Podstawy fizyki jÄ drowej dla inŜynierów

14 Rozdział 2. Budowa jądra atomowego
Zasięg sił jądrowych. Siły jądrowe są przyciągające na odległościach rzędu 1–2 fm (1 fm =
10 –15 m). Zasięg tych sił jest więc niewiele większy od promienia samego nukleonu i równy
średniej odległości między nukleonami. Oznacza to, Ŝe kaŜdy nukleon oddziałuje tylko
z nukleonami znajdującymi się najbliŜej niego. Są to więc siły krótkiego zasięgu. Ich
działanie gwałtownie maleje, nawet do zera, dla odległości większych od 2·10 –15 m.
Na rysunku 4 przedstawiony jest potencjał sił jądrowych w zaleŜności od odległości od
jądra. Dla odległości mniejszych od promienia jądra, potencjał sił jądrowych musi być
funkcją bardzo silnie malejącą, którą często przedstawia się za pomocą potencjału Yukawy
V ~ exp( − α r) r dla 0,4
≤ r ≤1– 2 fm , gdzie α stała, a r to odległość od jądra. Przypuszcza
się, Ŝe na odległościach bardzo małych, mniejszych od 0,4–0,5 fm siły jądrowe są siłami
przyciągającymi (rys. 4). MoŜe tak być dlatego, Ŝe: a) jądro zajmuje pewien skończony
obszar w przestrzeni, a nukleony rozłoŜone są w nim na pewnych skończonych odległościach,
to znaczy, Ŝe począwszy od pewnych odległości między nukleonami, siła przyciągania
między nimi zamienia się na siłę odpychania; b) gęstość materii jądrowej jest stała, jest ona
jednakowa dla róŜnych jąder, a zatem nie zaleŜy od A. Gdyby siły jądrowe miały
przyciągający charakter na kaŜdej odległości, to gęstość materii jądrowej musiałaby rosnąć
wraz ze wzrostem A, gdyŜ kaŜdy nukleon znajdowałby się w zasięgu działania (przyciągania)
pozostałych nukleonów.
Właściwość wysycania. Ta właściwość oznacza, Ŝe oddziaływanie siłami jądrowymi na
inne cząstki zanika (wysyca się), gdy nukleon jest całkowicie otoczony innymi nukleonami.
Nukleon oddziałuje nie ze wszystkimi otaczającymi go nukleonami, nawet jeśli te sąsiednie
nukleony znajdują się w promieniu działania sił jądrowych. Siły jądrowe są jedynymi siłami
w przyrodzie mającymi własność wysycania. Wysycanie wynika z charakteru zaleŜności
energii wiązania jąder od liczby masowej A. Gdyby nie było zjawiska wysycania, to kaŜdy
z A nukleonów oddziaływałby z (A – 1) pozostałymi nukleonami. Wtedy energia wiązania
byłaby proporcjonalna do A (A – 1), czyli do A 2 , a nie liniowo zaleŜała od A, zgodnie ze
wzorem (2). Tak więc w przypadku oddziaływań jądrowych nie moŜna przedstawić sił
działających na dany nukleon jako sumy sił pomiędzy poszczególnymi nukleonami. Własność
wysycania jest analogiczna do własności wysycania wiązań chemicznych. Wiązanie między
atomami wodoru wysyca się dla dwóch atomów. Powstaje cząsteczka H 2 . Trzeci atom
wodoru, gdy znajdzie się w pobliŜu, juŜ nie wiąŜe się z cząsteczką H 2 .
Rys. 4. ZaleŜność potencjału sił jądrowych od
odległości między nukleonami [1].