V této úvodní kapitole se pokusíme nastínit některé metodologické aspekty stavby fyziky a jejího začlenění do kontextu ostatní přírodovědy a vědeckého poznání vůbec. Tyto metodologické poznámky mohou být zajímavé např. pro studenty a zájemce nefyzikálních profesí, kteří si chtějí udělat ucelený obraz o fyzikálních aspektech zkoumání přírody.
Představme myšleném pokuse, nukleon pomalu přibližujeme atomovému
jádru.), existují však situace, kdy doba
života excitované hladiny řádově sekundy, minuty dokonce několik hodin! takové hladiny nazývají metastabilní a
mluvíme izomerním stavu jádra. Pro kladně nabitý proton bude větších vzdálenostech působit
elektrická odpudivá síla podle Coulombova zákona (modrá křivka obr. tohoto vztahu plyne, objem jádra přímo úměrný nukleonovému číslu
N tedy každý nukleon zaujímá jádře zhruba stejný objem.
Experimentální měření rozptylem vysokoenergetických elektronů) ukazují, pro poloměr jader
platí přibližný vztah N1/3, kde nukleonové číslo jádra parametr hodnotu 1,3·10−13 cm
- dosah silné interakce. uvnitř jádra pak přitažlivá síla v
obou případech efektivně vystřídána odpudivou silou, zabraňující úplnému smrštění jádra; její
původ souvisí kvantovým principem neurčitosti vylučovacím principem fermionů..1.10), teprve když
ji překonáme (říkáme, jsme překonali Coulombovskou bariéru) proton přiblíží jádru na
vzdálenost blízkou 10-13cm, začne působit přitažlivá jaderná síla (červená křivka), která převáží elektrickou
odpudivou sílu "přiváže" proton jádru. vzbuzené
neboli excitované energetické hladiny jako kdyby jádro bylo "nafouknuté", nukleony jsou "dále
od sebe" (obr. Pro každé jádro existuje určitý poměr počtu protonů neutronů, pro který jádro nejstabilnější
(tento poměr pro lehká jádra blízký 1:1, pro těžká jádra pohybuje kolem 1:1,5 ve
prospěch neutronů). Izomerie metastabilní stavy nevyskytují lehkých jader
(kde neexistují vzbuzené hladiny 3), ale jader nukleonovým číslem 40; podrobnosti vysvětluje
slupkový model jádra.
Metastabilní hladiny jaderná izomerie
Doba života excitovaných jaderných hladin většinou velmi krátká ≈10-15-10-6 sec. Důležitým příkladem metastabilní technecium 99mTc poločasem hodin, viz následující §1.
Nukleony jádře nacházejí pohybují poli jaderných sil (silné interakce), němž mohou mít různou
(vazbovou) energii pohybují jakési "potenciálové jámě".htm (49 58) [15.1..10.1. Protonové
a neutronové hladiny vlivem elektrické interakce poněkud liší jsou obsazovány nezávisle,
přičemž Pauliho vylučovací princip omezuje obsazení každé takové hladiny max. Potom záření vyslané při přechodu takové hladiny základního stavu, musí mít
vyšší multipolaritu (E3, nebo vyšší) přechody mezi takovými hladinami jsou málo pravděpodobné, takže
odpovídající doby života mohou nabývat velkých hodnot. Nejnižší energetická hladina jádra odpovídá základnímu stavu, ale jádro
se může (dodáním energie excitací) dostat vyššího energetického stavu tzv.1. Vojtěch Ullmann: Jaderná radiační fyzika
na vzdálenosti.2 "Radioaktivita"). ještě menších vzdálenostech .RNDr. Tedy podobně jako elektrony atomovém obalu, jádře se
nukleony nacházejí diskrétních energetických hladinách (obr.. Podle zákonitostí kvantové fyziky
přitom nukleony nemohou mít plynule proměnnou energii tomto poli, ale jen určité
kvantované hodnoty energie..1. Jádro lze tedy považovat za
soustavu nukleonů přibližně konstantní hustotou jaderné hmoty.1.10, oba vpravo).9 1. Pro neutron (vlevo) bez elektrického náboje působí pouze pole silné interakce, takže ve
větších vzdálenostech síla zanedbatelná vzdálenostech řádově 10-13cm působí přitažlivá síla, která
sváže neutron jádrem. Tento jev nastává tehdy, když blízkosti základního stavu jádra existuje
energetická hladina, která základního stavu značně liší svým momentem hybnosti (aspoň 3h, tj..1.cz/JadRadFyzika. 3), viz
níže slupkový model jádra.. Pokud jádru stabilní konfigurací protonů neutronů nějaké neutrony přidáme
či odebereme, zpravidla takové jádro již nebude stabilní, ale bude samovolně rozpadat
(resp.2008 12:13:17]
.
Neutrony bez elektrického náboje vykazují pouze přitažlivé jaderné síly pomáhají "stabilizovat"
jádro.2
"Radioaktivita". přeměňovat) bude radioaktivní (příslušné mechanismy budou analyzovány §1.
http://astronuklfyzika.9), obsazují vyšší hladiny.2). Křivka potenciálu výsledné síly obou případech na
obrázku vyznačena zeleně. Takto energeticky vzbuzené jádro zpravidla velmi
rychle "splaskne" hladiny deexcitují, přičemž příslušný rozdíl energií vyzáří formě fotonu
elektromagnetického záření záření (viz §1.. dvěma protony dvěma
neutrony opačnými spiny.
