마지막 요소 '의 원자 번호

아무도 모릅니다. 원자의 순진한 보어 모델을 사용하면 가장 안쪽의 전자가 빛의 속도 이상으로 이동해야하기 때문에 $ Z = 137 $ 주변에서 문제가 발생합니다. 이 결과는 Bohr 모델이 상대성을 고려하지 않기 때문입니다. 상대 론적 양자 역학에서 비롯된 Dirac 방정식을 풀고 핵이 점 입자가 아니라는 점을 고려하면 임의의 실제 문제가없는 것 같습니다. 비정상적인 효과가 $ Z \ 약 173 $ 이상에서 발생하기 시작하지만 높은 원자 번호입니다. 이러한 결과는 현재 양자 전기 역학 이론을 사용한 훨씬 더 깊은 분석이나 완전히 새로운 이론에 의해 뒤집힐 수 있습니다.

우리는 그러나 우리는 그러한 원자 번호에 가까워지지 않을 것입니다. 매우 무거운 원소는 더 가벼운 원소로 방사성 붕괴와 관련하여 극도로 불안정합니다. 현재 초중 원소를 생산하는 방법은 상대적으로 가벼운 원소의 특정 동위 원소를 가속시키는 것에 기반을두고 있습니다. 훨씬 더 무거운 원소의 동위 원소로 만들어진 표적을 치는 것입니다.이 과정은 매우 비효율적이며 상당한 양의 물질을 생산하는 데 수개월이 걸립니다. 소수의 원자도 감지하는 데 수년이 걸립니다. 가장 무거운 표적의 수명이 매우 짧고 발사체와 표적 간의 충돌 효율이 매우 낮기 때문에 현재의 118 개 요소보다 훨씬 더 멀리 나아가 기가 매우 어려울 것입니다. $ Z = 114 $ 및 $ Z = 126 $ 부근의 안정성 섬에서 다소 더 안정적인 초중 동위 원소를 찾을 수 있지만, 예측 된 가장 안정적인 동위 원소 (그런데도 몇 분 이상 지속되지 않을 것으로 예상됩니다) ) 핵에 엄청난 양의 중성자를 가지고있어서 우리는 그것들을 어떻게 생산해야할지 모른다. 우리는 안정된 섬의 해안을 지나치면서 결코 등반하지 않는 비난을받을 수 있습니다.

편집 : 위에 제시된 최상의 계산은 양자 전기 역학만을 기반으로합니다. 즉, 전자기력 만 고려됩니다. 분명히 핵이 어떻게 행동할지 (따라서 더 이상 진행할 수 없게되기 전에 핵에 얼마나 많은 양성자를 넣을 수 있는지) 예측하려면 강하고 약한 핵력에 대한 자세한 지식이 필요합니다. 불행히도 핵력에 대한 수학적 설명은 오늘날 물리학에서 여전히 엄청나게 어려운 문제이므로 아무도 그 각도에서 엄격한 답변을 제공 할 수 없습니다.

잔여 핵력 은 매우 단거리이기 때문에 일부 제한이 있어야합니다. 어느 시점에서 너무 많은 양성자와 중성자가 핵 (그리고 그 결과 핵이 너무 커질 것입니다) 핵의 정반대 부분이 너무 멀리 떨어져 있기 때문에 서로 “검출”할 수 없습니다. 각각의 추가 양성자 또는 중성자는 강한 핵력을 통해 약한 안정화를 생성합니다. 한편, 양성자 사이의 전기적 반발은 무한한 범위를 가지므로 모든 추가 양성자는 똑같이 반발 적으로 기여합니다. 이것이 더 무거운 원소가 안정을 유지하기 위해 더 높고 더 높은 중성자 대 양성자 비율을 필요로하는 이유입니다.

따라서 일부 원자 번호에서는 현재 기록 인 $ Z = 118 $보다 훨씬 높지 않을 수 있습니다. 양성자의 반발은 핵의 구성에 관계없이 양성자와 중성자의 강력한 핵 매력에 항상 이길 것입니다. 따라서 충분히 무거운 원자핵은 모두 존재하자마자 거의 즉시 자발적으로 핵분열을 겪을 것입니다. 또는 요소에 도달하기위한 모든 유효한 반응 경로에는 관찰 가능한 전체 우주의 모든 핵이 충돌하더라도 환상적으로 가능성이 거의없는 이벤트가 필요합니다. 가능한 가장 무거운 원소를 합성하기 위해 빅뱅 이후 서로간에 우리는 통계적으로 충분히 무거운 원자가 한 번도 생성되지 않을 것이라고 기대할 것입니다.

댓글

• 원자의 na ï ve Bohr 모델을 사용하여 $ Z = 2 $ …
• @leftaroundabout 에너지 수준의 정확성과 관련해서 만, 원자 자체의 안정성이 아닙니다!
• 이 원자가 가진 모든 속성과 관련하여. Bohr 모델은 ' 2 체 시스템 외에는 작동하지 않으므로 ' 실제로 에 적용 할 수 없습니다. 수소 이외의 원자 ($ \ ce {He} ^ + $ 등에 잘 적용될 수 있음)
• @leftaroundabout 충분합니다.Bohr '의 모델은 모델이 한계를 설정할 수 있음을 보여주기 위해 (틀린 경우에도) 역사적인 이유로 자주 언급되며 $ v ^ {1s} _e = Z \ alpha c $는 매우 간단한 결과입니다. 물론, Dirac 방정식 자체도 근사치입니다 (확실히 더 나은 것입니다). 결론을 뒤집을 수있는 새로운 이론도 ' 필요하지 않습니다. 언젠가는 더욱 미묘한 QED 효과 가 눈에 띄게 될 것이며, 내가 이해하는 한 최종 사진을 어떻게 바꿀지 아직 알 수 없습니다.

" 요소 "는 지정된 수의 양성자를 갖는 모든 원자핵의 집합으로 정의되어야합니다. 전자 (또는 다른 렙톤)를 기반으로하는 정의는 “원자의 환경에 따라 원소와 관련된 전자의 수가 변경되기 때문에 사용할 수 없습니다.

" 원자핵 " 세트가 형성되는 데 걸린 시간에 비해 평균 수명이 큰 공통 핵 포텐셜 우물에있는 양성자와 중성자의 집합입니다. (핵 상호 작용은 $ 1 \ times10 ^ {-23} $ 초 단위로 일정 시간 동안 발생합니다.)

중성자를 핵에 추가하면 각각은 마지막보다 약하게 결합됩니다. 결국 마지막으로 추가 된 중성자는 결합이 해제되어 즉시 다시 나옵니다. 일반적으로 이는 $ 1 \ times10 ^ {-23} $ 초와 비슷한 시간 내에 발생합니다. 각 양성자 수 Z 에는 최대 중성자 수가 있습니다. Nd 라고 부르며, Z 양성자가있는 핵에있을 수 있습니다. 핵종 세트 $ (Z, Nd) $ 는 중성자 드립 라인으로 알려진 Z, N 평면의 곡선입니다. 중성자 드립 라인은 주어진 수의 양성자를 가진 핵이 가질 수있는 최대 크기를 정의합니다.

Z 양성자를 가진 핵에 중성자가 너무 적 으면 다음 두 가지 중 하나가 발생합니다. 양성자를 방출하거나 핵분열을 할 수 있습니다. 그러나 큰 핵은 거의 변함없이 분열하므로 이것이 중요한 기준입니다. 원자핵의 가장 간단한 실행 가능한 모델은 " 액체 낙하 모델입니다. ". 전하가 그것을 밀어 내려고하기 때문에 핵을 아주 작고 스트레스를 많이받는 풍선으로 생각하면 작용하는 힘에 대해 더 잘 알 수 있습니다. 전기 반발은 다음과 같이 다양합니다. $ (Z ^ 2 / r_ {eff}) $ 여기서 $ r_ {eff} $ 는 등가 점 전하 사이의 거리입니다. 핵을 당기는 것 함께 표면 장력 (불균형 핵 응집력)에 해당하며 저장된 총 " 표면 에너지 "는 $ (r ^ 2) $ , 여기서 r 은 핵 반경입니다. 쿨롱과 표면 에너지 사이의 비율은 $로 정의됩니다. (Z ^ 2 / r_ {eff}) * (1 / r ^ 2) = K $ . $ r_ {e ff} = r $ . 핵 부피는 수집품에있는 입자의 총 수 $ A = Z + N $ 에 비례합니다. 즉, r 은 $ A ^ {1/3} $ 에 따라 달라 지므로 $ (Z ^ 2 / r ^ 3) = K = (Z ^ 2) / A $ . K 를 " 유연성 매개 변수라고합니다. " 주어진 값 K 자발적 핵분열에 대한 유사한 액체 방울 모델 장벽을 가진 핵 세트를 정의합니다. K 의 지정된 값에 대해 $ N (Z) = (1 / K) * (Z ^ 2)-Z $ 는 곡선을 정의합니다. $ (Z, N) $ 평면에서 일정한 핵분열 장벽 높이. 하나의 특정 곡선은 핵분열 장벽이 존재하는 핵 집합과 존재하지 않는 핵 집합을 나누는 선을 정의합니다. 즉, 주어진 Z 의 핵이 가질 수있는 최소 중성자의 수를 정의합니다.

최소 하나의 핵 모델에는 최대 $ 330 $ 중성자와 $ 175 $ 양성자 ⁽¹⁾ . Z 의 함수로서 중성자 드립 라인에 대한 방정식은 드립 라인에서 추출 할 수 있습니다. $ N / Z $ 에 대한 두 번째 방정식 ( $ f (Z) $ )을 사용하여 대체 드립 라인 곡선. KUTY의 중성자 드립 라인은 $ N = 330 $ 이하의 극적인 변화를 보여주지 않습니다. 그래도 미지로 외삽 할 때 중성자의 상한을 고려하는 것이 현명 해 보입니다. 핵에서 $ 1/4 $ 자릿수 ( $ 1.77 $ ) 배 더 큽니다.