4
сорокалетней давности сталкивается с отсутствием достаточной веры [к
следствиям существовавших теорий].
Попытку применить некоторые выводы ядерной физики к
образованию элементов в астрофизических процессах предпринял Вейц-
зеккер в работе «О превращениях элементов внутри звезд»
(С. F. von Weizsacker: Physik. Zeits., 1937, «8, 176; 1938, 39, 633) 3.
3
Читателей, интересующихся более ранней литературой,
отсылаем к обзору Альфера и Германа (R. A. Alpher, R. С. Herman:
Rev. Mod. Phys., 1950, 22, 153).
4
Центральное место в этой работе отводилось «гипотезе
построения» элементов из нейтронов с сопутствующими процессами бета-
распада [т. е. процессами превращения нейтронов в протоны с
испусканием электронов (бета-частиц).— Прим. ред.]. «Построение элементов непосредственно из протонов осложнялось действием
"силы кулоновского отталкивания между положительно заряженными
ядрами более тяжелых элементов. Количественные выводы,
получаемые на основании гипотезы Вейцзеккера, можно получить из
общих представлений об эмпирической связи между устойчивостью
ядер и их содержанием с использованием соотношений,
вытекающих из условия термодинамического равновесия и аналогичных
тем, которые применяются при изучении химических реакций.
Рассмотрим обратимую [что, собственно, и определяет
термодинамическое равновесие,— Прим. ред.] реакцию, происходящую
между двумя элементами А и В с образованием устойчивого
соединения АВ и выделением энергии АЕ:
А+В --> АВ+АЕ. (1)
Относительные содержания (их обозначим квадратными
скобками) в условиях термодинамического равновесия можно вычислить
из соотношения
[Л]Х[В]/[ЛВ]«ехр {-ЩкТ) , (2)
где k —
постоянная Больцмана.
В ядрах устойчивых изотопов легких элементов число
нейтронов и протонов примерно одинаково (рис. 1). Последовательное
добавление нейтронов к ядру некоторого элемента (например, 160)
приводит к образованию более тяжелых изотопов того же
элемента (в даннОхМ случае 170 и 180), пока преобладание нейтронов над
протонами не станет настолько большим, что ядро будет неустой,
чивым (190 претерпевает бета-распад, превращаясь в 19F за
характерное время ~
29 с). Мерой устойчивости изотопа служит
приращение энергии связи, вносимое последним нейтроном. В случае 170,
например, эта величина равна:
£(17) =
[А1(1б) +М(п)— М(17)]хс2, (3)
где М(16), М(п) и М(\7) являются соответственно массами ядра
1(50, нейтрона и ядра 170, ас —
скорость света. В нашем случае
эти массы соответственно равны 16,00000, 1,008986 и 17,004533 а.е.м.
Подставляя эти значения в соотношение (3), мы получаем