Естественные науки

чем обуслолено в ядре атома избыточное количество нейтронов в сравнении с протонами

ED
Eduards Dekanovs
84
В природе нет ничего избыточного. Все устроено гармонично и рационально. Физические свойства элементов связаны только с количеством протонов в ядре и от количества нейтронов не зависит. А превышение количества нейтронов над количеством протонов связано с радиоактивностью и изотопами. Поэтому, если водород и дейтерий стабильны, то тритий, у которого в ядре протон и два нейтрона, уже радиоактивен. И все последующие элементы, в которых наблюдается избыток нейтронов, наряду со стабильными элементами имеют изотопы, подверженные естественному радиоактивному распаду. А уже начиная с висмута вообще все химические элементы нестабильны и подвержены радиоактивному распаду в обязательном порядке. Безусловно, это не простое совпадение. Природа вложила в явление естественной радиоактивности какой-то глубокий смысл, наукой пока непонятый и неразгаданный.
МВ
Муля70 Власов
23 849
Лучший ответ
Такими их создал Бог.
Объяснить это в двух словах довольно трудно, но попробую. Нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре притягиваются друг к другу ядерными силами, так что каждый из них сидит в потенциальной яме, созданной всеми другими нуклонами. Из-за принципа Паули нуклоны не могут все сидеть на дне потенциальной ямы; они распределяются по различным состояниям и занимают различные дискретные энергетические уровни от дна ямы вплоть до так называемого уровня Ферми. Энергетические уровни расположены тем чаще (ближе друг к другу по энергии) , чем больше в ядре нуклонов.

Допустим теперь, что в ядре было бы одинаковое количество протонов и нейтронов. Протоны, в отличие от нейтронов, подвержены еще и взаимному электрическому отталкиванию. Поэтому потенциальная яма для них оказалась бы несколько менее глубокой, чем для нейтронов, а их уровень Ферми - несколько более высоким. Если уровни энергии расположены достаточно часто (то есть нуклонов достаточно много) , то в пределах разницы в уровнях Ферми найдется свободное энергетическое состояние. Тогда одному из протонов энергетически выгодно превратиться в нейтрон (с испусканием электрона и нейтрино) и "съехать вниз" в это свободное состояние. Так будет продолжаться до тех пор, пока уровни Ферми нейтронов и протонов не выровняются, или пока разница между ними не станет настолько маленькой, что там уже не будет помещаться ни одно свободное энергетическое состояние для нейтронов. Поэтому нейтронов в достаточно тяжелых ядрах всегда больше, чем протонов.

Кстати, вышесказанное объясняет и то, почему нейтрон, нестабильный в свободном состоянии, стабилен внутри ядра. Ему мешает распасться закон сохранения энергии. Свободные для протона состояния в ядре находятся выше "протонного" уровня Ферми, значит, образовавшийся при распаде протон должен туда как-то "запрыгнуть", а у него для этого энергии не хватит. Для уединенного нейтрона такой проблемы нет: образовавшемуся протону никуда "запрыгивать" не надо.
С чего вдруг? А как же атом того же водорода?

Похожие вопросы