Tiểu Luận Ứng dụng của mẫu giọt chất lỏng và mẫu khí Fermi

CHƯƠNG 1: SỰ CẦN THIẾT CỦA CÁC MẪU HẠT NHÂN

I. LÝ DO XUẤT HIỆN CÁC MẪU HẠT NHÂN

Cho đến nay chúng ta chưa xây dựng được một lý thuyết hoàn chỉnh để giải thích toàn diện và đúng đắn tất cả các số liệu thực nghiệm về hạt nhân. Các vấn đề liên quan đến lý thuyết hạt nhân có thể phân thành hai loại là cấu trúc hạt nhân và phản ứng hạt nhân. Tuy nhiên, khi xây dựng lý thuyết hạt nhân ta vấp phải 3 khó khăn chính là:

+ Không biết chính xác về lực tương tác giữa các nucleon trong hạt nhân.

+ Số lượng các phương trình miêu tả sự chuyển động của các nucleon trong hạt nhân rất lớn.

+ Không thể quan niệm hạt nhân như một môi trường vĩ mô liên tục.

Để tránh các khó khăn trên người ta phải xây dựng các mẫu hạt nhân, trong đó hạt nhân được thay bằng một hệ vật lý nào đó có khả năng miêu tả các tính chất của hạt nhân với cách giải thích toán học đơn giản có thể chấp nhận được. Mẫu hạt nhân cần giải thích được các tính chất cơ bản của các trạng thái hạt nhân như spin, độ chẵn lẻ, momen từ, momen tứ cực điện, các tính chất của các trạng thái kích thích , mà trước tiên là phổ kích thích của hạt nhân, và các tính chất động lực học của hạt nhân như xác suất phóng gamma của các mức kích thích của hạt nhân. Mỗi mẫu hạt nhân chỉ giải thích được một số tính chất của hạt nhân, do đó có nhiều mẫu hạt nhân khác nhau.

II. PHÂN LOẠI CÁC MẪU HẠT NHÂN

Mỗi mẫu giải thích một số tính chất về hạt nhân. Chưa có mẫu nào có thể giải thích toàn diện các hiện tượng hạt nhân. Chính vì vậy các mẫu riêng lẻ vẫn cứ song song tồn tại.

Cơ sở để xây dựng mẫu hạt nhân là giả thuyết về sự độc lập của một tập hợp nào đó các bậc tự do của hạt nhân. Các bậc tự do của hạt nhân được chia làm hai loại là : bậc tự do một hạt mô tả sự chuyển động của các hạt riêng biệt, và bậc tự do tập thể mô tả sự chuyển động của một số lớn hạt. Một cách tương ứng, mẫu hạt nhân cũng được phân thành hai loại là mẫu tập thể và mẫu một hạt, ngoài ra còn có mẫu suy rộng, là tổng hợp hai mẫu nói trên.

II.1 Mẫu tập thể

Mẫu tập thể là mẫu dựa trên các bậc tự do tập thể của nhiều hạt và còn được gọi là mẫu tương tác mạnh giữa các hạt. Mẫu này thể hiện các hiệu ứng tập thể trong hạt nhân khi quãng đường tự do của các hạt trong hạt nhân rất bé so với kích thước hạt nhân. Điều đó cũng tương đương với khái niệm cho rằng các hạt bên trong hạt nhân tương tác mạnh với nhau và với một số ít hạt bên cạnh. Với ý nghĩa đó mẫu tập thể coi hạt nhân như một giọt chất lỏng hay một vật rắn. Mẫu tập thể gồm mẫu giọt chất lỏng và mẫu hạt nhân không có dạng hình cầu.

II.2 Mẫu một hạt

Mẫu một hạt dựa trên các bậc tự do của một hạt và được gọi là mẫu các hạt độc lập. Trong mẫu này, quãng đường tự do của các hạt lớn hơn kích thước hạt nhân, tức là một hạt chuyển động độc lập trong một thế năng trung bình nào đó. Mẫu một hạt gồm mẫu vỏ không có tương tác dư và mẫu vỏ có tính đến hiệu ứng cặp.

II.3 Mẫu suy rộng

Mẫu suy rộng tính đến các tính chất chuyển động độc lập lẫn tính chất chuyển động tập thể của các hạt trong hạt nhân. Mẫu này gồm mẫu suy rộng với liên kết yếu và mẫu suy rộng với liên kết mạnh.

Hai giả thiết cơ bản của mẫu suy rộng là:

+ Dạng cân bằng của hạt nhân ở xa các số magic là dạng elipxoit tròn xoay.

+ Chuyển động tập thể trong đó có chuyển động dao động và chuyển động quay không phá hoại dạng của hố thế hạt nhân.



_____________________________


CHƯƠNG 2 : MẪU GIỌT CHẤT LỎNG

I. KHÁI NIỆM

Mẫu giọt chất lỏng là mẫu điển hình nhất của các mẫu tương tác mạnh (mẫu tập thể). Trong mẫu giọt chất lỏng, các nucleon được xem là tương tác mạnh với nhau giống như các phân tử trong một giọt chất lỏng. Một nucleon đã cho thường xuyên va chạm với các nucleon khác ở bên trong hạt nhân, quãng đường tự do trung bình của nó nhỏ hơn nhiều so với bán kính hạt nhân. Sự chuyển động “zic – zắc” thường xuyên như thế gợi cho chúng ta hình ảnh về sự chuyển động nhiệt hỗn loạn của các phân tử trong một giọt chất lỏng.

Mẫu gọt giả thiết rằng các nucleon va chạm thường xuyên với nhau và hạt nhân phức hợp có thời gian sống dài trong các phản ứng hạt nhân. Mẫu giọt cho phép chúng ta thiết lập được sự tương quan của nhiều sự kiện về khối lượng và năng lượng liên kết của hạt nhân; nó rất tiện ích trong việc giải thích sự phân hạch và các phản ứng hạt nhân.

_______________________________________________________


CHƯƠNG 3: MẪU KHÍ FERMI

I. LÍ DO ĐƯA RA MẪU KHÍ FERMI

Ta biết rằng:

Ở một phạm vi gần đúng nhất định thì năng lượng liên kết riêng và mật độ hạt nhân có số khối A là độc lập.

Tính chất của khí lý tưởng: các phân tử khí bên trong chất khí lý tưởng có quãng đường tự do trung bình rất lớn, điều này có thể xem như các phân tử khí lý tưởng không tương tác với nhau.

Từ đó, chúng ta có thể giả thiết rằng: các nucleon chuyển động một cách tự do bên trong hạt nhân (giả thiết này hợp lý đối với các hạt nhân nặng). Một cách gần đúng, từ mọi phía mật độ của nucleon là như nhau. Do đó ảnh hưởng của các lực với các hướng khác nhau gây ra bởi các nucleon bên cạnh triệt tiêu lẫn nhau. Điều này có nghĩa là lực trung bình tác động bởi một nucleon đang chuyển động bên trong hạt nhân là bằng không.

II. NỘI DUNG MẪU KHÍ FERMI

Trong mẫu khí Fermi, các proton và các neutron- gọi chung là các nucleon được thừa nhận là hai hệ độc lập nhau, mỗi hệ di chuyển tự do bên trong thể tích của hạt nhân theo nguyên lý loại trừ Pauli.



____________________________________________________