Ядролық модель

Ядролық модель – атом ядросының оңайлатылған бейнесі. Ол атом ядросын сипаттайтын әр түрлі шамаларды анықтайтын есептің қарапайым математикалық шешімін табуға мүмкіндік береді. Ядролық модельді құру кезінде атом ядросының кейбір жеке қасиеттеріне ғана назар аударылып, оның басқа қасиеттеріне мән берілмейді.
Ядролық модельдерді төмендегідей 3 топқа бөлуге болады:
1) ядроның негізгі күйлерінің жалпы қасиеттерін сипаттайтын;
2) ядроның қозу спектрлерін сипаттайтын;
3) ядроның ұшып келе жатқан бөлшектермен өзара әсерін сипаттайтын.
Бірінші топтағы ядролық модельдер ядродағы заттың орнықтылығын, ядролық күштердің қанықтылығын түсіндіреді.
Екінші топтағы ядролық модельдер ядроның тәжірибеде байқалатын энергия деңгейлерін сипаттауға, энергия деңгейлерінің қалпын немесе олардың тығыздығын, ядролардың магниттік және квадрупольдық моменттерін есептеуге, сондай-ақ атом ядросының спинін, т.б. анықтауға мүмкіндік береді. Осы топтағы модельдер магиялық ядролардың орнықты болу себебін де түсіндіре алады. Ал ядролық модельдердің үшінші тобының көмегімен γ-кванттардың, нуклондардың және одан да ауырлау бөлшектердің атом ядросында шашырауын, сондай-ақ атом ядросының өздігінен және еріксіз түрде бөліну себебін түсіндіруге болады. Бірінші топтағы ядролық модельге: гидродинамикалық (екі сұйықты) модель мен “шекарасы жоқ” ядро (ядролық материя) моделі жатады. Гидродинамикалық модель бойынша ядро белгілі бір тығыздығы (шамамен 1038 бөлшек/см3), бір нуклонға келетін орташа энергиясы (–15,5 МэВ), беттік керілу коэффициенті, т.б. бар протон және нейтрондар сұйығының тамшысы болып есептеледі. Ядролық материя моделінде кеңістіктік шекарасы жоқ әрі біртекті нуклондар жүйесі қарастырылады. Екінші топтағы ядролық модельге ең алдымен ядроның қабықтық моделі мен ядроның жалпыланған моделі жатады. Бұл модельдер бойынша барлық нуклонның жасайтын өзара үйлескен өрісінде әрбір нуклон бір-біріне тәуелсіз болып қозғалады. Ядроның жалпыланған моделінде мұның үстіне нуклондардың ұжымдық қозғалыстары да зерттеледі. Үшінші топтағы ядролық модельге ядроның оптикалық моделі, құрама ядро моделі, тура ядролық реакциялар моделі және бөліну моделі жатады. Ядроның оптикалық моделінде энергиясы кең диапозонда өзгеретін бөлшектердің (нуклондардың, дейтрондардың немесе ауыр бөлшектердің) шашырауы зерттеледі. Орташа және ауыр ядроларға энергиясы онша жоғары емес нейтрон түскен кезде құранды ядро түзіледі. Оның ыдырау заңдылығы статистикалық немесе булану моделі арқылы сипатталады. Қызған сұйықтықтан молекулалардың сыртқа қарай қалай ұшып шығатыны тәрізді, құрама ядродан да сондай болып нуклондар сыртқа қарай ұшып шығады. Бөлшектердің энергиясын өте жоғары болып келген ядроларда, сондай-ақ кез келген мөлшердегі энергиясы бар жеңіл ядроларда өтетін процестер тура ядролық реакциялар моделі арқылы сипатталады. Бұл модельде ұшып келе жатқан бөлшек пен ядро бөлшектері қабықтық модельдің үйлескен потенциал өрісінде қозғалады. Тура ядролық реакциялардың күрделірек түрлері соңғы уақытта дамып келе жатқан дисперсиялық модельде зерттеледі. Бұл модельде барлық ядро протон және нейтрон тәрізді элементар бөлшек деп қарастырылады. Бірақ бұл ядроның протон мен нейтроннан өзгешелігі – ол протонның, нейтронның, дейтронның, т.б. элементар бөлшектердің энергиясы жеткілікті дәрежеде үлкен болған кезде ыдырай алады.
Кез келген құбылысты модельдеуден бұрын, әдетте модельденетін объектінің не процестің физикалық бейнесін құруға тырысады. Ал модельдің негізінде жатқан физикалық бейне атом ядросының қасиеттері жөніндегі белгілі бір ұйғаруларға (тұжырымдарға) сүйенеді. Әр түрлі модель ядродағы әр түрлі процестер мен қасиеттерді сипаттайтындықтан физикалық бейне де, яғни бастапқы тұжырымдар да әр түрлі болуы, кейде тіпті бір-біріне қарама-қарсы болуы да мүмкін. Физикалық алғышарттар негізінде модельдің математикалық аппараты жасалады, яғни тәжірибеде байқалатын шамаларды анықтау үшін теңдеу құрастырылады. Теңдеуде бірнеше параметр болады және әрбір параметрдің жеткілікті дәрежеде нақты бір физикалық мағынасы болуы тиіс. Ядролық модельдің әр қайсысының қолданылатын шекарасы, аймағы бар. Mатематикалық аппараттың мазмұнының көлемі оның физикалық бейнесінен гөрі кеңірек болып келеді. Ядро құрылымы жөніндегі түсінікке сәйкес физикалық бейне көбіне өзгеріп, дамып және жетілдіріліп отырылады. Бұл жағдайда модельдің математикалық аппараты өзгермейді десе де болады.
Ядроның микроскоптық теориясында ядро өзара әсерлесетін көптеген протон мен нейтрондардан құралған жүйе деп қарастырылады. Ядролық күштер табиғатының толық шешілмеуіне байланысты іс жүзінде ядролық өзара әсерге байланыссыз нәтижелерді пайдалануға болады. Ядроның микроскоптық теориясы жоғарыда аталған әр түрлі Ядролық модельдердің негізін және оларды ядроларға пайдалануға болатынын, әр түрлі модельдердің өзара байланысын түсіндіре алады. Дегенмен Ядролық модельдердің дәйекті теориясы әзірше жасалған жоқ.