Мир вокруг нас

После стабильных, водорода-1 и дейтерия, следует радиоактивный водород-3 (тритий), имеющий, как уже говорилось, сравнительно большой период полураспада (12,32 года). В этом ядре, нейтроны — находятся на самом нижнем (= базовом) энергетическом уровне, что, естественно, выгодно, и связаны непосредственно или (нижний нейтрон) почти непосредственно с протоном, т. е. связаны сильно (а значит, нейтрон — не может вылететь из ядра, в отличие от наблюдаемого вылета нейтронов при распадах более тяжёлых изотопов водорода, о чём — далее). Один из нейтронов в тритии может лишь распасться до протона («расшириться»). Но в чём выгода этого? Можно видеть, что образующийся гелий-3 — замыкает область пространства большую, чем тритий, и т. о. оказывается немного ближе, по строению, к полностью замкнутой фигуре, т. е. фигуре наиболее энерговыгодного, среди всех рассмотренных ядер, гелия-4 (= альфа-частице).

Следующие за тритием, нестабильные изотопы водорода: 4, 5, 6 и 7 — имеют примерно одинаковые времена полужизни — порядка 10^–22 сек (подробнее — см. в табл. 1). Все они — распадаются с вылетом нейтронов, как видно из табл. 1. Исходя из крайне малого времени жизни, мы можем сразу потребовать, чтобы распады этих ядер — происходили с переходом нейтрона на более низкий (в данном случае — базовый) энергетический уровень, в котором имеется т. о. вакансия. Действительно, для изотопов водорода-4 и -6 — это легко увидеть, см. рис. 44. Видно, что один из нижних нейтронов, в ядре водорода-4 — может «перевернуться», и занять более низкий (базовый) энергетический уровень, образовав т. о. ядро трития; соседний нейтрон, при этом — становится лишним (несвязанным), и вылетает, унося выделившуюся (при переходе между уровнями), энергию. То же самое — происходит в водороде-6, но вылетать может как один нейтрон, так и три нейтрона сразу (см. табл. 1 + рис. 44).

Рис. 44

Водород-6, несмотря на большую, чем у водорода-4, нейтроноизбыточность — живёт несколько дольше водорода-4 (см. табл. 1). Это увеличение времени жизни — можно объяснить, исходя из наличия тринейтрона (которое ведёт к асимметрии ядра, и в конечном итоге, уменьшению квантовой неопределённости положения нуклонов, что выгодно, и уже рассматривалось ранее). На неклассическом этапе, увеличение времени жизни у более нейтронизбыточных изотопов водорода — называлось водородной аномалией [11], т. к. оставалось, в целом, необъяснимым. (Аналогичная «аномалия» — имеется у ядер гелия: гелий-7, так же содержащий тринейтрон — стабильнее гелия-5).

Далее: Чтобы понять (объяснить) радиоактивный распад изотопа водорода-5, происходящий с вылетом двух нейтронов (табл. 1), мы должны учесть, что эти, до вылета — слабосвязанные, нейтроны, в этом ядре находятся не на базовом, а на более высоком энергоуровне. Но перейти в более низкое энергетическое состояние в ядре, они не могут, т. к. последнее — уже занято нейтронами кора (трития). Это уже объясняет, почему время жизни водорода-5 — больше времени жизни водорода-4 и -6, имеющих незаполненные места для нейтронов, на базовом энергоуровне.

Теперь учтём, что связь слабосвязанных нейтронов в ядре водорода-5, по определению, слабая, т. е. это должны быть гало-нейтроны (как у изотопов гелия-6 и -8), но для изотопа водорода-5 — экспериментальное определение наличия гало-нейтронов затруднено малым временем жизни ядра, и поэтому не выполнено. Аналогия наглядного строения ядра гелия-6 с ядром водорода-5 говорит, что в водороде-5 содержатся именно гало-нейтроны (из наглядной структуры ядра видно, что данные нейтроны связаны через другие нейтроны, а значит, связаны слабо (причём, ещё более слабо, чем в изотопах гелия-6 и -8, т. к. в водороде — всего один протон)). Слабая связь — эквивалентна малой энергетической выгоде от такой связи. В итоге, оказывается более энергетически выгодным переход гало-нейтронов из этого, как бы возбуждённого состояния — в базовое, т. е. на базовый энергоуровень, который хоть в этом ядре и занят, но свободен вне ядра, см. рис. 45. Т. е. гало-нейтроны, переходя на более низкий энергоуровень — оказываются свободными нейтронами, что и объясняет вылет нейтронов при распаде водорода-5. (Нужно также учесть спаренность этих нейтронов, благодаря которой, они могут совершать переход между уровнями одновременно друг с другом, и вылетать одновременно).

Рис. 45

Можно сказать, что ядро водорода-5 — вообще существует за счёт того, что находится в подобии возбуждённого состояния, т. е. как бы и не имеет базового состояния (его базовое состояние — соответствует ядру трития и двум свободным нейтронам, а это уже не водород-5, т. е. не связанная система). При синтезе (получении) ядра водорода-5, энергия т. о., соответственно, поглощается, а не выделяется.

Далее: Последний изотоп водорода, водород-7 — пока мало изучен, поэтому на нём (вернее, на рассмотрении его распада), подробно останавливаться не будем.