Энергия связи ядра

Масса ядра m_я всегда меньше суммы масс входящих в него частиц. Это обусловлено тем, что при объединении нуклонов в ядро выделяется энергия связи нуклонов друг с другом. Она равна той работе, которую нужно совершить, чтобы разделить образующие ядро нуклоны и удалить их друг от друга на такие расстояния, при которых они практически не взаимодействуют друг с другом.

Следовательно, согласно взаимосвязи массы и энергии (E=mc²)

E_cв = c² {[Zm_p + (A – Z)m_n] – m_я}

Это соотношение можно изменить, заменив m_p – массой m_н (атома водорода), массу ядра – m_а. Тогда

E_cв = c² {[Zm_н + (A – Z)m_n] – m_а}

Добавили и вычли Zm_е (т.к. Zm_е входит и в Zm_н и в m_а). Пренебрегаем лишь энергией связи электронов с ядром, но она мала.

Энергия связи нуклонов в ядре ₂Не⁴ = 28,4 МэВ. В расчете на один нуклон 7,1 МэВ (для сравнения энергия связи электронов имеет величину, меньшую в 10⁶ раз).

Для ядер с массовыми числами 50-60

нуклоны связаны сильнее всего

(~ 8,7 МэВ). С ростом А уменьшается,

для урана – 7,5 МэВ/нуклон. Поэтому

возможны энергетически два процесса:

1) деление тяжелых ядер на несколько более легких ядер;

2) слияние (синтез) легких ядер в

одно ядро.

Оба процесса сопровождаются выделением большого количества энергии. Например, деление одного ядра с А=240 (уд. энергия связи 7,5 МэВ) на два ядра с массовыми числами А=120 (уд. энергия связи равна 8,5 МэВ) привело к высвобождению энергии в 240 МэВ.

Чтобы разделиться, тяжелое ядро должно пройти через ряд промежуточных состояний, энергия которых превышает энергию основного состояния ядра. Следовательно, ядру требуется дополнительная энергия, которая затем возвращается обратно, приплюсовывается к энергии, выделяющейся при делении за счет изменения энергии связи. В обычных условиях ядру неоткуда взять энергию активации. Она может быть сообщена тяжелому ядру захваченным им дополнительным нейтроном. Процесс деления ядер урана или плутония под действием захваченных ядрами нейтронов лежит в основе действия реакторов и атомной бомбы.

Для слияния легкие ядра должны подойти друг к другу на близкое расстояние (~ 10^{-13 см), чему препятствует кулоновское отталкивание между ними. Поэтому ядра должны обладать огромными скоростями (процесс синтеза легких ядер называется термоядерной реакцией). Термоядерные реакции протекают в недрах Солнца и звезд.}

Дата добавления: 2014-01-03