Физика атомного ядра относится к фундаментальным наукам и составляет одно из основных направлений их развития. Изучение строения атомного ядра и механизмов ядерных реакций имеет принципиальный научный интерес. Это связано, во-первых, с исключительно важной ролью атомных ядер в природе и, во-вторых, с тем, что изучение системы сильновзаимодействующих частиц, какой является атомное ядро, дает более полную информацию о свойствах частиц и самой системы по сравнению с изучением элементарного акта взаимодействия двух частиц.
В ядре сосредоточена почти вся масса вещества, масса и заряд ядра определяют строение электронной оболочки, а тем самым наиболее существенные химические и физические свойства атома. Основной источник энергии на Земле — солнечная энергия — имеет внутриядерное происхождение. Ядерная энергия Солнца аккумулирована на Земле в виде нефти и угля. Закономерности строения ядра и ядерных сил весьма важны в астрофизике, поскольку в звездах ядерные превращения играют определяющую роль. Разнообразие свойств атомных ядер является фактически неисчерпаемым резервом многочисленных практических применений.
Исследование многочастичных задач служит источником более полной информации, чем решение задачи двух тел. Например, изучение системы трех, четырех нуклонов позволит получить информацию о поведении нуклон- нуклонных амплитуд вне энергетической поверхности. Ряд закономерностей физики атомного ядра является принципиально новым. Так, при изучении структуры ядра наряду с вопросом о свойствах ядерных сил встает вопрос о том, при каких условиях силы могут проявиться и когда их действие существенно ограничено. Атомное ядро — хороший объект для изучения задачи многих тел, оно не так велико, как конденсированная среда, где микроструктура «запрятана». Оно лучше атома, у которого основной источник силы сконцентрирован в центре.
Атомное ядро представляет весьма сложную систему сильновзаимодействующих частиц, характеризующуюся большим числом степеней свободы. Для изучения строения ядра необходимо применять самые различные экспериментальные подходы, основанные на физических процессах с сильными, электромагнитными и слабыми взаимодействиями. Очень важны развитие теории атомного ядра и тесная связь теории с экспериментом.
Исследования по физике атомного ядра преследуют две цели: изучение строения атомного ядра как такового и изучение элементарных взаимодействий, проявляющихся в свойствах атомных ядер. Например, изучение асимметрии γ-излучения после захвата нейтрона (Ю. Г. Абов, ИТЭФ) и круговой поляризации γ-квантов (В. М. Лобашев, ЛИЯФ им. Б. П. Константинова) позволило определить не сохраняющую четность компоненту в ядерных состояниях, что подтвердило универсальность слабых взаимодействий.
Особенность ядерной физики состоит в том, что при изучении строения атомного ядра исследования проводятся в двух направлениях: 1) измерение характеристик основных и все более и более высоких возбужденных состояний; 2) расширение области изучаемых ядер удалением от зоны β-стабильности и продвижением в область сверхтяжелых элементов.
Основное место в ядерной физике занимают работы по определению характеристик основных и все более и более высоких возбужденных состояний атомных ядер.
Первые отечественные исследования β- спектров и спектров конверсионных электронов были начаты в нашей стране А. И. Алихановым, Б. С. Джелеповым и др. в 1936 г., когда стал работать первый в СССР и в Европе циклотрон Радиевого института.
Первые детальные и систематические исследования спектров ядерного излучения с помощью магнитных спектрометров высокого разрешения были начаты сразу после Великой Отечественной войны (Б. С. Джелепов, ЛГУ). Выполнен большой цикл исследований α-спектров трансурановых элементов (С. А. Баранов, ИАЭ им. И. В. Курчатова). С помощью лучшего в мире прецизионного альфа-спектрографа изучена тонкая структура десятков ядер, и на этой основе построены развитые схемы распада.
Начиная с середины 50-х годов широко развернулись исследования β- и γ-спектров нуклидов, получаемых на синхроциклотроне Лаборатории ядерных проблем (ЛЯП) ОИЯИ в Дубне (В. П. Джелепов, К. Я. Громов и др.). В этих исследованиях принимали активное участие ученые ряда институтов нашей страны и братских стран. В результате было открыто более 100 новых радиоактивных нуклидов, детально исследовано излучение, сопровождающее распад 200 нуклидов, построены схемы их распада.
В послевоенные годы, когда бурно развивалась атомная промышленность, столь же сильное развитие получили и работы по ядерной спектроскопии. Параллельное развитие этих двух отраслей знания было не случайным. Атомная промышленность нуждалась в сведениях о радиоактивных нуклидах, с которыми ей приходится иметь дело: о периодах полураспада, спектрах γ-излучения, об оптимальных методах детектирования особо важных нуклидов. С другой стороны, чтобы изучать эти нуклиды, нужны были хорошие препараты, и только развитая атомная промышленность могла обеспечить их изготовление. В период становления атомной промышленности специалисты были в достаточной степени обеспечены необходимыми данными о ядерных излучениях, но, конечно, в дальнейшем и требования, и «ответы» постепенно усложнялись.
Можно считать, что в настоящее время имеется достаточно ясное представление о структуре низколежащих состояний сложных ядер, Низколежащие возбужденные состояния разделены на квазичастичные и фононные. В деформированных ядрах на основных, квазичастичных и фононных состояниях построены ротационные полосы. Установлено, что низшие уровни имеют коллективную природу, далее идут двух-, четырех- и т. д. квазичастичные состояния. Существенные результаты получены при изучении многочастичных изомеров (А. П. Ключарев, ФТИ АН УССР). Обнаружены трехквазичастичные состояния в деформированных ядрах (К. Я. Громов, ЛЯП ОИЯИ). Большая совокупность данных по ядерным спектрам получена в институтах союзных республик (Г. Д. Латышев, ИЯИ АН УССР; А. И. Феоктистов, Киевский ГУ; Р. Б. Бегжанов, ИЯФ АН УзССР; А. А. Абдураззанов, ТашГУ). Важные данные получены при изучении (η, β)-реакций на тепловых нейтронах (Л. В. Грошев, ИАЭ им. И. В. Курчатова; П. Т. Прокофьев, ИФАН ЛатвССР) и кулоновского возбуждения (И. X, Лемберг, ФТИ АН СССР им. А. Ф. Иоффе).
Например, для сильнодеформированных ядер с помощью β-, γ-спектроскопии, (rt, у)-и прямых реакций: а) изучены ротационные полосы, построенные на основных и низколежащих возбужденных состояниях, и получены значения моментов инерции, квадрупольных моментов и гиромагнитных отношений; б) найдены энергии квадрупольных и октупольных состояний и приведенные вероятности Е2- и Е3- переходов; в) определены спины I, их проекции К, четности π и асимптотические квантовые числа для большого числа уровней. Для фононных (вибрационных) состояний в ряде случаев определен их компонентный состав, так как волновые функции вибрационных состояний представляют собой суперпозицию двухквазичастичных состояний.
В результате анализа большого экспериментального материала получены сведения о состояниях с большими четырехквазичастичными и двухфононными компонентами. Однако мало еще данных о состояниях с шестиквазичастичными и трехфононными компонентами. Это свидетельствует о том, что экспериментально изучен только первый ряд состояний (двухквазичастичные и однофононные). Изучение второго ряда состояний (четырехквазичастичных и двухфононных) представляет большой научный интерес.
Вывод о необходимости изучения состояний с промежуточной энергией возбуждения относится ко всем сложным (средним и тяжелым) ядрам. С ростом энергии возбуждения растет плотность состояний и сильно усложняется их структура. Поэтому при изучении структуры состояний промежуточной энергии возбуждения следует проводить комплексные эксперименты, в которых сочетается α-, β-, γ- спектроскопия с различного типа ядерными реакциями. В этом случае нужно измерять парциальные переходы или каналы реакции, которые составляют малые доли полных вероятностей переходов или сечений. Изучение состояний с промежуточной энергией возбуждения, являющееся новым этапом в познании строения атомного ядра, требует дальнейшего совершенствования методики эксперимента.
Роль ядерных реакций при изучении строения атомного ядра увеличивается с каждым годом. Разделение процесса на механизм ядерной реакции и ядерную структуру, характерное для прошедших десятилетий, в настоящее время стало весьма условным. В теории ядерных реакций при низких энергиях большое значение сыграло создание ряда моделей прямых ядерных реакций, которые выявили основные черты механизма взаимодействия и позволили получить из экспериментальных данных информацию о структуре ядра. Это дифракционная модель упругого и неупругого рассеяния (С. И. Дроздов, ИАЭ им. И. В. Курчатова; Е. В. Инопин, ФТИ АН УССР), диаграммный подход к прямым реакциям (И. С. Шапиро, ИТЭФ), развитие метода искаженных волн и учет связи каналов в прямых процессах
(К. А. Гриднев, ЛГУ; С. И. Дроздов, ИАЭ им. И. В. Курчатова; А. Б. Курепин, ИЯИ АН СССР; В. К. Лукьянов, Лаборатория теоретической физики — ЛТФ ОИЯИ). Использование этих моделей при анализе экспериментальных данных дало ценные сведения о размерах ядер, оптическом потенциале и остаточных взаимодействиях, позволило определить параметры квадрупольных и гексадекапольных деформаций ядер, спектроскопические факторы для сложных ядер и вершинные константы распада для легких ядер. Интересны работы в ФТИ АН УССР по упругому рассеянию протонов на ядрах.
Развитие теории взаимодействия электронов с ядрами (Е. В. Инопин, ФТИ АН УССР, В. К. Лукьянов, ЛТФ ОИЯИ) и проведение экспериментов (ФТИ АН УССР) позволили получить распределение плотности заряда в ядрах в основном и возбужденных состояниях. Прогресс теории адрон-ядерных столкновений (А. Г. Ситенко, ФТИ АН УССР) и проведенный на ее основе анализ экспериментальных данных (А. А. Воробьев, ЛИЯФ) позволили определить распределение нуклонов в ядрах.
Разработка общих методов теории ядерных реакций (А. И. Базь, ИАЭ им. И. В. Курчатова; Б. Н. Захарьев, ЛТФ ОИЯИ) дала возможность критически осмыслить модели ядерных реакций, заложить основы будущего развития теории и на примере легчайших ядер проиллюстрировать возможности общих методов.
Изучение реакций многонуклонных передач — дальнейший этап в изучении строения ядра, так как в результате, может быть, получена информация о многоквазичастичных компонентах волновых функций высоковозбужденных состояний. Такие реакции протекают при взаимодействии тяжелых ионов с ядрами.
Взаимодействие тяжелых ионов с ядрами позволяет изучать возбужденные состояния с большими угловыми моментами. Большой интерес представляет изучение длинных ротационных полос для выявления особенностей перехода из сверхтекучего состояния в нормальное. Важно выяснить свойства ядерного вещества при больших угловых моментах и то, как происходит вращение ядра в высоковозбужденном состоянии. Необходимо изучать изомерные состояния с большими спинами и их поведение с ростом энергии возбуждения.
Особый интерес представляют взаимодействия между сложными ядрами. В результате столкновений тяжелых ядер могут образоваться такие большие ядра с малыми временами жизни, которых нет в природе. Возможность образования компаунд-состояний, их распад и выяснение таких свойств ядерного вещества, как сжимаемость, — это вопросы принципиальной важности. Реакции с тяжелыми ионами позволяют изучить процесс слияния ядер с различными Z и А, т. е. процесс обратный процессу деления. Реакции с тяжелыми ионами представляют собой важный инструмент изучения свойств ядер, удаленных от зоны β-стабильности.
При общем возрастании роли ядерных реакций при низких энергиях для изучения структуры ядра все более и более увеличивается значение ядерных реакций с тяжелыми ионами. Следует подчеркнуть, что в изучении взаимодействия тяжелых ионов с ядрами пионерские работы выполнены в ИАЭ им. И, В. Курчатова (Г. Н. Флёров, А. А. Оглоблин), а широкий фронт исследований развернут в ЛЯР ОИЯИ.
Для изучения строения атомного ядра необходимо расширение области изучаемых ядер. В природе имеется около 300 стабильных изотопов примерно 90 элементов из общего числа порядка 6000 нуклидов. В настоящее время обнаружено около 1600 нуклидов, из которых изучена только небольшая часть.
Расширение области изучаемых ядер проводится в основном за счет нуклидов, лежащих вне зоны β-стабильности. Ядра, удаленные от зоны β-стабильности, отличаются от ядер, лежащих внутри нее и вблизи от нее, соотношением между числом нейтронов и протонов, соотношением между кулоновскими и ядерными силами; более сильным различием в энергиях связи нейтрона и протона и т. п.
Изучение ядер вне зоны β-стабильности демонстрирует их новые свойства. Например, вне зоны β-стабильности открыты две новые области деформированных ядер: нейтронодефицитные нуклиды в районе 50<Z, N<82, и нейтроноизбыточные нуклиды в районе 28< <Z<50 и 50<N<82. Ядра в этих областях обладают свойствами, отличными от свойств классических деформированных ядер: они более «мягки» относительно β- и γ-деформаций, часть их может иметь форму сплюснутого эллипсоида, у них должна наблюдаться изомерия формы и т. п.; большинство ядер, лежащих вне зоны β-стабильности, принадлежит к так называемым ядрам переходной области (переходные ядра от сферической формы к деформированной). Поэтому то, что в зоне β-стабильности имеет место как исключение, вне ее становится правилом.
Во второй половине 60-х годов в Советском Союзе, как и в других странах, широко развернулись исследования ядер, удаленных от полосы P-стабильности. В этом направлении были проведены исследования по программе ЯСНАПП (К. Я. Громов, ЛЯП ОИЯИ) и начаты исследования по программе ИРИС (Д. Е. Берловим, ЛИЯФ). Большой вклад в эти исследования сделан с использованием ускорителей тяжелых ионов: получены трансурановые элементы (Г. Н. Флёров, ЛЯР ОИЯИ), нейтроноизбыточные изотопы легких элементов (В. В. Волков, ЛЯР ОИЯИ). Исследования нуклидов с большим дефицитом нейтронов, проводившиеся с помощью пучков тяжелых ионов, привели к открытию нового вида радиоактивного распада— эмиссии запаздывающих протонов (В. А. Карнаухов, ЛЯР ОИЯИ),
Другим важным направлением является продвижение в область сверхтяжелых элементов. В Беркли (США), ИАЭ им. И. В. Курчатова и ЛЯР ОИЯИ синтезировано большое число изотопов тяжелых элементов с Z>93. Изучение свойств этих ядер открыло новый круг явлений: спонтанное и индуцированное деление с его особенностями и зависимостью от ядерной структуры, спонтанно делящиеся изомеры, закономерности α-распадов и т. п. (Г. Н. Флёров, С. М. Поликанов, Ю. Ц Оганесян, ЛЯР ОИЯИ).
Исключительную важность имеет поиск новой области долгоживущих элементов в районе дважды магического ядра с Z=114 и М=184. Эти ядра должны лежать в зоне 0-стабильно- сти, что делает более вероятным их большое время жизни, определяемое спонтанным делением и α-распадом. Открытие области долгоживущих сверхтяжелых элементов позволит изучить новые стороны ядерного вещества. Поиски области долгоживущих сверхтяжелых элементов и изучение ядер, удаленных от зоны 0-стабильности, важны для астрофизики. Интенсивные поиски сверхтяжелых элементов ведутся в ЛЯР ОИЯИ, в Беркли (США) и в ряде других лабораторий мира.
Большой успех достигнут в описании равновесных деформаций ядер и в трактовке деления. Метод оболочечной поправки, развитый В. М. Струтинским (ИЯИ АН УССР), позволил вычислить параметры деформаций ядер в основных и возбужденных состояниях, предсказать новую область деформированных ядер в районе 28<Z<50, 50<N<82 (ЛТФ ОИЯИ), вычислить характеристики двугорбого барьера деления и объяснить особенности спонтанно делящихся изомеров.
С ростом энергии возбуждения атомных ядер сильно возрастает плотность состояний и происходит усложнение их структуры. Например, в 239U при энергии возбуждения, равной энергии связи нейтрона В=4,8 Мэв, среднее расстояние между уровнями с I=1/2+ равно 20 эв, т. е. плотность 1/2+ состояний возросла в 105 раз на энергетическом интервале менее 5 Мэв. Однако это не главное. Такое возрастание плотности можно объяснить комбинаторикой различных возбуждений в рамках модели независимых квазичастиц. Главное заключается в том, что волновая функция каждого высоковозбужденного состояния весьма сложна, она состоит из многих тысяч компонент. Волновая функция нейтронного резонанса имеет небольшую одноквазичастичную компоненту, и благодаря ей он возбуждается при захвате медленного нейтрона. Наличие малоквазичастичных компонент в волновых функциях высоковозбужденных состояний есть следствие процесса фрагментации.
Для понимания структуры высоковозбужденных состояний и для описания их на языке квазичастиц и фононов, с помощью которого описываются низколежащие состояния, основную роль играет процесс, получивший название фрагментации. Под фрагментацией понимается распределение силы одночастичного (двухчастичного, многочастичного) состояния по многим ядерным уровням. Необходимо подчеркнуть, что изучение структуры состояний с промежуточной энергией возбуждения и высоковозбужденных состояний находится в начальной стадии. Имеются данные о начальной стадии процесса фрагментации, полученные из экспериментального изучения низколежащих состояний. Крайне скудная экспериментальная информация о состояниях с промежуточной энергией возбуждения получена в ядерных реакциях и при изучении 0-распада и протонного распада ядер, удаленных от зоны β-стабильности. Из этой информации трудно извлечь сведения о том, как развивается процесс фрагментации с ростом энергии возбуждения. Необходимость в такой информации несомненна, и ее получение является задачей ближайшего будущего.
Относительно богатые экспериментальные данные об уровнях, лежащих несколько выше энергии связи нейтрона, дает нейтронная спектроскопия. Исследования по нейтронной спектроскопии проводятся в нашей стране широким фронтом. Для большого числа ядер измерены нейтронные и радиационные силовые функции (ФЭИ, ИАЭ им. И. В. Курчатова, Лаборатория нейтронной физики — ЛНФ ОИЯИ). Изучена плотность ядерных состояний, обнаружен ряд изотопических и оболочечных эффектов (М. В. Пасечник, ИЯИ АН УССР). Исследованы новые каналы распада нейтронных резонансов — реакции (η, α) и (η, γ, α) (Ю. П. Попов, ЛНФ ОИЯИ). Впервые измерены магнитные моменты нейтронных резонансов, которые оказались близки к одночастичным значениям (Ф. Л. Шапиро, ЛНФ ОИЯИ). Измерения угловых и энергетических распределений при взаимодействии быстрых нейтронов с ядрами указали на существенный вклад в них прямых процессов (О. А. Сальников, ФЭИ). На общем фоне статистических закономерностей получены данные о нестатистических эффектах. Впервые на корреляцию между нейтронными ширинами и спектроскопическими факторами реакций (d, р) указал Л. В. Грошев с сотр. (ИАЭ им. И. В. Курчатова).
В области теоретической нейтронной физики следует упомянуть следующие работы: большой вклад в разработку оптической модели для взаимодействия нейтронов с ядрами (П. Э. Немировский, ИАЭ им. И. В. Курчатова), широкое изучение плотностей уровней (А. В. Малышев, ФЭИ), расчеты плотностей уровней с учетом спаривания (ФЭИ) и комбинаторные расчеты плотностей уровней с учетом ротационного и вибрационного движений (ЛТФ ОИЯИ). Следует отметить также полумикроскопический подход для описания структуры высоковозбужденных состояний атомных ядер (В. Г. Соловьев, ЛТФ ОИЯИ).
На современном уровне нейтронная спектроскопия дает сведения примерно об одной миллионной части волновой функции каждого нейтронного резонанса. Дальнейший этап состоит в изучении многоквазичастичных компонент волновых функций нейтронных резонансов.
Это можно сделать путем расширения работ по измерению малых парциальных радиационных и α-ширин нейтронных резонансов. Здесь большие надежды возлагаются на импульсный реактор на быстрых нейтронах (ИБР-2) с инжектором в ЛНФ ОИЯИ (И. М. Франк, Д. И. Блохинцев) и на стационарные реакторы (ЛЯР) и линейные ускорители (ИАЭ им. И. В. Курчатова). Прямые сведения о многоквазичастичных компонентах волновых функций высоковозбужденных состояний можно ожидать от реакций многонуклонных передач.
Большой интерес представляет изучение структуры состояний, лежащих в квазинепре- рывном и непрерывном спектрах. В настоящее время из большого количества высоковозбужденных состояний выделено и проводится изучение изобар-аналоговых состояний и гигантского дипольного резонанса. Гигантский дипольный резонанс, описываемый с помощью высоколежащих фононов, характерен усилением роли малоквазичастичных компонент из-за когерентного взаимодействия. В результате интенсивного изучения во многих лабораториях мира показано, что гигантский дипольный резонанс универсален для всех ядер. Советские физики внесли большой вклад в экспериментальное (Л. Е. Лазарева, ФИАН; В. Г. Шевченко, НИИЯФ МГУ) и теоретическое (В. В. Балашов, НИИЯФ МГУ) изучение гигантского дипольного резонанса.
Ближайшими задачами в области изучения состояний непрерывного спектра являются изучение квадрупольного и других мультипольных гигантских резонансов и исследование состояний, лежащих выше гигантских резонансов. Представляет интерес выяснить, при каких энергиях возбуждения перестают проявляться оболочки. Принципиальное значение имеет изучение короткодействующих корреляций нуклонов в ядрах и кластерной структуры атомных ядер.
Роль физики промежуточных и высоких энергий в изучении структуры ядра растет с каждым годом. Большой вклад в изучение строения ядра внесли исследования с помощью быстрых электронов, Некоторую информацию о кластерах в ядрах, рассматриваемых как флуктуации ядерного вещества (Д. И. Блохинцев, ФЭИ), дают сечения прямого выбивания быстрых легких ядер при взаимодействии протонов с ядрами (М. Г. Мещеряков, ОИЯИ). Запуск мезонных фабрик с интенсивными и моноэнергетическими пучками протонов, π- и К- мезонов открывает новые возможности. Большие интенсивности позволят так поставить эксперимент, чтобы фиксировать определенное возбужденное состояние конечного ядра путем одновременного измерения характеристик образующихся частиц. Это даст возможность изучать детали ядерной структуры.
Эксперименты, выполненные на пучках адронов с энергией выше 10 Гэв, привели к обнаружению ряда интересных эффектов, потребовавших существенного изменения наших представлений о механизме взаимодействия высокоэнергетических частиц с атомными ядрами. Вопросы пространственно-временного описания адрон-ядерных столкновений оказались тесно связанными со структурой элементарных частиц; в отдельных случаях информация о взаимодействии адронов, извлекаемая из экспериментов с ядерными мишенями, уникальна и не может быть получена из опытов по столкновению элементарных частиц. Использование синхрофазотрона (А. М. Балдин, Лаборатория высоких энергий — ЛВЭ ОИЯИ) для получения пучков высокоэнергетических ядер ознаменовало рождение новой области — релятивистской ядерной физики. Успешные исследования в этом направлении ведутся учеными ОИЯИ, ФИАН, ИФВЭ, ИТЭФ, ИЯФ АН УзССР и ИЯФ АН КазССР.
Весьма большие надежды связаны с изучением гипер-ядер. Дальнодействующая часть ядерного взаимодействия между нуклонами в средних и тяжелых ядрах существенно подавлена. Гиперон может чувствовать себя внутри ядра значительно свободнее, чем нуклон, так как его действия не ограничены принципом
Паули. Поэтому гиперон может служить инструментом, позволяющим «прощупать» строение внутренней части ядра. Это обстоятельство позволяет предположить, что гипер-ядерная физика в значительной степени придет на смену ядерной физике.
Рис. 6.1. Импульсный исследовательский реактор на быстрых нейтронах. ОИЯИ, Дубна
При изучении данных свойств ядер или ядерных процессов учитываются силы, которые при этом играют определяющую роль, и не учитываются совсем или учитываются грубо другие силы: проводится ограничение конфигурационного пространства и находятся приближенные методы решения. Теоретическая ядерная физика начала развиваться более тридцати лет назад после открытия нейтрона и установления нейтроннопротонного состава ядра. Построение теории ядра наталкивается на две основные трудности. Во-первых, силы взаимодействия между нуклонами весьма сложны и недостаточно хорошо изучены. Во-вторых, даже для простого вида сил возникают значительные трудности при изучении свойств системы, состоящей из большого, но конечного числа сильновзаимодействующих частиц, при отсутствии параметра малости. В связи с этими трудностями развитие теории ядра проходило по линии поисков простых моделей. Если в начальный период развития ядерной физики ядру сопоставляли модели типа заряженной жидкой капли или вырожденного ферми-газа, то в дальнейшем термин «модель» стали понимать в более широком смысле слова. Любую совокупность упрощающих предположений, как физических, так и математических, с помощью которых можно с некоторой точностью рассчитать характеристики ядерной системы, стали называть моделью. Когда физики говорят о модели, то имеют в виду приближенный подход, используемый для рассмотрения ограниченного круга свойств ряда ядер.
В современной теории ядра используется большое число различных приближенных методов, которые условно можно разделить на три группы: феноменологические, полумикроскопические и микроскопические.
При феноменологическом описании структуры сложных ядер вводят коллективные координаты, характеризующие отступления формы ядра от сферической, и возбуждения ядра связывают с вращением ядра как целого и с колебаниями ядерной поверхности. При таком описании каждое ядро характеризуется несколькими параметрами. Энергии возбужденных состояний, их мультипольные моменты и вероятности электромагнитных переходов выражают через эти параметры. Значения параметров для каждого ядра определяют из соответствующих экспериментальных данных. Большим достижением явилось построение теории, описывающей вращения и колебания ядер с учетом неаксиальности (А. С. Давыдов, МГУ) и изучение коллективных моделей с малым числом степеней свободы (Д. П. Гречухин, ИАЭ им. И. В. Курчатова; Н. С. Работное, ФЭИ).
Полумикроскопическое описание основано на разделении взаимодействия между нуклонами в ядре на две части: среднее, или самосогласованное поле ядра, и остаточные, или эффективные взаимодействия. Среднее поле — это ядерный потенциал, который создается всеми нуклонами ядра и в котором каждый нуклон движется независимо. Большая совокупность экспериментальных данных по структуре ядра и ядерным реакциям используется для определения параметров потенциала среднего поля. Остаточные взаимодействия — это та часть сил, которая не включена в среднее поле. Остаточные взаимодействия играют в ядре весьма важную роль. Они монотонно меняются от ядра к ядру, они не малы, и их нельзя учесть с помощью теории возмущений.
Современный период полумикроскопической теории ядра характеризуется широким применением математических методов, развитых при построении теории сверхтекучести (Н. Н. Боголюбов, ФИАН СССР), сверхпроводимости (Дж. Бардин, Л. Купер и Дж. Шриффер, США; Н. Н. Боголюбов, ЛТФ ОИЯИ) и ферми- жидкости (Л. Д. Ландау, ИФП АН СССР). Н. Н. Боголюбов первым выдвинул идею о важной роли парных корреляций сверхпроводящего типа в атомных ядрах. Была построена теория этих корреляций (С. Т. Беляев, ИАЭ им. И. В. Курчатова; В. Г. Соловьев, ЛТФ ОИЯИ). Она не только объяснила многие свойства ядер, которые не были понятны ранее, но и положила начало широкому теоретическому изучению ядерной структуры. Большое распространение получили вариационный принцип Хартри — Фока — Боголюбова и метод функций Грина. На основе метода функций Грина построена теория конечных ферми-систем (А. Б. Мигдал, ИАЭ им. И. В. Курчатова). Дано описание вибрационных состояний в деформированных (В. Г. Соловьев, ЛТФ ОИЯИ) и сферических (С. Т. Беляев, ИЯФ СО АН СССР) ядрах. Изучены связи ротационного и внутреннего движений (И. Н. Михайлов, ЛТФ ОИЯИ; С. Т. Беляев, НГУ; Г. Ф. Филиппов, ИТФ АН УССР). В рамках полумикроскопической теории удалось получить достаточно хорошее описание низколежащих состояний сложных ядер и наметить пути продвижения к промежуточным и высоким энергиям возбуждения (В. Г. Соловьев, ЛТФ ОИЯИ). Важные работы выполнены в теории легких ядер (В. Н. Мамасахалисов, Тбилисский ГУ; В. Г. Неудачин, НИИЯФ МГУ).
Микроскопическое описание основано на использовании экспериментальных данных по нуклон-нуклонному рассеянию для вычисления таких основных свойств, как плотность ядерного вещества и энергия связи нуклона в ядре. Быстрый прогресс в развитии вычислительной техники стимулировал расширение фронта микроскопических расчетов по линии продвижения к более сложным ядрам и к возбужденным состояниям. Существенный прогресс связан с развитием метода гиперсферических функций и использованием его для вычисления характеристик легких ядер (Ю. А. Симонов, ИТЭФ: А. И. Базь, ИАЭ им. И. В. Курчатова). Развиты алгебраические методы в теории ядра (В. Ванагас, ИФ АН ЛитССР). Большой интерес представляют изучение пионного конденсата в ядре и возможности существования сверхплотного ядерного вещества (А. Б. Мигдал, ИАЭ им. И. В. Курчатова).
Следует отметить также успехи в развитии теории малонуклонных систем (Л. Д. Фаддеев, ЛГУ; А. Г. Ситенко, ИТФ АН УССР; В. Б. Беляев, ЛТФ, ОИЯИ).
