Енергія зв’язку та стійкість ядер. Дефект маси

Масу ядер з найвищою точністю визначили за допомогою мас-спектрометрів – вимірювальних установок, що розділяють за допомогою електричних і магнітних полів пучки заряджених частинок (іонів) з різними питомими зарядами q/m. Знання точних значень мас протона і нейтрона дозволяють порівняти маси атомного ядра М _я із сумою всіх нуклонів, з яких складається ядро. При цьому виявляється, що завжди маса ядра менша, ніж сума мас протонів і нейтронів, що складають його. Але всякій зміні маси повинна відповідати зміна енергії. Величина:

(17.3)

називається енергією зв’язку ядра. Вона визначається тією роботою, яку потрібно виконати, щоб розщепити ядро на складові нуклони без додання їм кінетичної енергії. Енергію зв’язку можна виразити через маси нейтральних атомів (М _ат), тому що вони відрізняються від маси відповідних ядер на Z електронних мас (з точністю до енергії зв’язку електронів):

, (17.4)

де m _н – маса водневого атома.

Цей варіант формули більш зручний, тому що в таблицях звичайно приводяться маси нейтральних атомів.

Величина (17.5)

чи (17.6)

називається дефектом маси ядра. Він характеризує величину зменшення маси всіх нуклонів при утворенні з них атомного ядра.

При обчисленні D m маси всіх частинок і атомів будемо виражати в атомних одиницях маси: 1а.о.м.=1,66×10^-27кг. Одній атомній одиниці маси відповідає (відповідно до співвідношення Эйнштейна Е = D mс ²) атомна одиниця енергії (а.о.е.): 1а.о.е.= 931,5016 МеВ.

Питомою енергією зв’язку ядра dЕ _зв називається енергія зв’язку, що припадає на один нуклон:

(17.7)

Величина dЕ _зв складає в середньому 8 МеВ/нуклон. На рис. 17.1 приведена залежність dЕ _зв = f(А), що характеризує різну міцність зв’язку нуклонів у ядрах різних хімічних елементів. Найміцніші ядра в середній частині періодичної системи (28< А <138). У цих ядрах dЕ _зв близька до максимального значення – 8,7 МеВ/ нуклон. Найстійкіші є так звані магічні ядра, у яких число протонів чи число нейтронів дорівнює одному з магічних чисел: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Особливо стабільними є двічі магічні ядра (їх всього п’ять), у яких магічними є і число протонів і число нейтронів: ,, , , . Як видно з рис.17.1, важкі та легкі ядра менш стійкі, тобто енергетично вигідно: 1) розподіл важких ядер на більш легкі; 2) злиття легких ядер один з одним у більш важкі. При цьому виділяється велика кількість енергії. В наш час обидва ці процеси використовуються для одержання енергії (процес синтезу поки тільки у формі вибуху водневої бомби).

Дата добавления: 2014-01-07