Difetto di massa ed energia di legame nucleare. nucleo atomico

I nucleoni in un nucleo atomico sono legati insieme da forze nucleari; quindi, per dividere il nucleo nei suoi singoli protoni e neutroni, è necessario spendere molta energia. Questa energia è chiamata energia di legame del nucleo.

La stessa quantità di energia viene rilasciata quando protoni e neutroni liberi si combinano per formare un nucleo. Pertanto, secondo la teoria della relatività speciale di Einstein, la massa nucleo atomico deve essere inferiore alla somma delle masse di protoni e neutroni liberi da cui è stato formato. Questa differenza di massa Δm, corrispondente all'energia connessioni principaliEsv, è determinato dalla relazione di Einstein:

Mib = ñ 2 Δm. (37.1)

L'energia di legame dei nuclei atomici è così alta che questa differenza di massa è abbastanza accessibile per la misurazione diretta. Con l'aiuto degli spettrografi di massa, una tale differenza di massa è stata effettivamente trovata per tutti i nuclei atomici.

La differenza tra la somma delle masse a riposo dei protoni e dei neutroni liberi, di cui è formato il nucleo, e la massa del nucleo è chiamata difetto di massa del nucleo. L'energia di legame è solitamente espressa in megaelettronvolt (MeV) (1 MeV=10 6 eV). Poiché l'unità di massa atomica (a.m.u.) è 1,66 * 10 -27 kg, puoi determinare l'energia ad essa corrispondente:

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'energia di legame può essere misurata direttamente dal bilancio energetico nella reazione di fissione nucleare. Pertanto, l'energia di legame del deuterone è stata determinata per la prima volta durante la sua scissione da γ-quanta. Tuttavia, dalla formula (37.1), l'energia di legame può essere determinare in modo molto più preciso, poiché con l'aiuto di uno spettrografo di massa le masse di isotopi possono essere misurate con una precisione del 10 -4%.

Calcoliamo, ad esempio, l'energia di legame del nucleo di elio 4 2 He (particelle α). La sua massa in unità atomiche è M (4 2 He) = 4,001523; massa del protone mр=1,007276, massa del neutrone mn=1,008665. Da qui il difetto di massa del nucleo dell'elio

Δm \u003d 2 / mp + 2mn - M (4 2 He),

Δm \u003d 2 * 1.007276 + 2 * 1.008665-4.001523 \u003d 0.030359.

Moltiplicando perE a.u.m = 931,4 MeV, otteniamo

Eb = 0,030359 * 931,4 MeV ≈ 28,3 MeV.

Utilizzando uno spettrografo di massa, sono state misurate le masse di tutti gli isotopi e sono stati determinati il difetto di massa e l'energia di legame dei nuclei. Le energie di legame dei nuclei di alcuni isotopi sono riportate in Tabella. 37.1. Con l'aiuto di tali tabelle, vengono eseguiti i calcoli energetici delle reazioni nucleari.

Se la massa totale di nuclei e particelle formata in qualsiasi reazione nucleare, inferiore alla massa totale dei nuclei e delle particelle iniziali, allora in tale reazione viene rilasciata l'energia corrispondente a questa diminuzione di massa. Quando si conserva il numero totale di protoni e il numero totale di neutroni, la diminuzione della massa totale significa che il difetto di massa totale aumenta come risultato della reazione e che i nucleoni nei nuovi nuclei sono ancora più fortemente legati l'uno all'altro di nei nuclei originari. L'energia rilasciata è uguale alla differenza tra l'energia di legame totale dei nuclei formati e l'energia di legame totale dei nuclei originali e può essere trovata utilizzando la tabella senza calcolare la variazione della massa totale. Questa energia può essere rilasciata ambiente sotto forma di energia cinetica di nuclei e particelle o sotto forma di γ-quanta. Un esempio di reazione accompagnata dal rilascio di energia è qualsiasi reazione spontanea.

Eseguiamo un calcolo energetico della reazione nucleare della trasformazione del radio in radon:

226 88 Ra → 222 86 Rn + 4 2 He.

L'energia di legame del nucleo originale è 1731,6 MeV (Tabella 37.1) e l'energia di legame totale dei nuclei formati è 1708,2 + 28,3 = 1736,5 MeV ed è 4,9 MeV in più rispetto all'energia di legame del nucleo originale.

Di conseguenza, questa reazione rilascia un'energia di 4,9 MeV, che è principalmente l'energia cinetica della particella α.

Se come risultato della reazione si formano nuclei e particelle, la cui massa totale è maggiore di quella dei nuclei e delle particelle iniziali, allora tale reazione può procedere solo con l'assorbimento di energia corrispondente a questo aumento di massa, e non si verificano mai spontaneamente. La quantità di energia assorbita è uguale alla differenza tra l'energia di legame totale dei nuclei iniziali e l'energia di legame totale dei nuclei formati nella reazione. In questo modo è possibile calcolare quale energia cinetica deve avere una particella o un altro nucleo in una collisione con un nucleo bersaglio per effettuare questo tipo di reazione, oppure calcolare il valore di un γ-quanto richiesto per la scissione di un nucleo.

Quindi, il valore minimo del γ-quanto necessario per la scissione del deuterone è uguale all'energia di legame del deuterone 2,2 MeV, poiché in questa reazione:

2 1 H + γ → 1 1 H + 0 n 1

si formano un protone libero e un neutrone (Eb = 0).

Un buon accordo di questo tipo di calcoli teorici con i risultati degli esperimenti mostra la correttezza della suddetta spiegazione del difetto nella massa dei nuclei atomici e conferma il principio stabilito dalla teoria della relatività, la proporzionalità di massa ed energia.

Va notato che le reazioni avviene la trasformazione delle particelle elementari (ad esempio β-decadimento), sono anche accompagnate dal rilascio o assorbimento di energia corrispondente a una variazione della massa totale delle particelle.

Una caratteristica importante del nucleo è l'energia di legame media del nucleo per nucleone, Eb/A (Tabella 37.1). Più è grande, più forti sono i nucleoni interconnessi, più forte è il nucleo. Dal tavolo. 37.1 mostra che per la maggior parte dei nuclei il valore di Eb/A è di circa 8 MeV per nucleone e diminuisce per i nuclei molto leggeri e pesanti. Tra i nuclei leggeri spicca il nucleo dell'elio.

La dipendenza del valore di Eb/A dal numero di massa del nucleo A è mostrata in fig. 37.12. Nei nuclei leggeri, una grande frazione di nucleoni si trova sulla superficie del nucleo, dove non utilizzano completamente i loro legami e il valore di Eb/A è piccolo. All'aumentare della massa del nucleo, il rapporto tra superficie e volume diminuisce e la frazione di nucleoni situati sulla superficie diminuisce.. Pertanto, Eb/A cresce. Tuttavia, all'aumentare del numero di nucleoni nel nucleo, le forze repulsive di Coulomb tra i protoni aumentano, indebolendo i legami nel nucleo e il valore di Eb/A per i nuclei pesanti diminuisce. Pertanto, il valore di Eb/A è massimo per nuclei di massa media (a A = 50-60), quindi si distinguono per la forza maggiore.

ciò implica conclusione importante. Nelle reazioni di fissione di nuclei pesanti in due nuclei medi, così come nella sintesi di un nucleo medio o leggero da due nuclei più leggeri, si ottengono nuclei più forti di quelli iniziali (con valore maggiore di Eb/A) . Ciò significa che l'energia viene rilasciata durante tali reazioni. Questa è la base per ottenere energia atomica nella fissione dei nuclei pesanti e nell'energia termonucleare - nella fusione dei nuclei.

I nucleoni in un nucleo atomico sono legati insieme da forze nucleari; quindi, per dividere il nucleo nei suoi singoli protoni e neutroni, è necessario spendere molta energia. Questa energia è chiamata energia di legame del nucleo.

La stessa quantità di energia viene rilasciata quando protoni e neutroni liberi si combinano per formare un nucleo. Pertanto, secondo la teoria della relatività speciale di Einstein, la massa di un nucleo atomico deve essere inferiore alla somma delle masse di protoni e neutroni liberi da cui è stato formato. Questa differenza di massa corrispondente all'energia di legame del nucleo è determinata dalla relazione di Einstein (§ 36.7):

La differenza tra la somma delle masse a riposo dei protoni e dei neutroni liberi, di cui è formato il nucleo, e la massa del nucleo è chiamata difetto di massa del nucleo.

L'energia di legame è solitamente espressa in mega-elettronvolt (MeV). Poiché l'unità di massa atomica (a.m.u.) è pari a kg, possiamo determinare l'energia ad essa corrispondente:

L'energia di legame può essere misurata direttamente dal bilancio energetico nella reazione di fissione nucleare. Pertanto, l'energia di legame del deuterone è stata determinata per la prima volta durante la sua scissione da y-quanta. Tuttavia, dalla formula (37.1), l'energia di legame può essere determinata in modo molto più accurato, poiché con l'aiuto di uno spettrografo di massa è possibile misurare le masse degli isotopi con una precisione di .

Calcoliamo, ad esempio, l'energia di legame del nucleo dell'elio, la cui massa in unità atomiche è uguale alla massa del protone e alla massa del neutrone. Da qui il difetto di massa del nucleo dell'elio

Moltiplicando per MeV, otteniamo

Tabella 37.1. (vedi scansione) Energia di legame dei nuclei atomici

Se la massa totale dei nuclei e delle particelle formati in una qualsiasi reazione nucleare è inferiore alla massa totale dei nuclei e delle particelle iniziali, l'energia corrispondente a questa diminuzione di massa viene rilasciata in tale reazione. Quando si conserva il numero totale di protoni e il numero totale di neutroni, la diminuzione della massa totale significa che il difetto di massa totale aumenta come risultato della reazione e che i nucleoni nei nuovi nuclei sono ancora più fortemente legati l'uno all'altro di nei nuclei originari. L'energia rilasciata è uguale alla differenza tra l'energia di legame totale dei nuclei formati e l'energia di legame totale dei nuclei originali e può essere trovata utilizzando la tabella senza calcolare la variazione della massa totale. Questa energia può essere rilasciata nell'ambiente sotto forma di energia cinetica di nuclei e particelle o sotto forma di quanti y. Un esempio di reazione accompagnata dal rilascio di energia è qualsiasi reazione spontanea.

Eseguiamo un calcolo energetico della reazione nucleare della trasformazione del radio in radon:

L'energia di legame del nucleo originale è 1731,6 MeV (Tabella 37.1) e l'energia di legame totale dei nuclei formati è uguale a MeV ed è 4,9 MeV maggiore dell'energia di legame del nucleo originale.

Di conseguenza, in questa reazione, viene rilasciata un'energia di 4,9 MeV, che costituisce principalmente l'energia cinetica della particella a.

Se come risultato della reazione si formano nuclei e particelle, la cui massa totale è maggiore di quella dei nuclei e delle particelle iniziali, allora tale reazione può procedere solo con l'assorbimento di energia corrispondente a questo aumento di massa, e non si verificano mai spontaneamente. La quantità di energia assorbita è uguale alla differenza tra l'energia di legame totale dei nuclei iniziali e l'energia di legame totale dei nuclei formati nella reazione. In questo modo si può calcolare quale energia cinetica deve avere una particella o un altro nucleo in una collisione con un nucleo bersaglio per effettuare questo tipo di reazione, oppure calcolare il valore del -quanto richiesto per la scissione di un qualsiasi nucleo.

Quindi, il valore minimo del -quanto necessario per la scissione del deuterone è uguale all'energia di legame del deuterone 2,2 MeV, poiché

in questa reazione:

si formano protoni e neutroni liberi

Un buon accordo di questo tipo di calcoli teorici con i risultati degli esperimenti mostra la correttezza della suddetta spiegazione del difetto nella massa dei nuclei atomici e conferma il principio di proporzionalità di massa ed energia stabilito dalla teoria della relatività.

Va notato che le reazioni in cui avviene la trasformazione delle particelle elementari (ad esempio -decadimento) sono accompagnate anche dal rilascio o dall'assorbimento di energia corrispondente a una variazione della massa totale delle particelle.

Una caratteristica importante del nucleo è l'energia di legame media del nucleo per nucleone (Tabella 37.1). Più è grande, più forti sono i nucleoni interconnessi, più forte è il nucleo. Dal tavolo. 37.1 mostra che per la maggior parte dei nuclei il valore è di circa 8 MeV per. nucleone e diminuisce per nuclei molto leggeri e pesanti. Tra i nuclei leggeri spicca il nucleo dell'elio.

La dipendenza del valore dal numero di massa del nucleo A è mostrata in fig. 37.12. Nei nuclei leggeri, una grande frazione di nucleoni si trova sulla superficie del nucleo, dove non utilizzano completamente i loro legami e il valore è piccolo. All'aumentare della massa del nucleo, il rapporto tra superficie e volume diminuisce e la frazione di nucleoni situati sulla superficie diminuisce. Pertanto, sta crescendo. Tuttavia, all'aumentare del numero di nucleoni nel nucleo, le forze repulsive di Coulomb tra i protoni aumentano, indebolendo i legami nel nucleo e la dimensione dei nuclei pesanti diminuisce. Pertanto, il valore è massimo per nuclei di massa media (quindi si distinguono per la massima forza.

Ne deriva un'importante conclusione. Nelle reazioni di fissione di nuclei pesanti in due nuclei medi, così come nella sintesi di un nucleo medio o leggero da due nuclei più leggeri, si ottengono nuclei più forti di quelli originali (con un valore maggiore. Ciò significa che l'energia viene rilasciato durante tali reazioni.Questo si basa sulla produzione di energia atomica durante la fissione dei nuclei pesanti ( § 39.2) e di energia termonucleare - nella fusione dei nuclei (§ 39.6).

I nucleoni all'interno del nucleo sono tenuti insieme da forze nucleari. Sono trattenuti da una certa energia. È abbastanza difficile misurare questa energia direttamente, ma può essere fatto indirettamente. È logico supporre che l'energia richiesta per rompere il legame dei nucleoni nel nucleo sarà uguale o maggiore dell'energia che tiene insieme i nucleoni.

Energia vincolante ed energia nucleare

Questa energia applicata è già più facile da misurare. È chiaro che questo valore rifletterà in modo molto accurato il valore dell'energia che mantiene i nucleoni all'interno del nucleo. Pertanto, viene chiamata l'energia minima richiesta per dividere il nucleo in singoli nucleoni energia di legame nucleare.

Relazione tra massa ed energia

Sappiamo che qualsiasi energia è direttamente proporzionale alla massa del corpo. Pertanto, è naturale che l'energia di legame del nucleo dipenda anche dalla massa delle particelle che compongono questo nucleo. Questa relazione è stata stabilita da Albert Einstein nel 1905. Si chiama legge del rapporto tra massa ed energia. Secondo questa legge, l'energia interna di un sistema di particelle o l'energia di riposo è direttamente proporzionale alla massa delle particelle che compongono questo sistema:

dove E è energia, m è massa,
c è la velocità della luce nel vuoto.

Effetto difetto di massa

Supponiamo ora di aver spezzato il nucleo di un atomo nei suoi nucleoni costituenti, o di aver prelevato un certo numero di nucleoni dal nucleo. Abbiamo speso un po' di energia per superare le forze nucleari, mentre stavamo lavorando. Nel caso del processo inverso - la fusione del nucleo o l'aggiunta di nucleoni a un nucleo già esistente, verrà rilasciata energia, secondo la legge di conservazione, al contrario. Quando l'energia a riposo di un sistema di particelle cambia a causa di qualsiasi processo, la loro massa cambia di conseguenza. Formule in questo caso sarà il seguente:

∆m=(∆E_0)/c^2 o ∆E_0=∆mc^2,

dove ∆E_0 è la variazione dell'energia a riposo del sistema di particelle,
∆m è la variazione della massa delle particelle.

Ad esempio, nel caso della fusione di nucleoni e della formazione di un nucleo, rilasciamo energia e riduciamo la massa totale dei nucleoni. La massa e l'energia vengono portate via dai fotoni emessi. Questo è l'effetto del difetto di massa.. La massa di un nucleo è sempre minore della somma delle masse dei nucleoni che compongono questo nucleo. Numericamente, il difetto di massa è espresso come segue:

∆m=(Zm_p+Nm_n)-M_i,

dove M_m è la massa del nucleo,
Z è il numero di protoni nel nucleo,
N è il numero di neutroni nel nucleo,
m_p è la massa del protone libero,
m_n è la massa di un neutrone libero.

Il valore ∆m nelle due formule precedenti è il valore di cui la massa totale delle particelle del nucleo cambia quando la sua energia cambia per rottura o fusione. Nel caso della sintesi, questa quantità sarà il difetto di massa.

Nome parametro	Significato
Oggetto dell'articolo:	Difetto di massa ed energia di legame nucleare
Rubrica (categoria tematica)	Radio

Gli studi dimostrano che i nuclei atomici sono formazioni stabili. Ciò significa che esiste una certa connessione tra i nucleoni nel nucleo.

La massa dei nuclei può essere determinata in modo molto accurato utilizzando spettrometri di massa - strumenti di misura che separano fasci di particelle cariche (solitamente ioni) con diverse cariche specifiche utilizzando campi elettrici e magnetici Q/t. Le misurazioni spettrometriche di massa lo hanno dimostrato la massa del nucleo è inferiore alla somma delle masse dei suoi nucleoni costituenti. Ma poiché ogni variazione di massa (vedi § 40) deve corrispondere ad una variazione di energia, allora, di conseguenza, una certa energia deve essere rilasciata durante la formazione del nucleo. Dalla legge di conservazione dell'energia deriva anche il contrario: per dividere il nucleo nelle sue parti componenti, è estremamente importante spendere la stessa quantità di energia, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ viene rilasciata durante la sua formazione. Energia che è estremamente importante da spendere. per dividere il nucleo in singoli nucleoni, è consuetudine chiamare energia di legame nucleare(vedi § 40).

Secondo l'espressione (40.9), l'energia di legame di nucleoni e nuclei

Est = [Zmp +(UN–Z)mn–io] c 2 , (252.1)

dove m p, mn, io sono rispettivamente le masse del protone, del neutrone e del nucleo. I tavoli di solito non danno messe. io nuclei e masse t atomi. Per questo motivo, la formula per l'energia di legame del nucleo è

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

dove m nè la massa di un atomo di idrogeno. Come m n di più m p , per l'importo me, quindi il primo termine tra parentesi quadre include la massa Z elettroni. Ma poiché la massa di un atomo t diverso dalla massa del nucleo io solo sulla massa degli elettroni, quindi i calcoli usando le formule (252 1) e (252.2) portano agli stessi risultati. Valore

Δ t = [Zmp +(UN–Z)mn] –io (252.3)

chiamata difetto di massa noccioli. La massa di tutti i nucleoni diminuisce di questa quantità quando da essi si forma un nucleo atomico. Spesso, invece dell'energia vincolante, si pensa energia di legame specificaδE Stè l'energia di legame per nucleone. Caratterizza la stabilità (forza) dei nuclei atomici, ᴛ.ᴇ. più δE St, più stabile è il nucleo. L'energia di legame specifica dipende dal numero di massa MA elemento (fig. 45). Per nuclei leggeri ( MA≥ 12) l'energia specifica di legame aumenta vertiginosamente fino a 6 ÷ 7 MeV, subendo un certo numero di salti (ad esempio per H δE St= 1,1 MeV, per He - 7,1 MeV, per Li - 5,3 MeV), quindi aumenta più lentamente a valore massimo 8,7 MeV per elementi con MA= 50 ÷ 60, quindi diminuisce gradualmente per elementi pesanti (ad esempio per U è 7,6 MeV). Si noti per confronto che l'energia di legame degli elettroni di valenza negli atomi è di circa 10 eV (10 -6 volte inferiore).

Diminuire energia specifica la connessione durante la transizione agli elementi pesanti è spiegata dal fatto che con un aumento del numero di protoni nel nucleo, aumenta anche la loro energia. Repulsione coulombiana. Per questo motivo, il legame tra i nucleoni diventa meno forte e i nuclei stessi diventano meno forti.

I più stabili sono i cosiddetti nuclei magici, in cui il numero di protoni o il numero di neutroni è uguale a uno di numeri magici: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Particolarmente stabile nuclei doppiamente magici, in cui sia il numero di protoni che il numero di neutroni sono magici (ci sono solo cinque di questi nuclei: He, O, Ca, Pb).

Dalla fig. 45 ne consegue che i nuclei della parte mediana della tavola periodica sono i più stabili dal punto di vista energetico. I nuclei pesanti e leggeri sono meno stabili. Ciò significa che i seguenti processi sono energeticamente favorevoli:

1) fissione di nuclei pesanti in nuclei più leggeri;

2) la fusione di nuclei leggeri tra loro in nuclei più pesanti.

Entrambi i processi rilasciano enormi quantità di energia; questi processi sono attualmente praticati (reazioni di fissione e reazioni termonucleari).

Il difetto di massa e l'energia di legame del nucleo: il concetto ei tipi. Classificazione e caratteristiche della categoria "Difetto di massa ed energia di legame del nucleo" 2017, 2018.

Nucleo atomico. difetto di massa. L'energia di legame del nucleo atomico

Il nucleo atomico è la parte centrale dell'atomo, in cui è concentrata tutta la carica positiva e quasi tutta la massa.

I nuclei di tutti gli atomi sono costituiti da particelle chiamate nucleoni. I nucleoni possono trovarsi in due stati: in uno stato elettricamente carico e in uno stato neutro. Un nucleone in uno stato carico è chiamato protone. Il protone (p) è il nucleo del più leggero elemento chimico- idrogeno. La carica protonica è uguale alla carica positiva elementare, che è uguale in grandezza alla carica negativa elementare q e = 1,6 ∙ 10 -19 C., cioè carica di un elettrone. Un nucleone in uno stato neutro (senza carica) è chiamato neutrone (n). Le masse dei nucleoni in entrambi gli stati differiscono poco l'una dall'altra, cioè m n ≈ m p .

I nucleoni no particelle elementari. Hanno una struttura interna complessa e sono costituiti da particelle di materia ancora più piccole: i quark.

Le caratteristiche principali di un nucleo atomico sono carica, massa, spin e momento magnetico.

Carica del nucleoè determinato dal numero di protoni (z) che compongono il nucleo. La carica nucleare (zq) è diversa per i diversi elementi chimici. Il numero z è chiamato numero atomico o numero di carica. Il numero atomico è il numero atomico di un elemento chimico in sistema periodico elementi di D. Mendeleev. La carica del nucleo determina anche il numero di elettroni nell'atomo. Il numero di elettroni in un atomo determina la loro distribuzione su gusci di energia e subshell e, di conseguenza, tutto caratteristiche fisico-chimiche atomo. La carica nucleare determina le specificità di un dato elemento chimico.

Massa del nucleo La massa di un nucleo è determinata dal numero (A) di nucleoni che compongono il nucleo. Il numero di nucleoni nel nucleo (A) è chiamato numero di massa. Il numero di neutroni (N) nel nucleo può essere trovato se da numero totale nucleoni (A) sottraggono il numero di protoni (z), cioè N=F-z. Nella tavola periodica, fino al centro, il numero di protoni e neutroni nei nuclei degli atomi è approssimativamente lo stesso, cioè (А-z)/z= 1, entro la fine della tabella (А-z)/z= 1,6.

I nuclei degli atomi sono generalmente indicati come segue:

X - simbolo di un elemento chimico;

Z è il numero atomico;

A è il numero di massa.

Quando si misurano le masse dei nuclei sostanze semplici si è riscontrato che la maggior parte degli elementi chimici sono composti da gruppi di atomi. Avendo la stessa carica, i nuclei di diversi gruppi differiscono in massa. Si chiamano le varietà di atomi di un dato elemento chimico, che differiscono per le masse dei nuclei isotopi. I nuclei isotopici hanno lo stesso numero protoni, ma numero diverso neutroni ( e ; , , , ; , , ).

Oltre ai nuclei degli isotopi (z - lo stesso, A - diverso), ci sono nuclei isobare(z - diverso, A - lo stesso). ( e ).

Masse di nucleoni, nuclei di atomi, atomi, elettroni e altre particelle in fisica Nucleareè consuetudine misurare non in "KG", in unità di massa atomica (amu - altrimenti chiamata unità di massa del carbonio e indicata con "e"). Per l'unità di massa atomica (1e), si prende 1/12 della massa dell'atomo di carbonio 1e = 1.6603 ∙ 10 -27 kg.

Masse del nucleone: m p -1,00728 e, m n =1,00867 e.

Vediamo che la massa del nucleo espressa in "e" sarà scritta come un numero vicino ad A.

Rotazione del nucleo. Il momento angolare meccanico (spin) del nucleo è uguale alla somma vettoriale degli spin dei nucleoni che compongono il nucleo. Il protone e il neutrone hanno uno spin uguale a L = ± 1/2ћ. Di conseguenza, lo spin dei nuclei con un numero pari di nucleoni (A pari) è un numero intero o zero. Lo spin di un nucleo con un numero dispari di nucleoni (A dispari) è mezzo intero.

Il momento magnetico del nucleo. Il momento magnetico del nucleo (P m i) del nucleo confrontato con il momento magnetico degli elettroni di riempimento gusci di elettroni l'atomo è molto piccolo. Sul proprietà magnetiche atomo, il momento magnetico del nucleo non influisce. L'unità di misura del momento magnetico dei nuclei è il magnetone nucleare μ i = 5.05.38 ∙ 10 -27 J/T. È 1836 volte inferiore al momento magnetico dell'elettrone: il magnetone di Bohr μ B = 0,927 ∙ 10 -23 J / T.

Il momento magnetico del protone è pari a 2,793 μ i ed è parallelo allo spin del protone. Il momento magnetico del neutrone è pari a 1.914 μ i ed è antiparallelo allo spin del neutrone. I momenti magnetici dei nuclei sono dell'ordine del magnetone nucleare.

Per dividere un nucleo nei suoi nucleoni costituenti, è necessario eseguire una certa quantità di lavoro. Il valore di questo lavoro è una misura dell'energia di legame del nucleo.

L'energia di legame del nucleo è numericamente uguale al lavoro che deve essere fatto per dividere il nucleo nei suoi nucleoni costituenti e senza impartire loro energia cinetica.

Nel processo inverso della formazione di un nucleo, la stessa energia dovrebbe essere rilasciata dai nucleoni costituenti. Ciò deriva dalla legge di conservazione dell'energia. Pertanto, l'energia di legame del nucleo è uguale alla differenza tra l'energia dei nucleoni che compongono il nucleo e l'energia del nucleo:

ΔE \u003d E nuk - E i. (uno)

Tenendo conto della relazione tra massa ed energia (E = m ∙ c 2) e della composizione del nucleo, riscriviamo l'equazione (1) come segue:

ΔÅ = ∙ s 2 (2)

Valore

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

Uguale alla differenza tra le masse dei nucleoni che compongono il nucleo e la massa del nucleo stesso, si chiama difetto di massa.

L'espressione (2) può essere riscritta come:

ΔÅ = Δm ∙ s 2 (4)

Quelli. il difetto di massa è una misura dell'energia di legame di un nucleo.

Nella fisica nucleare, la massa dei nucleoni e dei nuclei è misurata in amu. (1 amu = 1,6603 ∙ 10 27 kg), e l'energia viene solitamente misurata in MeV.

Considerando che 1 MeV = 10 6 eV = 1.6021 ∙ 10 -13 J, troviamo il valore di energia corrispondente all'unità di massa atomica

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

Pertanto, l'energia di legame del nucleo in MeV è

ΔE sv = Δm ∙931,48 MeV (5)

Considerando che le tabelle di solito danno non la massa dei nuclei, ma la massa degli atomi, per il calcolo pratico del difetto di massa, invece della formula (3)

goderne un altro

Δm \u003d zm H + (A-z)m n - M a, (6)

Cioè, la massa del protone è stata sostituita dalla massa dell'atomo di idrogeno leggero, aggiungendo così z masse di elettroni, e la massa del nucleo è stata sostituita dalla massa dell'atomo M a, sottraendo così queste z masse di elettroni.

L'energia di legame per nucleone in un nucleo è chiamata energia di legame specifica.

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