Les nucléons d'un noyau atomique sont liés par des forces nucléaires ; par conséquent, afin de diviser le noyau en ses protons et neutrons individuels, il est nécessaire de dépenser beaucoup d'énergie. Cette énergie est appelée énergie de liaison du noyau.

La même quantité d'énergie est libérée lorsque les protons libres et les neutrons se combinent pour former un noyau. Par conséquent, selon la théorie de la relativité restreinte d'Einstein, la masse noyau atomique doit être inférieur à la somme des masses de protons et de neutrons libres à partir desquels il s'est formé. Cette différence de masse Δm, correspondant à l'énergie communications de baseEsv, est déterminé par la relation d'Einstein :

Eb = с 2 Δm. (37.1)

L'énergie de liaison des noyaux atomiques est si élevée que cette différence de masse est tout à fait accessible à la mesure directe. A l'aide de spectrographes de masse, une telle différence de masse a en effet été trouvée pour tous les noyaux atomiques.

La différence entre la somme des masses au repos des protons libres et des neutrons, dont le noyau est formé, et la masse du noyau est appelée le défaut de masse du noyau. L'énergie de liaison est généralement exprimée en mégaélectronvolts (MeV) (1 MeV = 10 6 eV). Puisque l'unité de masse atomique (a.m.u.) est de 1,66 * 10 -27 kg, vous pouvez déterminer l'énergie qui lui correspond :

E \u003d mc 2, E amu \u003d 1,66 * 10 -27 * 9 * 10 16 J,

E amu = (1,66 * 10 -27 * 9 * 10 16 J) / (1,6 * 10 -13 J / MeV) = 931,4 MeV.

L'énergie de liaison peut être mesurée directement à partir du bilan énergétique de la réaction de fission nucléaire. Ainsi, l'énergie de liaison du deutéron a été déterminée pour la première fois lors de sa séparation par les γ-quanta. Cependant, à partir de la formule (37.1), l'énergie de liaison peut être déterminer beaucoup plus précisément, puisqu'à l'aide d'un spectrographe de masse les masses d'isotopes peuvent être mesurées avec une précision de 10 -4 %.

Calculons, par exemple, l'énergie de liaison du noyau d'hélium 4 2 He (particules α). Sa masse en unités atomiques est M (4 2 He) = 4,001523 ; masse de protons m = 1,007276, masse de neutrons mn = 1,008665. D'où le défaut de masse du noyau d'hélium

Δm \u003d 2 / mp + 2mn - M (4 2 He),

Δm \u003d 2 * 1,007276 + 2 * 1,008665-4,001523 \u003d 0,030359.

Multiplier parE a.u.m = 931,4 MeV, on obtient

Eb = 0,030359 * 931,4 MeV ≈ 28,3 MeV.

À l'aide d'un spectrographe de masse, les masses de tous les isotopes ont été mesurées et le défaut de masse et l'énergie de liaison des noyaux ont été déterminés. Les énergies de liaison des noyaux de certains isotopes sont données dans le tableau. 37.1. À l'aide de tels tableaux, des calculs énergétiques de réactions nucléaires sont effectués.

Si la masse totale des noyaux et des particules formées dans n'importe réaction nucléaire, inférieure à la masse totale des noyaux et particules initiaux, alors dans une telle réaction l'énergie correspondant à cette diminution de masse est libérée. Lorsque le nombre total de protons et le nombre total de neutrons sont conservés, la diminution de la masse totale signifie que le défaut de masse totale augmente à la suite de la réaction et que les nucléons des nouveaux noyaux sont encore plus fortement liés les uns aux autres que dans les noyaux d'origine. L'énergie libérée est égale à la différence entre l'énergie de liaison totale des noyaux formés et l'énergie de liaison totale des noyaux d'origine, et elle peut être trouvée à l'aide du tableau sans calculer la variation de la masse totale. Cette énergie peut être libérée dans environnement sous forme d'énergie cinétique de noyaux et de particules ou sous forme de γ-quanta. Un exemple de réaction accompagnée d'un dégagement d'énergie est toute réaction spontanée.

Réalisons un calcul énergétique de la réaction nucléaire de transformation du radium en radon :

226 88 Ra → 222 86 Rn + 4 2 He.

L'énergie de liaison du noyau d'origine est de 1731,6 MeV (tableau 37.1) et l'énergie de liaison totale des noyaux formés est de 1708,2 + 28,3 = 1736,5 MeV et est supérieure de 4,9 MeV à l'énergie de liaison du noyau d'origine.

Par conséquent, cette réaction libère une énergie de 4,9 MeV, qui est principalement l'énergie cinétique de la particule α.

Si à la suite de la réaction se forment des noyaux et des particules dont la masse totale est supérieure à celle des noyaux et particules initiaux, une telle réaction ne peut se poursuivre qu'avec l'absorption d'énergie correspondant à cette augmentation de masse, et ne se produisent jamais spontanément. La quantité d'énergie absorbée est égale à la différence entre l'énergie de liaison totale des noyaux initiaux et l'énergie de liaison totale des noyaux formés dans la réaction. De cette manière, il est possible de calculer quelle énergie cinétique une particule ou un autre noyau doit avoir lors d'une collision avec un noyau cible pour effectuer ce type de réaction, ou de calculer la valeur requise d'un quantum γ pour la séparation d'un noyau.

Ainsi, la valeur minimale du γ-quantum nécessaire à la division du deutéron est égale à l'énergie de liaison du deutéron 2,2 MeV, puisque dans cette réaction :

2 1 H + γ → 1 1 H + 0 n 1

un proton libre et un neutron se forment (Eb = 0).

Un bon accord de ce type de calculs théoriques avec les résultats des expériences montre l'exactitude de l'explication ci-dessus du défaut de masse des noyaux atomiques et confirme le principe établi par la théorie de la relativité, la proportionnalité de la masse et de l'énergie.

Il faut noter que les réactions la transformation des particules élémentaires se produit (par exemple, la désintégration β), s'accompagnent également de la libération ou absorption d'énergie correspondant à une modification de la masse totale des particules.

Une caractéristique importante du noyau est l'énergie de liaison moyenne du noyau par nucléon, Eb/A (tableau 37.1). Plus il est grand, plus les nucléons sont interconnectés, plus le noyau est fort. Du tableau. 37.1 montre que pour la plupart des noyaux la valeur de Eb/A est d'environ 8 MeV par nucléon et diminue pour les noyaux très légers et lourds. Parmi les noyaux légers, le noyau d'hélium se distingue.

La dépendance de la valeur de Eb/A sur le nombre de masse du noyau A est illustrée à la fig. 37.12. Dans les noyaux légers, une grande partie des nucléons est située à la surface du noyau, où ils n'utilisent pas pleinement leurs liaisons, et la valeur de Eb/A est faible. Lorsque la masse du noyau augmente, le rapport surface/volume diminue et la fraction de nucléons situés à la surface diminue.. Par conséquent, Eb/A croît. Cependant, à mesure que le nombre de nucléons dans le noyau augmente, les forces de répulsion de Coulomb entre les protons augmentent, affaiblissant les liaisons dans le noyau, et la valeur de Eb/A pour les noyaux lourds diminue. Ainsi, la valeur de Eb/A est maximale pour les noyaux de masse moyenne (à A = 50-60), par conséquent, ils se distinguent par la plus grande résistance.

cela implique conclusion importante. Dans les réactions de fission de noyaux lourds en deux noyaux moyens, ainsi que dans la synthèse d'un noyau moyen ou léger à partir de deux noyaux plus légers, on obtient des noyaux plus forts que les premiers (avec une plus grande valeur de Eb/A) . Cela signifie que de l'énergie est libérée lors de telles réactions. C'est la base pour obtenir l'énergie atomique dans la fission des noyaux lourds et l'énergie thermonucléaire - dans la fusion des noyaux.

Les nucléons d'un noyau atomique sont liés par des forces nucléaires ; par conséquent, afin de diviser le noyau en ses protons et neutrons individuels, il est nécessaire de dépenser beaucoup d'énergie. Cette énergie est appelée énergie de liaison du noyau.

La même quantité d'énergie est libérée lorsque les protons libres et les neutrons se combinent pour former un noyau. Par conséquent, selon la théorie de la relativité restreinte d'Einstein, la masse d'un noyau atomique doit être inférieure à la somme des masses de protons et de neutrons libres à partir desquels il a été formé. Cette différence de masse correspondant à l'énergie de liaison du noyau est déterminée par la relation d'Einstein (§ 36.7) :

L'énergie de liaison des noyaux atomiques est si élevée que cette différence de masse est tout à fait accessible à la mesure directe. A l'aide de spectrographes de masse, une telle différence de masse a en effet été trouvée pour tous les noyaux atomiques.

La différence entre la somme des masses au repos des protons libres et des neutrons, dont le noyau est formé, et la masse du noyau est appelée le défaut de masse du noyau.

L'énergie de liaison est généralement exprimée en méga-électronvolts (MeV). Puisque l'unité de masse atomique (a.m.u.) est égale au kg, on peut déterminer l'énergie qui lui correspond :

L'énergie de liaison peut être mesurée directement à partir du bilan énergétique de la réaction de fission nucléaire. Ainsi, l'énergie de liaison du deutéron a été déterminée pour la première fois lors de sa séparation par y-quanta. Cependant, à partir de la formule (37.1), l'énergie de liaison peut être déterminée avec beaucoup plus de précision, car à l'aide d'un spectrographe de masse, il est possible de mesurer les masses des isotopes avec une précision de .

Calculons par exemple l'énergie de liaison du noyau d'hélium : sa masse en unités atomiques est égale à la masse du proton et à la masse du neutron. D'où le défaut de masse du noyau d'hélium

En multipliant par MeV, on obtient

À l'aide d'un spectrographe de masse, les masses de tous les isotopes ont été mesurées et le défaut de masse et l'énergie de liaison des noyaux ont été déterminés. Les énergies de liaison des noyaux de certains isotopes sont données dans le tableau. 37.1. À l'aide de tels tableaux, des calculs énergétiques de réactions nucléaires sont effectués.

Tableau 37.1. (voir scan) Énergie de liaison des noyaux atomiques

Si la masse totale des noyaux et particules formés dans une réaction nucléaire est inférieure à la masse totale des noyaux et particules initiaux, alors l'énergie correspondant à cette diminution de masse est libérée dans une telle réaction. Lorsque le nombre total de protons et le nombre total de neutrons sont conservés, la diminution de la masse totale signifie que le défaut de masse totale augmente à la suite de la réaction et que les nucléons des nouveaux noyaux sont encore plus fortement liés les uns aux autres que dans les noyaux d'origine. L'énergie libérée est égale à la différence entre l'énergie de liaison totale des noyaux formés et l'énergie de liaison totale des noyaux d'origine, et elle peut être trouvée à l'aide du tableau sans calculer la variation de la masse totale. Cette énergie peut être libérée dans l'environnement sous forme d'énergie cinétique de noyaux et de particules ou sous forme de quanta y. Un exemple de réaction accompagnée d'un dégagement d'énergie est toute réaction spontanée.

Réalisons un calcul énergétique de la réaction nucléaire de transformation du radium en radon :

L'énergie de liaison du noyau d'origine est de 1731,6 MeV (tableau 37.1) et l'énergie de liaison totale des noyaux formés est égale à MeV et supérieure de 4,9 MeV à l'énergie de liaison du noyau d'origine.

Par conséquent, dans cette réaction, une énergie de 4,9 MeV est libérée, qui constitue principalement l'énergie cinétique de la particule a.

Si à la suite de la réaction se forment des noyaux et des particules dont la masse totale est supérieure à celle des noyaux et particules initiaux, une telle réaction ne peut se poursuivre qu'avec l'absorption d'énergie correspondant à cette augmentation de masse, et ne se produisent jamais spontanément. La quantité d'énergie absorbée est égale à la différence entre l'énergie de liaison totale des noyaux initiaux et l'énergie de liaison totale des noyaux formés dans la réaction. De cette manière, on peut calculer l'énergie cinétique qu'une particule ou un autre noyau doit avoir lors d'une collision avec un noyau cible pour effectuer ce type de réaction, ou calculer la valeur requise du quantum pour la division de tout noyau.

Ainsi, la valeur minimale du -quantum nécessaire à la division du deutéron est égale à l'énergie de liaison du deutéron 2,2 MeV, puisque

dans cette réaction :

des protons et des neutrons libres se forment

Un bon accord de ce type de calculs théoriques avec les résultats des expériences montre l'exactitude de l'explication ci-dessus du défaut de masse des noyaux atomiques et confirme le principe de proportionnalité de la masse et de l'énergie établi par la théorie de la relativité.

Il convient de noter que les réactions au cours desquelles se produit la transformation des particules élémentaires (par exemple, la désintégration) s'accompagnent également de la libération ou de l'absorption d'énergie correspondant à une modification de la masse totale des particules.

Une caractéristique importante du noyau est l'énergie de liaison moyenne du noyau par nucléon (tableau 37.1). Plus il est grand, plus les nucléons sont interconnectés, plus le noyau est fort. Du tableau. 37.1 montre que pour la plupart des noyaux, la valeur est d'environ 8 MeV par. nucléon et diminue pour les noyaux très légers et lourds. Parmi les noyaux légers, le noyau d'hélium se distingue.

La dépendance de la valeur sur le nombre de masse du noyau A est illustrée à la fig. 37.12. Dans les noyaux légers, une grande partie des nucléons est située à la surface du noyau, où ils n'utilisent pas pleinement leurs liaisons, et la valeur est faible. Lorsque la masse du noyau augmente, le rapport surface/volume diminue et la fraction de nucléons situés à la surface diminue. Par conséquent, il est en croissance. Cependant, à mesure que le nombre de nucléons dans le noyau augmente, les forces répulsives de Coulomb entre les protons augmentent, affaiblissant les liaisons dans le noyau, et la taille des noyaux lourds diminue. Ainsi, la valeur est maximale pour les noyaux de masse moyenne (ils se distinguent donc par la plus grande force.

Une conclusion importante en découle. Dans les réactions de fission de noyaux lourds en deux noyaux moyens, ainsi que dans la synthèse d'un noyau moyen ou léger à partir de deux noyaux plus légers, on obtient des noyaux plus forts que ceux d'origine (avec une valeur plus grande. Cela signifie que l'énergie est libéré au cours de telles réactions.Ceci est basé sur la production d'énergie atomique lors de la fission des noyaux lourds (§ 39.2) et d'énergie thermonucléaire - lors de la fusion des noyaux (§ 39.6).

Les nucléons à l'intérieur du noyau sont maintenus ensemble par des forces nucléaires. Ils sont portés par une certaine énergie. Il est assez difficile de mesurer cette énergie directement, mais cela peut être fait indirectement. Il est logique de supposer que l'énergie nécessaire pour rompre la liaison des nucléons dans le noyau sera égale ou supérieure à l'énergie qui maintient les nucléons ensemble.

L'énergie contraignante et l'énergie nucléaire

Cette énergie appliquée est déjà plus facile à mesurer. Il est clair que cette valeur reflétera très précisément la valeur de l'énergie qui maintient les nucléons à l'intérieur du noyau. Par conséquent, l'énergie minimale requise pour diviser le noyau en nucléons individuels est appelée énergie de liaison nucléaire.

Relation entre la masse et l'énergie

Nous savons que toute énergie est directement proportionnelle à la masse du corps. Il est donc naturel que l'énergie de liaison du noyau dépende également de la masse des particules qui composent ce noyau. Cette relation a été établie par Albert Einstein en 1905. C'est ce qu'on appelle la loi de la relation entre la masse et l'énergie. Conformément à cette loi, l'énergie interne d'un système de particules ou énergie au repos est directement proportionnelle à la masse des particules qui composent ce système :

où E est l'énergie, m est la masse,
c est la vitesse de la lumière dans le vide.

Effet de défaut de masse

Supposons maintenant que nous ayons divisé le noyau d'un atome en ses nucléons constitutifs, ou que nous ayons prélevé un certain nombre de nucléons sur le noyau. Nous avons dépensé de l'énergie pour vaincre les forces nucléaires, pendant que nous travaillions. Dans le cas du processus inverse - la fusion du noyau, ou l'ajout de nucléons à un noyau déjà existant, l'énergie, selon la loi de conservation, au contraire, sera libérée. Lorsque l'énergie au repos d'un système de particules change en raison de processus quelconques, leur masse change en conséquence. Formules dans ce cas sera comme suit :

∆m=(∆E_0)/c^2 ou alors ∆E_0=∆mc^2,

où ∆E_0 est la variation de l'énergie au repos du système de particules,
∆m est la variation de la masse des particules.

Par exemple, dans le cas de la fusion de nucléons et de la formation d'un noyau, on libère de l'énergie et on réduit la masse totale des nucléons. La masse et l'énergie sont emportées par les photons émis. C'est l'effet de défaut de masse.. La masse d'un noyau est toujours inférieure à la somme des masses des nucléons qui composent ce noyau. Numériquement, le défaut de masse s'exprime comme suit :

∆m=(Zm_p+Nm_n)-M_i,

où M_m est la masse du noyau,
Z est le nombre de protons dans le noyau,
N est le nombre de neutrons dans le noyau,
m_p est la masse du proton libre,
m_n est la masse d'un neutron libre.

La valeur ∆m dans les deux formules ci-dessus est la valeur par laquelle la masse totale des particules du noyau change lorsque son énergie change en raison d'une rupture ou d'une fusion. Dans le cas de la synthèse, cette quantité sera le défaut de masse.

Le nom du paramètre	Sens
Sujet de l'article :	Défaut de masse et énergie de liaison nucléaire
Rubrique (catégorie thématique)	Radio

Des études montrent que les noyaux atomiques sont des formations stables. Cela signifie qu'il existe une certaine connexion entre les nucléons dans le noyau.

La masse des noyaux peut être déterminée très précisément en utilisant spectromètres de masse - instruments de mesure qui séparent des faisceaux de particules chargées (généralement des ions) avec différentes charges spécifiques à l'aide de champs électriques et magnétiques Q/t. Des mesures par spectrométrie de masse ont montré que la masse du noyau est inférieure à la somme des masses de ses nucléons constitutifs. Mais puisque tout changement de masse (voir § 40) doit correspondre à un changement d'énergie, alors, par conséquent, une certaine énergie doit être libérée lors de la formation du noyau. L'inverse découle également de la loi de conservation de l'énergie : pour diviser le noyau en ses éléments constitutifs, il est extrêmement important de dépenser la même quantité d'énergie, du ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ est libéré lors de sa formation. Une énergie extrêmement importante à dépenser. pour diviser le noyau en nucléons individuels, il est d'usage d'appeler énergie de liaison nucléaire(voir § 40).

Selon l'expression (40.9), l'énergie de liaison des nucléons et des noyaux

Est = [Zmp +(UN–Z)m n–moi je] c 2 , (252.1)

où MP, m n, moi je sont respectivement les masses du proton, du neutron et du noyau. Les tables ne donnent généralement pas de masses. moi je noyaux et masses t atomes. Pour cette raison, la formule de l'énergie de liaison du noyau est

Est = [Zm H +(UN–Z)m n–m] c 2 , (252.2)

où m N est la masse d'un atome d'hydrogène. Comme m N Suite mp , par le montant moi, alors le premier terme entre crochets inclut la masse Zélectrons. Mais puisque la masse d'un atome t différent de la masse du noyau moi je juste sur la masse des électrons, alors les calculs utilisant les formules (252 1) et (252.2) conduisent aux mêmes résultats. Valeur

Δ t = [Zmp +(UN–Z)m n] –moi je (252.3)

appelé défaut de masse graines. La masse de tous les nucléons diminue de cette quantité lorsqu'un noyau atomique est formé à partir d'eux. Souvent, au lieu de l'énergie de liaison, on considère énergie de liaison spécifiqueδE St est l'énergie de liaison par nucléon. Il caractérise la stabilité (force) des noyaux atomiques, ᴛ.ᴇ. Le plus δE St, plus le noyau est stable. L'énergie de liaison spécifique dépend du nombre de masse MAISélément (fig. 45). Pour les noyaux légers ( MAIS≥ 12) l'énergie de liaison spécifique augmente fortement jusqu'à 6 ÷ 7 MeV, subissant un certain nombre de sauts (par exemple, pour H δE St= 1,1 MeV, pour He - 7,1 MeV, pour Li - 5,3 MeV), puis augmente plus lentement jusqu'à valeur maximum 8,7 MeV pour les éléments avec MAIS= 50 ÷ 60, puis diminue progressivement pour les éléments lourds (par exemple, pour U, il est de 7,6 MeV). Notez à titre de comparaison que l'énergie de liaison des électrons de valence dans les atomes est d'environ 10 eV (10 -6 fois moins).

Diminuer énergie spécifique connexion lors de la transition vers des éléments lourds s'explique par le fait qu'avec une augmentation du nombre de protons dans le noyau, leur énergie augmente également. Répulsion coulombienne. Pour cette raison, la liaison entre les nucléons devient moins forte et les noyaux eux-mêmes deviennent moins forts.

Les plus stables sont les soi-disant noyaux magiques, dans laquelle le nombre de protons ou le nombre de neutrons est égal à l'un des nombres magiques: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Particulièrement stable noyaux doublement magiques, dans laquelle le nombre de protons et le nombre de neutrons sont magiques (il n'y a que cinq de ces noyaux : He, O, Ca, Pb).

De la fig. 45 il s'ensuit que les noyaux de la partie médiane du tableau périodique sont les plus stables d'un point de vue énergétique. Les noyaux lourds et légers sont moins stables. Cela signifie que les processus suivants sont énergétiquement favorables :

1) fission de noyaux lourds en noyaux plus légers ;

2) la fusion des noyaux légers les uns avec les autres en noyaux plus lourds.

Les deux processus libèrent d'énormes quantités d'énergie; ces procédés sont actuellement réalisés pratiquement (réaction de fission et réactions thermonucléaires).

Le défaut de masse et l'énergie de liaison du noyau - le concept et les types. Classification et caractéristiques de la catégorie "Défaut de masse et énergie de liaison du noyau" 2017, 2018.

Noyau atomique. défaut de masse. L'énergie de liaison du noyau atomique

Le noyau atomique est la partie centrale de l'atome, dans laquelle toute la charge positive et presque toute la masse est concentrée.

Les noyaux de tous les atomes sont constitués de particules appelées nucléons. Les nucléons peuvent être dans deux états - dans un état électriquement chargé et dans un état neutre. Un nucléon dans un état chargé s'appelle un proton. Le proton (p) est le noyau du plus léger élément chimique- hydrogène. La charge du proton est égale à la charge positive élémentaire, qui est égale en amplitude à la charge négative élémentaire q e = 1,6 ∙ 10 -19 C., c'est-à-dire charge d'un électron. Un nucléon à l'état neutre (non chargé) est appelé un neutron (n). Les masses des nucléons dans les deux états diffèrent peu l'une de l'autre, c'est-à-dire m n ≈ m p .

Les nucléons ne sont pas particules élémentaires. Ils ont une structure interne complexe et sont constitués de particules de matière encore plus petites - les quarks.

Les principales caractéristiques d'un noyau atomique sont la charge, la masse, le spin et le moment magnétique.

Frais de base est déterminé par le nombre de protons (z) qui composent le noyau. La charge nucléaire (zq) est différente pour différents éléments chimiques. Le nombre z est appelé numéro atomique ou numéro de charge. Le numéro atomique est le numéro atomique d'un élément chimique dans système périodiqueéléments de D. Mendeleïev. La charge du noyau détermine également le nombre d'électrons dans l'atome. Le nombre d'électrons dans un atome détermine leur répartition sur les couches et sous-couches d'énergie et, par conséquent, tous caractéristiques physico-chimiques atome. La charge nucléaire détermine les spécificités d'un élément chimique donné.

Masse du noyau La masse d'un noyau est déterminée par le nombre (A) de nucléons qui composent le noyau. Le nombre de nucléons dans le noyau (A) est appelé nombre de masse. Le nombre de neutrons (N) dans le noyau peut être trouvé si de nombre total les nucléons (A) soustraient le nombre de protons (z), soit N=F-z. Dans le tableau périodique, jusqu'à son milieu, le nombre de protons et de neutrons dans les noyaux des atomes est approximativement le même, c'est-à-dire (А-z)/z= 1, à la fin du tableau (А-z)/z= 1,6.

Les noyaux des atomes sont généralement désignés comme suit :

X - symbole d'un élément chimique;

Z est le numéro atomique ;

A est le nombre de masse.

Lors de la mesure des masses des noyaux substances simples il a été constaté que la plupart des éléments chimiques sont composés de groupes d'atomes. Ayant la même charge, les noyaux des différents groupes diffèrent en masses. Les variétés d'atomes d'un élément chimique donné, qui diffèrent par les masses des noyaux, sont appelées isotopes. Les noyaux isotopiques ont le même numéro protons, mais numéro différent neutrons ( et ; , , , ; , , ).

En plus des noyaux d'isotopes (z - le même, A - différent), il existe des noyaux isobares(z - différent, A - le même). ( et ).

Masses de nucléons, noyaux d'atomes, atomes, électrons et autres particules dans Physique nucléaire il est d'usage de mesurer non pas en "KG", mais en unités de masse atomique (amu - autrement appelée unité de masse de carbone et notée "e"). Pour l'unité de masse atomique (1e), on prend 1/12 de la masse de l'atome de carbone 1e = 1,6603 ∙ 10 -27 kg.

Masses des nucléons : m p -1,00728 e, m n =1,00867 e.

On voit que la masse du noyau exprimée en "e" s'écrira comme un nombre proche de A.

Spin du noyau. Le moment cinétique mécanique (spin) du noyau est égal à la somme vectorielle des spins des nucléons qui composent le noyau. Le proton et le neutron ont un spin égal à L = ± 1/2ћ. En conséquence, le spin des noyaux avec un nombre pair de nucléons (A pair) est un entier ou zéro. Le spin d'un noyau avec un nombre impair de nucléons (A impair) est un demi-entier.

Le moment magnétique du noyau. Le moment magnétique du noyau (P m i) du noyau par rapport au moment magnétique des électrons remplissant coquilles d'électrons l'atome est très petit. Sur le Propriétés magnétiques atome, le moment magnétique du noyau n'affecte pas. L'unité de mesure du moment magnétique des noyaux est le magnéton nucléaire μ i = 5.05.38 ∙ 10 -27 J/T. C'est 1836 fois moins que le moment magnétique de l'électron - le magnéton de Bohr μ B = 0,927 ∙ 10 -23 J / T.

Le moment magnétique du proton est égal à 2,793 μ i et est parallèle au spin du proton. Le moment magnétique du neutron est égal à 1,914 μ i et est antiparallèle au spin du neutron. Les moments magnétiques des noyaux sont de l'ordre du magnéton nucléaire.

Pour diviser un noyau en ses nucléons constitutifs, un certain travail doit être effectué. La valeur de ce travail est une mesure de l'énergie de liaison du noyau.

L'énergie de liaison du noyau est numériquement égale au travail qui doit être fait pour diviser le noyau en ses nucléons constitutifs et sans leur conférer d'énergie cinétique.

Dans le processus inverse de la formation d'un noyau, la même énergie devrait être libérée des nucléons constitutifs. Cela découle de la loi de conservation de l'énergie. Par conséquent, l'énergie de liaison du noyau est égale à la différence entre l'énergie des nucléons qui composent le noyau et l'énergie du noyau :

ΔE \u003d E nuk - E i. (une)

En tenant compte de la relation entre masse et énergie (E = m ∙ c 2) et de la composition du noyau, on réécrit l'équation (1) comme suit :

ΔЕ = ∙ s 2 (2)

Valeur

Δm \u003d zm p + (A-z) m n - M je, (3)

Égal à la différence entre les masses des nucléons qui composent le noyau et la masse du noyau lui-même, s'appelle le défaut de masse.

L'expression (2) peut être réécrite comme suit :

ΔЕ = Δm ∙ s 2 (4)

Ceux. le défaut de masse est une mesure de l'énergie de liaison d'un noyau.

En physique nucléaire, la masse des nucléons et des noyaux est mesurée en uma. (1 amu = 1,6603 ∙ 10 27 kg), et l'énergie est généralement mesurée en MeV.

En considérant que 1 MeV = 10 6 eV = 1,6021 ∙ 10 -13 J, on trouve la valeur d'énergie correspondant à l'unité de masse atomique

1h du matin ∙ s 2 = 1,6603 ∙10 -27 ∙9 ∙10 16 = 14,9427 ∙ 10 -11 J = 931,48 MeV

Ainsi, l'énergie de liaison du noyau en MeV est

ΔE sv = Δm ∙931,48 MeV (5)

Tenant compte du fait que les tables ne donnent généralement pas la masse des noyaux, mais la masse des atomes, pour le calcul pratique du défaut de masse, au lieu de la formule (3)

profiter d'un autre

Δm \u003d zm H + (A-z)m n - M une, (6)

C'est-à-dire que la masse du proton a été remplacée par la masse de l'atome d'hydrogène léger, ajoutant ainsi des masses d'électrons z, et la masse du noyau a été remplacée par la masse de l'atome M a, soustrayant ainsi ces masses d'électrons z.

L'énergie de liaison par nucléon dans un noyau est appelée énergie de liaison spécifique.

(7)

La dépendance de l'énergie de liaison spécifique sur le nombre de nucléons dans le noyau (sur le nombre de masse A) est donnée dans la Fig.1.