Кіріспе

Ядролық физикада жартылай эмпирикалық масса формуласы (SEMF) (кейде Вейцзекер формуласы, Бете-Вейцзекер формуласы немесе Бете-Вейцзекер масса формуласы деп те аталады, оны Бете-Вейцзекер процесінен ажырату үшін) атом ядросының массасын оның протондары мен нейтрондарының саны бойынша шамамен есептеу үшін қолданылады. Атауынан көрініп тұрғандай, ол ішінара теорияға, ішінара эмпирикалық өлшемдерге негізделген. Формула Джордж Гамов ұсынған сұйық тамшы моделін көрсетеді, ол формуладағы көптеген шарттарды түсіндіре алады және коэффициенттердің мәндері үшін жуық шамаларды береді. Оны алғаш рет 1935 жылы неміс физигі Карл Фридрих фон Вейцзекер тұжырымдады, және жылдар бойы коэффициенттерде түзетулер енгізілсе де, формуланың құрылымы бүгінгі күнге дейін өзгеріссіз сақталып келеді. Формула атомдық массаларды және осы арқылы басқа да құбылыстарды жақсы шамамен көрсетеді. Дегенмен, ол белгілі бір протон және нейтрон санындағы байланыс энергиясының артуын түсіндіре алмайды. Бұл сандар, «сиқырлы сандар» деп аталады, ядролық қабықша моделінің негізін құрайды.

Көлемдік термин

Бұл термин көлемдік термин деп аталады. Ядроның көлемі А-ға пропорционалды, сондықтан бұл термин көлемге пропорционалды, демек, осылай аталды. Бұл терминнің негізі – күшті ядролық күш. Күшті күш протондар мен нейтрондарға әсер етеді, және күткендей, бұл термин Z-ге тәуелсіз. А бөлшектерінен құралатын жұптардың саны , сондықтан бір термин пропорционалды болады деп күтуге болады. Дегенмен, күшті күштің өте шектеулі радиусы бар, және берілген нуклон тек өзінің ең жақын және келесі жақын көршілерімен ғана күшті өзара әрекеттесе алады. Сондықтан, шындығында өзара әрекеттесетін бөлшектер жұбының саны шамамен А-ға пропорционалды, бұл көлемдік терминге оның түрін береді. Коэффициент нуклонның көршілерімен байланысқан энергиясынан кіші, ол шамамен 40 МэВ-қа тең. Бұл себебі, ядродағы нуклон саны неғұрлым көп болса, Паули қағидасы бойынша олардың кинетикалық энергиясы да соғұрлым жоғары болады. Егер ядроны протон және нейтрон саны тең нуклоннан тұратын Ферми шар ретінде қарастырсақ, онда жалпы кинетикалық энергиясы , ал Ферми энергиясы 38 МэВ деп есептеледі. Осы модельдегі күтілетін мән өлшенген мәннен көп айырмашылық жасамайды.

Жер бетінің термині

Бұл термин беттік термин деп аталады. Бұл термин де күшті күшке негізделген және көлемдік терминге түзету болып табылады. Көлемдік термин әрбір нуклон А-ға тәуелсіз, тұрақты сандағы нуклонмен өзара әрекеттеседі дегенді көрсетеді. Бұл ядроның ішкі бөлігіндегі нуклон үшін шамамен дұрыс болғанымен, ядроның бетіндегі нуклонның жақын көршілері аз болады, осы түзетуді негіздейді. Бұл сондай-ақ беттік кернеу термині ретінде қарастырылуы мүмкін, және сұйықтықтардағы беттік кернеуді тудыратын механизммен ұқсас. Егер ядроның көлемі А-ға пропорционал болса, онда радиусы -ға, ал беттік ауданы -ға пропорционал болуы керек. Осыдан беттік терминнің -ға пропорционал екендігі түсіндіріледі. Сондай-ақ, -ның шамасы да -ға шамамен тең болуы керек.

Формуланың салдарынан мысалдар

Атомдық салмағы A белгілі болғанда, Eb(A, Z) шамасын Z-ге қатысты максималды ету арқылы ең тиімді нейтрон-протон қатынасын N/Z анықтауға болады.