Капельная модель позволила вывести полуэмпирическую (полуэкспериментальную) формулу для энергии связи частиц в ядре, объяснить многие другие явления, в частности процесс деления тяжелых ядер.

********

Оболочечная модель ядра атома была развита Марией Гепперт-Майер и другими учеными.

В этой модели нуклоны считаются движущимися в неком поле (центрально-симметричном) независимо друг от друга. В соответствии с этим в ядре атома имеются дискретные энергетические уровни (подобные энергетическим уровнем электронов в атоме). Эти энергетические уровни заполняются согласно принципу Паули (тем более что спины нуклонов равны +1/2). Энергетические уровни группируются в оболочке, в каждой из которых может находиться определенное число нуклонов (полная аналогия слоям электронной оболочки атома).

Полностью заполненная оболочка образует особо устойчивую структуру в ядре атома химического элемента (подобие атомам инертных газов).

В соответствии с опытом, особо устойчивыми оказываются ядра атомов, у которых число протонов, либо число нейтронов, либо оба эти числа равны: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 и 152.

Эти числа получили название магических.

Ядра атомов, у которых магическими являются и Z и N, называются дважды магическими. Дважды магических ядер атомов известно всего пять: гелий Не (Z=2, N=2); кислород О (Z=8, N=8); кальций-40 Са40 (Z=20, N=20); кальций-48 Ca48 (Z=20, N=28); свинец Pb (Z=82, N=126).

Распространенность в природе химических элементов с ядрами, выраженными магическими числами, очень велика.

Ядра химических элементов, имеющие полностью заполненные нуклонные оболочки, обладают повышенной стабильностью по сравнению с соседними ядрами.

Так, например, тяжелые ядра, характеризующиеся магическими числами, имеют значительно большие периоды полураспада[1]. Например, период полураспада ядер N=126 превосходит период полураспада ядер с N=128.

Согласно оболочечной модели, ядра атомов с чётными значениями Z и N, наиболее стабильны. Менее стабильны ядра атомов с одним чётным значением (Z или N). И, наконец, минимальная стабильность у ядер атомов с нечётными Z и N.

Двести семьдесят три стабильных изотопа, встречающиеся в природе, распределяются в соответствии с этим правилом следующим образом:

*******

Огромная энергия связи нуклонов в ядре атома указывает на то, что между ними имеется очень активное взаимодействие. Это взаимодействие носит характер притяжения. Она удерживает нуклоны на расстоянии порядка 10-13 см, друг от друга, несмотря на сильное электростатическое (кулоновское) отталкивание между протонами.

Ядерное взаимодействие между нуклонами получило название сильного взаимодействия. Оно описывается силами, отличительными особенностями которых являются:

1) Короткодействие. Силы действуют на расстоянии порядка 10-13см. На расстояниях существенно меньших 10-13см. притяжение нуклонов сменяется отталкиванием.

2) Сильное взаимодействие зависит от зарядов нуклонов. Ядерные силы, действующие между двумя протонами, протоном и нейтроном и двумя нейтронами, имеют одинаковую величину.

3) Ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов нуклонов. Так протон и нейтрон удерживаются вместе, если их спины параллельны друг к другу.

4) Ядерные силы нельзя представить направленными вдоль прямой, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов.

5) Ядерные силы обладают свойством насыщения, которая проявляется в том, что энергия связи нуклонов при увеличении их числа не растёт, а остаётся примерно постоянной. На насыщение ядерных сил указывает факт пропорциональности объёма ядра числу образующих его нуклонов.

*****

По современным представлениям сильное взаимодействие обусловлено тем, что нуклоны виртуально обмениваются частицами, получившими название мюонов.