Defekt mase i nuklearna energija vezanja. atomska jezgra

Nukleoni u atomskoj jezgri povezani su nuklearnim silama; dakle, da bi se jezgra podijelila na njene pojedinačne protone i neutrone, potrebno je utrošiti mnogo energije. Ova energija se zove energija vezanja jezgre.

Ista količina energije oslobađa se kada se slobodni protoni i neutroni spoje u jezgru. Stoga, prema Einsteinovoj specijalnoj teoriji relativnosti, masa atomska jezgra mora biti manji od zbroja masa slobodnih protona i neutrona od kojih je nastao. Ova razlika mase Δm, odgovara energiji jezgrene vezeEsv, određen je Einsteinovom relacijom:

Eb = s 2 Δm. (37,1)

Energija vezanja atomskih jezgri je toliko visoka da je ta razlika mase sasvim dostupna izravnom mjerenju. Uz pomoć masenih spektrografa takva je razlika mase doista pronađena za sve atomske jezgre.

Razlika između zbroja masa mirovanja slobodnih protona i neutrona, od kojih nastaje jezgra, i mase jezgre naziva se defekt mase jezgre. Energija vezanja obično se izražava u megaelektronvoltima (MeV) (1 MeV=10 6 eV). Budući da je jedinica atomske mase (a.m.u.) 1,66 * 10 -27 kg, možete odrediti energiju koja joj odgovara:

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.

Energija vezanja može se izmjeriti izravno iz energetske bilance u reakciji nuklearne fisije. Tako je energija vezanja deuterona prvi put određena tijekom njegovog cijepanja γ-kvantima. Međutim, iz formule (37.1), energija vezanja može biti odrediti mnogo preciznije, budući da uz pomoć masenog spektrografa mase izotopa mogu se izmjeriti s točnošću od 10 -4%.

Izračunajmo npr. energiju vezanja jezgre helija 4 2 He (α-čestice). Njegova masa u atomskim jedinicama je M (4 2 He) = 4,001523; masa protona mr=1,007276, masa neutrona mn=1,008665. Otuda i defekt mase jezgre helija

Δm \u003d 2 / mp + 2mn - M (4 2 He),

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

Množenje saE a.u.m = 931,4 MeV, dobivamo

Eb = 0,030359 * 931,4 MeV ≈ 28,3 MeV.

Pomoću masenog spektrografa izmjerene su mase svih izotopa i određeni defekt mase i energija vezanja jezgri. Energije vezanja jezgri nekih izotopa dane su u tablici. 37.1. Uz pomoć takvih tablica izvode se energetski proračuni nuklearnih reakcija.

Ako je ukupna masa jezgri i čestica nastala u bilo kojem nuklearna reakcija, manja od ukupne mase početnih jezgri i čestica, tada se u takvoj reakciji oslobađa energija koja odgovara tom smanjenju mase. Kada su ukupni broj protona i ukupni broj neutrona očuvani, smanjenje ukupne mase znači da se ukupni defekt mase povećava kao rezultat reakcije i da su nukleoni u novim jezgrama još jače vezani jedni za druge nego u izvornim jezgrama. Oslobođena energija jednaka je razlici između ukupne energije vezanja formiranih jezgri i ukupne energije vezanja izvornih jezgri, a može se pronaći pomoću tablice bez izračunavanja promjene ukupne mase. Ova energija se može osloboditi u okoliš u obliku kinetičke energije jezgri i čestica ili u obliku γ-kvanta. Primjer reakcije praćene oslobađanjem energije je svaka spontana reakcija.

Izvršimo energetski proračun nuklearne reakcije transformacije radija u radon:

226 88 Ra → 222 86 Rn + 4 2 He.

Energija veze izvorne jezgre je 1731,6 MeV (tablica 37.1), a ukupna energija vezanja formiranih jezgri je 1708,2 + 28,3 = 1736,5 MeV i za 4,9 MeV je veća od energije vezanja izvorne jezgre.

Posljedično, ova reakcija oslobađa energiju od 4,9 MeV, što je uglavnom kinetička energija α-čestice.

Ako se kao rezultat reakcije formiraju jezgre i čestice čija je ukupna masa veća od mase početnih jezgri i čestica, tada se takva reakcija može odvijati samo uz apsorpciju energije koja odgovara tom povećanju mase, a nikada ne nastaju spontano. Količina apsorbirane energije jednaka je razlici između ukupne energije vezivanja početnih jezgri i ukupne energije vezanja jezgri nastalih u reakciji. Na taj način moguće je izračunati koju kinetičku energiju čestica ili druga jezgra mora imati u sudaru s ciljnom jezgrom da bi se izvela ovakva reakcija ili izračunati potrebnu vrijednost γ-kvanta za cijepanje jezgre.

Dakle, minimalna vrijednost γ-kvanta potrebna za cijepanje deuterona jednaka je energiji vezanja deuterona 2,2 MeV, budući da je u ovoj reakciji:

2 1 H + γ → 1 1 H + 0 n 1

nastaju slobodni proton i neutron (Eb = 0).

Dobro slaganje ove vrste teorijskih proračuna s rezultatima eksperimenata pokazuje ispravnost gornjeg objašnjenja defekta u masi atomskih jezgri i potvrđuje načelo utvrđeno teorijom relativnosti, proporcionalnosti mase i energije.

Valja napomenuti da su reakcije dolazi do transformacije elementarnih čestica (na primjer, β-raspada), također su popraćene oslobađanjem ili apsorpcija energije koja odgovara promjeni ukupne mase čestica.

Važna karakteristika jezgre je prosječna energija vezanja jezgre po nukleonu, Eb/A (tablica 37.1). Što je veći, to su nukleoni jači međusobno povezani, jezgra je jača. Iz tablice. 37.1 pokazuje da je za većinu jezgri vrijednost Eb/A približno 8 MeV po nukleonu i opada za vrlo lake i teške jezgre. Među lakim jezgrama ističe se jezgra helija.

Ovisnost vrijednosti Eb/A o masenom broju jezgre A prikazana je na sl. 37.12. U lakim jezgrama veliki dio nukleona nalazi se na površini jezgre, gdje ne koriste u potpunosti svoje veze, a vrijednost Eb/A je mala. Kako se masa jezgre povećava, omjer površine i volumena se smanjuje, a udio nukleona koji se nalaze na površini opada.. Stoga Eb/A raste. Međutim, kako se broj nukleona u jezgri povećava, tako se povećavaju Coulombove odbojne sile između protona, slabe veze u jezgri, a vrijednost Eb/A za teške jezgre se smanjuje. Dakle, vrijednost Eb/A je maksimalna za jezgre srednje mase (pri A = 50-60), stoga se odlikuju najvećom čvrstoćom.

iz čega slijedi važan zaključak. U reakcijama fisije teških jezgri u dvije srednje jezgre, kao i u sintezi srednje ili lake jezgre iz dvije lakše jezgre, dobivaju se jezgre koje su jače od početnih (s većom vrijednošću Eb/A) . To znači da se tijekom takvih reakcija oslobađa energija. To je osnova za dobivanje atomske energije pri fisiji teških jezgri i termonuklearne energije - u fuziji jezgri.

Nukleoni u atomskoj jezgri povezani su nuklearnim silama; dakle, da bi se jezgra podijelila na njene pojedinačne protone i neutrone, potrebno je utrošiti mnogo energije. Ova energija se zove energija vezanja jezgre.

Ista količina energije oslobađa se kada se slobodni protoni i neutroni spoje u jezgru. Stoga, prema Einsteinovoj specijalnoj teoriji relativnosti, masa atomske jezgre mora biti manja od zbroja masa slobodnih protona i neutrona od kojih je nastala. Ova razlika mase koja odgovara energiji vezanja jezgre određena je Einsteinovom relacijom (§ 36.7):

Razlika između zbroja masa mirovanja slobodnih protona i neutrona, od kojih nastaje jezgra, i mase jezgre naziva se defekt mase jezgre.

Energija vezanja obično se izražava u megaelektronvoltima (MeV). Budući da je jedinica atomske mase (a.m.u.) jednaka kg, možemo odrediti energiju koja joj odgovara:

Energija vezanja može se izmjeriti izravno iz energetske bilance u reakciji nuklearne fisije. Tako je energija vezanja deuterona prvi put određena tijekom njegovog cijepanja pomoću y-kvanta. Međutim, iz formule (37.1) energija vezanja može se puno točnije odrediti, budući da je uz pomoć masenog spektrografa moguće izmjeriti mase izotopa s točnošću od .

Izračunajmo, na primjer, energiju vezanja jezgre helija, čija je masa u atomskim jedinicama jednaka masi protona i masi neutrona. Otuda i defekt mase jezgre helija

Množenjem s MeV dobivamo

Tablica 37.1. (vidi skeniranje) Energija vezanja atomskih jezgri

Ako je ukupna masa jezgri i čestica nastalih u bilo kojoj nuklearnoj reakciji manja od ukupne mase početnih jezgri i čestica, tada se u takvoj reakciji oslobađa energija koja odgovara tom smanjenju mase. Kada su ukupni broj protona i ukupni broj neutrona očuvani, smanjenje ukupne mase znači da se ukupni defekt mase povećava kao rezultat reakcije i da su nukleoni u novim jezgrama još jače vezani jedni za druge nego u izvornim jezgrama. Oslobođena energija jednaka je razlici između ukupne energije vezanja formiranih jezgri i ukupne energije vezanja izvornih jezgri, a može se pronaći pomoću tablice bez izračunavanja promjene ukupne mase. Ta energija se može osloboditi u okoliš u obliku kinetičke energije jezgri i čestica ili u obliku y-kvanta. Primjer reakcije praćene oslobađanjem energije je svaka spontana reakcija.

Izvršimo energetski proračun nuklearne reakcije transformacije radija u radon:

Energija veza izvorne jezgre je 1731,6 MeV (tablica 37.1), a ukupna energija vezanja formiranih jezgri jednaka je MeV i za 4,9 MeV veća je od energije veze izvorne jezgre.

Posljedično, u ovoj reakciji oslobađa se energija od 4,9 MeV, koja uglavnom čini kinetičku energiju a-čestice.

Ako se kao rezultat reakcije formiraju jezgre i čestice čija je ukupna masa veća od mase početnih jezgri i čestica, tada se takva reakcija može odvijati samo uz apsorpciju energije koja odgovara tom povećanju mase, a nikada ne nastaju spontano. Količina apsorbirane energije jednaka je razlici između ukupne energije vezivanja početnih jezgri i ukupne energije vezanja jezgri nastalih u reakciji. Na taj se način može izračunati koju kinetičku energiju čestica ili druga jezgra mora imati u sudaru s ciljnom jezgrom da bi se izvela ovakva reakcija ili izračunati potrebnu vrijednost -kvanta za cijepanje bilo koje jezgre.

Dakle, minimalna vrijednost -kvanta potrebna za cijepanje deuterona jednaka je energiji vezanja deuterona 2,2 MeV, budući da

u ovoj reakciji:

nastaju slobodni proton i neutron

Dobro slaganje ove vrste teorijskih proračuna s rezultatima eksperimenata pokazuje ispravnost gornjeg objašnjenja defekta u masi atomskih jezgri i potvrđuje načelo proporcionalnosti mase i energije utvrđeno teorijom relativnosti.

Treba napomenuti da reakcije u kojima dolazi do transformacije elementarnih čestica (na primjer, -raspad) također prati oslobađanje ili apsorpcija energije koja odgovara promjeni ukupne mase čestica.

Važna karakteristika jezgre je prosječna energija vezanja jezgre po nukleonu (tablica 37.1). Što je veći, to su nukleoni jači međusobno povezani, jezgra je jača. Iz tablice. 37.1 pokazuje da je za većinu jezgri vrijednost oko 8 MeV po. nukleon i opada za vrlo lake i teške jezgre. Među lakim jezgrama ističe se jezgra helija.

Ovisnost vrijednosti o masenom broju jezgre A prikazana je na sl. 37.12. U lakim jezgrama veliki dio nukleona nalazi se na površini jezgre, gdje ne koriste u potpunosti svoje veze, a vrijednost je mala. Kako se masa jezgre povećava, omjer površine i volumena se smanjuje, a udio nukleona koji se nalaze na površini opada. Stoga raste. Međutim, kako se broj nukleona u jezgri povećava, povećavaju se Coulombove odbojne sile između protona, slabe veze u jezgri, a veličina teških jezgri se smanjuje. Dakle, vrijednost je maksimalna za jezgre srednje mase (dakle, odlikuju se najvećom snagom.

Iz ovoga slijedi važan zaključak. U reakcijama fisije teških jezgri u dvije srednje jezgre, kao i u sintezi srednje ili lake jezgre iz dvije lakše jezgre, dobivaju se jezgre koje su jače od izvornih (s većom vrijednošću. To znači da energija Oslobađa se tijekom takvih reakcija.To se temelji na proizvodnji atomske energije tijekom cijepanja teških jezgri (§ 39.2) i termonuklearne energije - pri fuziji jezgri (§ 39.6).

Nukleone unutar jezgre drže zajedno nuklearne sile. Drži ih određena energija. Ovu energiju je prilično teško izmjeriti izravno, ali se to može učiniti neizravno. Logično je pretpostaviti da će energija potrebna za prekid veze nukleona u jezgri biti jednaka ili veća od energije koja drži nukleone zajedno.

Energija vezanja i nuklearna energija

Ovu primijenjenu energiju već je lakše izmjeriti. Jasno je da će ova vrijednost vrlo točno odražavati vrijednost energije koja drži nukleone unutar jezgre. Stoga se naziva minimalna energija potrebna za cijepanje jezgre na pojedinačne nukleone nuklearna energija vezanja.

Odnos mase i energije

Znamo da je svaka energija izravno proporcionalna masi tijela. Stoga je prirodno da će energija vezanja jezgre ovisiti i o masi čestica koje čine ovu jezgru. Taj je odnos uspostavio Albert Einstein 1905. godine. Zove se zakon odnosa između mase i energije. U skladu s ovim zakonom, unutarnja energija sustava čestica ili energija mirovanja izravno je proporcionalna masi čestica koje čine ovaj sustav:

gdje je E energija, m masa,
c je brzina svjetlosti u vakuumu.

Učinak defekta mase

Pretpostavimo sada da smo razbili jezgru atoma na sastavne nukleone ili da smo iz jezgre uzeli određeni broj nukleona. Nešto energije smo potrošili na prevladavanje nuklearnih sila, jer smo radili. U slučaju obrnutog procesa - fuzije jezgre, ili dodavanja nukleona već postojećoj jezgri, energija će se, prema zakonu održanja, naprotiv, osloboditi. Kada se energija mirovanja sustava čestica mijenja zbog bilo kojeg procesa, njihova se masa mijenja u skladu s tim. Formule u ovom slučaju bit će kako slijedi:

∆m=(∆E_0)/c^2 ili ∆E_0=∆mc^2,

gdje je ∆E_0 promjena energije mirovanja sustava čestica,
∆m je promjena mase čestice.

Primjerice, u slučaju fuzije nukleona i stvaranja jezgre oslobađamo energiju i smanjujemo ukupnu masu nukleona. Emitirani fotoni nose masu i energiju. Ovo je efekt masovnog defekta.. Masa jezgre uvijek je manja od zbroja masa nukleona koji čine ovu jezgru. Brojčano, defekt mase se izražava na sljedeći način:

∆m=(Zm_p+Nm_n)-M_i,

gdje je M_m masa jezgre,
Z je broj protona u jezgri,
N je broj neutrona u jezgri,
m_p je masa slobodnog protona,
m_n je masa slobodnog neutrona.

Vrijednost ∆m u gornje dvije formule je vrijednost za koju se mijenja ukupna masa čestica jezgre kada se njezina energija promijeni zbog puknuća ili fuzije. U slučaju sinteze, ta će količina biti defekt mase.

Naziv parametra	Značenje
Tema članka:	Defekt mase i nuklearna energija vezanja
Rubrika (tematska kategorija)	Radio

Istraživanja pokazuju da su atomske jezgre stabilne formacije. To znači da postoji određena veza između nukleona u jezgri.

Masa jezgri može se vrlo precizno odrediti pomoću maseni spektrometri - mjerni instrumenti koji odvajaju snopove nabijenih čestica (obično iona) s različitim specifičnim nabojima pomoću električnih i magnetskih polja Q/t. Masena spektrometrijska mjerenja su to pokazala masa jezgre manja je od zbroja masa njenih sastavnih nukleona. Ali budući da svaka promjena mase (vidi § 40) mora odgovarati promjeni energije, tada se, posljedično, mora osloboditi određena energija tijekom formiranja jezgre. Iz zakona održanja energije proizlazi i suprotno: da bi se jezgra podijelila na sastavne dijelove, iznimno je važno potrošiti istu količinu energije, tijekom njenog formiranja oslobađa se ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ. Energija koju je iznimno važno potrošiti. podijeliti jezgru na pojedinačne nukleone, uobičajeno je nazvati nuklearna energija vezanja(vidi § 40).

Prema izrazu (40.9), energija vezanja nukleona i jezgri

E sv = [Zmp +(A–Z)m n–m i] c 2 , (252.1)

gdje m str, m n, m i su mase protona, neutrona i jezgre, redom. Stolovi obično ne daju mise. m i jezgre i mase t atoma. Iz tog razloga je formula za energiju vezanja jezgre

E sv = [Zm H +(A–Z)m n–m] c 2 , (252.2)

gdje m N je masa atoma vodika. Kao m N više m p , po iznosu mi, tada prvi član u uglastim zagradama uključuje masu Z elektrona. Ali budući da je masa atoma t različita od mase jezgre m i samo na masi elektrona, onda proračuni pomoću formula (252 1) i (252.2) dovode do istih rezultata. Vrijednost

Δ t = [Zmp +(A–Z)m n] –m i (252.3)

pozvao defekt mase jezgre. Masa svih nukleona smanjuje se za taj iznos kada se od njih formira atomska jezgra. Često se umjesto energije vezivanja razmatra specifična energija vezeδE St je energija vezanja po nukleonu. Karakterizira stabilnost (snagu) atomskih jezgri, ᴛ.ᴇ. više δE St, što je jezgra stabilnija. Specifična energija vezanja ovisi o masenom broju ALI element (slika 45). Za lake jezgre ( ALI≥ 12) specifična energija vezanja naglo raste do 6 ÷ 7 MeV, prolazeći kroz brojne skokove (na primjer, za H δE St= 1,1 MeV, za He - 7,1 MeV, za Li - 5,3 MeV), zatim sporije raste na maksimalna vrijednost 8,7 MeV za elemente sa ALI= 50 ÷ 60, a zatim se postupno smanjuje za teške elemente (na primjer, za U je 7,6 MeV). Za usporedbu imajte na umu da je energija vezanja valentnih elektrona u atomima oko 10 eV (10 -6 puta manje).

Smanjenje specifična energija povezanost tijekom prijelaza na teške elemente objašnjava se činjenicom da s povećanjem broja protona u jezgri raste i njihova energija. Coulomb odbijanje. Iz tog razloga, veza između nukleona postaje manje jaka, a same jezgre postaju manje jake.

Najstabilnije su tzv čarobne jezgre, u kojoj je broj protona ili broj neutrona jednak jednom od magični brojevi: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Posebno stabilan dvostruko čarobne jezgre, u kojoj su i broj protona i broj neutrona magični (ovih jezgri ima samo pet: He, O, Ca, Pb).

Od sl. 45 proizlazi da su jezgre srednjeg dijela periodnog sustava najstabilnije s energetskog stajališta. Teške i lake jezgre su manje stabilne. To znači da su sljedeći procesi energetski povoljni:

1) cijepanje teških jezgri u lakše;

2) spajanje lakih jezgri jedna s drugom u teže.

Oba procesa oslobađaju ogromne količine energije; ti se procesi trenutno provode praktički (reakcija fisije i termonuklearne reakcije).

Defekt mase i energija vezanja jezgre - pojam i vrste. Klasifikacija i značajke kategorije "Defekt mase i energija vezanja jezgre" 2017., 2018.

Atomska jezgra. defekt mase. Energija vezanja atomske jezgre

Atomska jezgra je središnji dio atoma, u kojem je koncentriran sav pozitivni naboj i gotovo sva masa.

Jezgre svih atoma sastoje se od čestica tzv nukleoni. Nukleoni mogu biti u dva stanja – u električno nabijenom stanju i u neutralnom stanju. Nukleon u nabijenom stanju naziva se proton. Proton (p) je jezgra najlakšeg kemijski element- vodik. Naboj protona jednak je elementarnom pozitivnom naboju, koji je po veličini jednak elementarnom negativnom naboju q e = 1,6 ∙ 10 -19 C., t.j. naboj elektrona. Nukleon u neutralnom (nenabijenom) stanju naziva se neutron (n). Mase nukleona u oba stanja malo se razlikuju jedna od druge, t.j. m n ≈ m p .

Nukleoni nisu elementarne čestice. Imaju složenu unutarnju strukturu i sastoje se od još manjih čestica materije – kvarkova.

Glavne karakteristike atomske jezgre su naboj, masa, spin i magnetski moment.

Naboj jezgre određen je brojem protona (z) koji čine jezgru. Nuklearni naboj (zq) je različit za različite kemijske elemente. Broj z naziva se atomski broj ili broj naboja. Atomski broj je atomski broj kemijskog elementa u periodični sustav elementi D. Mendeljejeva. Naboj jezgre također određuje broj elektrona u atomu. Broj elektrona u atomu određuje njihovu raspodjelu po energetskim ljuskama i podljuskama i, posljedično, svim fizikalno-kemijske karakteristike atom. Nuklearni naboj određuje specifičnosti zadanog kemijskog elementa.

Masa jezgre Masa jezgre određena je brojem (A) nukleona koji čine jezgru. Broj nukleona u jezgri (A) naziva se maseni broj. Broj neutrona (N) u jezgri se može naći ako iz ukupni broj nukleoni (A) oduzmu broj protona (z), tj. N=F-z. U periodnom sustavu, do njegove sredine, broj protona i neutrona u jezgri atoma je približno isti, t.j. (A-z)/z= 1, do kraja tablice (A-z)/z= 1,6.

Jezgre atoma obično se označavaju na sljedeći način:

X - simbol kemijskog elementa;

Z je atomski broj;

A je maseni broj.

Pri mjerenju masa jezgri jednostavne tvari utvrđeno je da je većina kemijskih elemenata sastavljena od skupina atoma. Imajući isti naboj, jezgre različitih skupina razlikuju se po masama. Vrste atoma danog kemijskog elementa, koje se razlikuju po masama jezgri, nazivaju se izotopi. Jezgre izotopa imaju isti broj protoni, ali različit broj neutroni ( i ; , , , ; , , ).

Osim jezgri izotopa (z - isti, A - različiti), postoje i jezgre izobare(z - različito, A - isto). (i ).

Mase nukleona, jezgre atoma, atoma, elektrona i drugih čestica u nuklearna fizika uobičajeno je mjeriti ne u "KG", u jedinicama atomske mase (amu - inače se naziva jedinica mase ugljika i označava s "e"). Za jedinicu atomske mase (1e) uzima se 1/12 mase atoma ugljika 1e = 1,6603 ∙ 10 -27 kg.

Mase nukleona: m p -1,00728 e, m n =1,00867 e.

Vidimo da će masa jezgre izražena u "e" biti zapisana kao broj blizak A.

Spin jezgre. Mehanički kutni moment (spin) jezgre jednak je vektorskom zbroju spinova nukleona koji čine jezgru. Proton i neutron imaju spin jednak L = ± 1/2ć. Sukladno tome, spin jezgri s parnim brojem nukleona (parni A) je cijeli broj ili nula. Spin jezgre s neparnim brojem nukleona (A neparan) je polucijeli broj.

Magnetski moment jezgre. Magnetski moment jezgre (P m i) jezgre u usporedbi s magnetskim momentom punjenja elektrona elektronske ljuske atom je vrlo mali. Na magnetska svojstva atoma, magnetski moment jezgre ne utječe. Jedinica mjerenja magnetskog momenta jezgri je nuklearni magneton μ i = 5.05.38 ∙ 10 -27 J/T. To je 1836 puta manje od magnetskog momenta elektrona - Bohrov magneton μ B = 0,927 ∙ 10 -23 J / T.

Magnetski moment protona jednak je 2,793 μ i i paralelan je sa spinom protona. Magnetski moment neutrona jednak je 1,914 μ i i antiparalelan je spinu neutrona. Magnetski momenti jezgri su reda nuklearnog magnetona.

Da bi se jezgra podijelila na sastavne nukleone, potrebno je obaviti određenu količinu posla. Vrijednost ovog rada je mjera energije vezivanja jezgre.

Energija vezanja jezgre brojčano je jednaka radu koji se mora izvršiti da bi se jezgra podijelila na sastavne nukleone i bez prenošenja kinetičke energije na njih.

U obrnutom procesu stvaranja jezgre, ista energija bi se trebala osloboditi od sastavnih nukleona. To proizlazi iz zakona održanja energije. Stoga je energija vezanja jezgre jednaka razlici između energije nukleona koji čine jezgru i energije jezgre:

ΔE \u003d E nuk - E i. (jedan)

Uzimajući u obzir odnos između mase i energije (E = m ∙ c 2) i sastava jezgre, prepisujemo jednadžbu (1) na sljedeći način:

ΔE = ∙ s 2 (2)

Vrijednost

Δm \u003d zm p + (A-z) m n - M i, (3)

Jednaka razlici između masa nukleona koji čine jezgru i mase same jezgre, naziva se defekt mase.

Izraz (2) se može prepisati kao:

ΔE = Δm ∙ s 2 (4)

Oni. defekt mase je mjera energije vezanja jezgre.

U nuklearnoj fizici, masa nukleona i jezgri se mjeri u amu. (1 amu = 1,6603 ∙ 10 27 kg), a energija se obično mjeri u MeV.

Uzimajući u obzir da je 1 MeV = 10 6 eV = 1,6021 ∙ 10 -13 J, nalazimo energetsku vrijednost koja odgovara jedinici atomske mase

1.a.u.m ∙ s 2 = 1,6603 ∙10 -27 ∙9 ∙10 16 = 14,9427 ∙ 10 -11 J = 931,48 MeV

Dakle, energija vezanja jezgre u MeV je

ΔE sv = Δm ∙931,48 MeV (5)

Uzimajući u obzir da tablice obično ne daju masu jezgri, već masu atoma, za praktični proračun defekta mase, umjesto formule (3)

uživaj u drugom

Δm \u003d zm H + (A-z)m n - M a, (6)

To jest, masa protona zamijenjena je masom lakog vodikovog atoma, dodajući tako z mase elektrona, a masa jezgre zamijenjena je masom atoma M a, čime su te z mase elektrona oduzete.

Energija vezanja po nukleonu u jezgri naziva se specifična energija vezanja.

(7)