atomkerne (Kernens enkeltpartikelspektrum)

© Thomas Bødker

Atomkerne. Fig. 8. Atomkernernes bindingsfelt. Bindingsfeltets radius vokser med antallet af nukleoner i kerner som beskrevet i ligningen R(A) = 1,1 fm∙A1/3. Dybden af bindingsfeltet er ca. V0 = 50 MeV for alle atomkerner.

Kernens bindingsfelt er skabt af kernens egne neutroner og protoner - i modsætning til feltet i atomerne, hvor elektronerne holdes sammen af feltet fra den positivt ladede atomkerne. Den konstante fordeling af stoffet i kernen skaber et nogenlunde konstant bindingsfelt inden for kernens overflade (se fig. 8). Ud over det konstante statiske middelfelt viser der sig at være en bindingseffekt, der har at gøre med den indbyrdes retning af den enkelte nukleons indre impulsmoment (spinnet) og baneimpulsmomentet knyttet til nukleonens bevægelse rundt i kernen. Man taler om en spin-bane-vekselvirkning, som formindsker energien i tilstande, hvor nukleonens spin- og baneimpulsmoment peger i samme retning, mens energien øges, hvis spin- og baneimpulsmoment er modsat rettede.

Fig. 9 viser et spektrum af teoretisk beregnede enkeltpartikeltilstande i bindingsfeltet fra fig. 8 med tillæg fra spin-bane-vekselvirkningen. Spektret viser betydelige gab, hvor antallet af kvantetilstande - talt op fra bunden - er lig med et af de magiske tal. Hvis alle tilstande op til et af disse gab er besat, har man en "lukket skal". Den specielle stabilitet af lukkede skaller beror på, at de sidste tilstande, der skal besættes for at afslutte skallen, har stor afstand i energi til den næstfølgende, overliggende enkeltpartikeltilstand. De nukleoner, der afslutter skallen, er altså særlig stærkt bundne, hvorved hele kernen bliver mere stabil. En væsentlig del af kernernes spektre består i excitationer, hvor en nukleon flyttes fra én enkeltpartikeltilstand til en anden, uden at de andre nukleoner ændrer deres bevægelse.