علت پیدایش مدل های هسته ای:

مدل های هسته ای در غیاب یک تئوری کامل درباره نیروها و ساختارهسته ای تکوین یافته است امروزه چند مدل که هر یک برای توضیح جنبه خاصی از پدیده های هسته ای بکار می رود. زیرا هیچ یک از این مدل ها به تنهایی برای بیان تمام پدیده ها کفایت نمی کنند.

پدیده هایی که از گسیل ذره در زوال رادیو اکتیو تا واکنش های شکافت هسته‌ای و همجوشی هسته ای گسترده ای وسیع دارند. دو مدل از برجسته ترین این مدل ها که عمده پدیده های هسته ای را مورد بحث قرارمی دهد عبارتند از:

• مدل قطره ـ مایعی هسته

• مدل پوسته ای یا لایه ای هسته

مدل قطره ـ مایعی هسته:

هسته در مدل قطره ـ مایعی مشابه با یک قطره مایع باردار در نظر گرفته می شود. پیشنهاد این مدل از این رو بوده است که مولکول ها نیز در یک قطره مایع با نیروهای برد کوتاه به جسم پیوسته اند بر طبق این مدل ذرات در هسته همچون مولکول ها در یک قطره مایع در حرکت کاتوره ای دائمی هستند. و هسته تمامیت خود را به علت نیروهای مشابه با کشش سطحی قطره مایع نگه می دارد.

این مدل مخصوصاً برای بیان واکنش های هسته ای مفید بوده است. یک ذره ممکن است از خارج ، وارد هسته شود و انرژی جنبشی اضافی کافی به پروتون ها و نوترون های هسته برساند تا فرار یک پروتون با یک نوترون یا ترکیبی از آنها همچون یک دوترون یا یک ذره آلفا ممکن شود.

مدل قطره ـ مایعی به این سوال که: چر ا بعضی از نوکلئیدها (²³⁵U و ²³⁹Pu ) با نوترون ها کند دچار شکافت هسته‌ای می شود. در حالی که بعضی از دیگر هسته ها (²³⁸U و ²³²Th) فقط با نوترونهای سریع شکافته می شود؟
پاسخ ساده ای دارد پاسخ این است که باید مقدار حداقلی معین از انرژی وجود داشته باشد تا هسته را به قدر کافی تغییر شکل دهد. تغییر شکلی که نیروهای رانش اکتریکی بتواند بر نیروهای جاذبه الکتریکی فائق آیند. این مقدار انرژی را که انرژی فعال سازی نامیده می شود ، می توان به یاری تئوری ریاضی مدل قطره ـ مایعی حساب کرد. که رابطه تعمیم یافته و کلی انرژی همبستگی هسته را می دهد.

مدل پوسته ای:

برای خواص دیگر هسته که مدل قطره ـ مایعی از عهده توجیه آنها برنمی آید. مدل هسته ای دیگری لازم است. نوکلئیدهایی که عمدتا نوترون ها و پروتون های آنها زوج است ، پایدارتر از نوکلئیدهایی هستند که عده پروتون ها یا نوترون های آنها فرد است.

مطالعات تجربی بیشتر درباره پایداری هسته نشان داد هسته هایی که دارای تعداد 2 و 8 و 20 و 50 و 82 و … پروتون یا تعداد 2 و 8 و 20 و 50 و 82 و … نوترون هستند، معمولاً متعدد و پایدارند. انرژی همبستگی این هسته ها بیشتر از هسته های کاملا نظیر آنهاست.در مدل پوسته ای هسته فرض براین است که پروتون ها می توانند به نحوی خود را در پوسته هایی مرتب کنند نوترون ها نیز می توانند مستقلاً به همین نحو عمل کنند.

در هسته هایی که اعداد جادویی دارند، پوسته ها پرشده به حساب می آیند. این مدل مفصلاًبر مبنای مکانیک کوانتومی ساخته و پرداخته شده و در موارد زیر از جمله بررسی خواصی از نوکلئیدها که موجب گسیل ذرات آلفا ، بتا و فوتون های گاما می شوند، بیان چگونگی میدان های الکتریکی و مغناطیسی اطراف هسته ها موفق بوده است. لیکن مدل پوسته ای هسته برای توضیح عمل شکافت کمکی نمی کند.

در واقع تفاوت های اساسی بین این مدل و مدل قطره – مایعی وجود دارد مدل پوسته ای بر الگوهای مفید که نوکلئون ها در آن الگوها مرتب شده اند، تاکید دارد در حالی که مدل قطره ـ مایعی ، ماده هسته را در حرکت کاتوره ای تصویر می کند. هر دو مدل برای توجیه بعضی از پدیده های هسته ای موفق و برای بعضی دیگر ناموفق است.

فهرست مطالب:

هسته اتم

انواع مدل ها

قدیمی ترین مدلهای هسته ای

مدلهای هسته ای اولیه

فرضیه بت

فرضیه نیلز بوهر

نظریه دینامیکی نوسانهای یک قطره مایع

مدل گاز فرمی

تعداد کل ذراتی که تکانه آنها کمتر از p است

چگالی حالت ها بر واحد بازه تکانه

حل معادله شرودینگر

تکانه PMax ذرات در بالاترین تراز اشغال شده

انرژی جنبشی کل تمام نوکلئونها

مدل پوسته ای

توزیعهای چگالی هسته ای

پاریته ها و تکانه های زاویه ای کل حالتهای هسته ­ای

گشتاورهای مغناطیسی

تکانه زاویه ای اسپینی

تکانه زاویه ای مداری

مدل دورانی

مدل ارتعاشی

فونون

مدل نیلسون

مدل ذره آلفا

مدل برهمکنش بوزون

و…