.

15.  Cowan C. L., Raines F., Harrison F. B., Kruse H. W., McGuire A. D. //– Science. – 1956. – Vol. 124. – P. 103.

16.  и др. Краткий справочник по физике. – М.: Высшая школа, 1964. – С. 411.