Masės defektas ir branduolio surišimo energija. atomo branduolys

Atomo branduolyje esančius nukleonus sujungia branduolinės jėgos; todėl norint padalyti branduolį į atskirus jo protonus ir neutronus, reikia eikvoti daug energijos. Ši energija vadinama branduolio surišimo energija.

Toks pat energijos kiekis išsiskiria, kai laisvieji protonai ir neutronai susijungia ir sudaro branduolį. Todėl pagal specialiąją Einšteino reliatyvumo teoriją masė atomo branduolys turi būti mažesnė už laisvųjų protonų ir neutronų, iš kurių jis susidarė, masių sumą. Šis masių skirtumas Δm, atitinkantis energiją šerdies jungtysEsv, nustatomas pagal Einšteino ryšį:

Eb = с 2 Δm. (37.1)

Atominių branduolių surišimo energija yra tokia didelė, kad šis masės skirtumas yra gana prieinamas tiesioginiam matavimui. Masių spektrografų pagalba toks masių skirtumas iš tiesų buvo nustatytas visiems atomų branduoliams.

Skirtumas tarp likusių laisvųjų protonų ir neutronų masių, iš kurių susidaro branduolys, sumos ir branduolio masės vadinamas branduolio masės defektu. Ryšio energija dažniausiai išreiškiama megaelektronvoltais (MeV) (1 MeV=10 6 eV). Kadangi atominės masės vienetas (a.m.u.) yra 1,66 * 10 -27 kg, galite nustatyti jį atitinkančią energiją:

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.

Ryšio energiją galima išmatuoti tiesiogiai iš energijos balanso branduolio dalijimosi reakcijoje. Taigi, deuterono surišimo energija pirmą kartą buvo nustatyta jį skaidant γ-kvantais. Tačiau pagal (37.1) formulę rišimo energija gali būti nustatyti daug tiksliau, nes masių spektrografo pagalba izotopų masės gali būti išmatuotos 10 -4 % tikslumu.

Apskaičiuokime, pavyzdžiui, helio branduolio 4 2 He (α-dalelių) surišimo energiją. Jo masė atominiais vienetais yra M (4 2 He) = 4,001523; protonų masė mр=1,007276, neutronų masė mn=1,008665. Taigi helio branduolio masės defektas

Δm \u003d 2 / mp + 2 min - M (4 2 He),

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

Padauginus išE a.u.m = 931,4 MeV, gauname

Eb = 0,030359 * 931,4 MeV ≈ 28,3 MeV.

Masių spektrografu buvo išmatuotos visų izotopų masės ir nustatytas branduolių masės defektas bei rišimosi energija. Kai kurių izotopų branduolių surišimo energijos pateiktos lentelėje. 37.1. Tokių lentelių pagalba atliekami branduolinių reakcijų energijos skaičiavimai.

Jei bendra branduolių ir dalelių masė susidarė bet kurioje branduolinė reakcija, mažiau nei bendra pradinių branduolių ir dalelių masė, tada tokioje reakcijoje išsiskiria energija, atitinkanti šį masės sumažėjimą. Kai išsaugomas bendras protonų skaičius ir bendras neutronų skaičius, bendros masės sumažėjimas reiškia, kad dėl reakcijos padidėja bendros masės defektas ir naujuose branduoliuose esantys nukleonai yra dar stipriau susieti vienas su kitu nei pradiniuose branduoliuose. Išsiskyrusi energija yra lygi skirtumui tarp susidariusių branduolių suminės rišimosi energijos ir pradinių branduolių suminės rišimosi energijos ir ją galima rasti naudojantis lentele neskaičiuojant bendros masės pokyčio. Šią energiją galima išleisti į aplinką branduolių ir dalelių kinetinės energijos arba γ kvantų pavidalu. Reakcijos, kurią lydi energijos išsiskyrimas, pavyzdys yra bet kokia spontaniška reakcija.

Atlikime radžio virsmo radonu branduolinės reakcijos energijos skaičiavimą:

226 88 Ra → 222 86 Rn + 4 2 He.

Pradinio branduolio surišimo energija yra 1731,6 MeV (37.1 lentelė), o bendra susidariusių branduolių rišimosi energija yra 1708,2 + 28,3 = 1736,5 MeV ir yra 4,9 MeV didesnė už pradinio branduolio rišimosi energiją.

Vadinasi, ši reakcija išskiria 4,9 MeV energiją, kuri daugiausia yra α-dalelės kinetinė energija.

Jei reakcijos metu susidaro branduoliai ir dalelės, kurių bendra masė yra didesnė nei pradinių branduolių ir dalelių, tai tokia reakcija gali vykti tik sugeriant energiją, atitinkančią šį masės padidėjimą, ir niekada neatsiranda spontaniškai. Sugertos energijos kiekis lygus skirtumui tarp pradinių branduolių suminės rišimosi energijos ir reakcijos metu susidariusių branduolių suminės rišimosi energijos. Tokiu būdu galima apskaičiuoti, kokią kinetinę energiją turi turėti dalelė ar kitas branduolys susidūrus su tiksliniu branduoliu, kad įvyktų tokia reakcija, arba apskaičiuoti reikiamą γ kvanto reikšmę skilimui. branduolio.

Taigi, minimali γ-kvanto vertė, reikalinga deuterono skilimui, yra lygi deuterono surišimo energijai 2,2 MeV, nes šioje reakcijoje:

2 1 H + γ → 1 1 H + 0 n 1

susidaro laisvasis protonas ir neutronas (Eb = 0).

Geras tokio pobūdžio teorinių skaičiavimų sutapimas su eksperimentų rezultatais rodo aukščiau pateikto atomo branduolių masės defekto paaiškinimo teisingumą ir patvirtina reliatyvumo teorijos nustatytą principą, masės ir energijos proporcingumą.

Reikėtų pažymėti, kad reakcijos įvyksta elementariųjų dalelių transformacija (pavyzdžiui, β-skilimas), kartu su išsiskyrimu arba energijos sugėrimas, atitinkantis bendros dalelių masės kitimą.

Svarbi branduolio charakteristika yra vidutinė branduolio surišimo energija vienam nukleonui Eb/A (37.1 lentelė). Kuo jis didesnis, tuo stipresni nukleonai tarpusavyje susiję, tuo stipresnis branduolys. Iš lentelės. 37.1 rodo, kad daugumos branduolių Eb/A vertė yra maždaug 8 MeV vienam nukleonui ir mažėja labai lengviems ir sunkiems branduoliams. Tarp lengvųjų branduolių išsiskiria helio branduolys.

Eb/A reikšmės priklausomybė nuo branduolio A masės skaičiaus parodyta fig. 37.12. Lengvuosiuose branduoliuose didelė nukleonų dalis yra branduolio paviršiuje, kur jie nevisiškai išnaudoja savo ryšius, o Eb/A reikšmė nedidelė. Didėjant branduolio masei, paviršiaus ir tūrio santykis mažėja, o paviršiuje esančių nukleonų dalis mažėja.. Todėl Eb/A auga. Tačiau didėjant nukleonų skaičiui branduolyje, didėja Kulono atstūmimo jėgos tarp protonų, susilpnėja ryšiai branduolyje, o sunkiųjų branduolių Eb/A reikšmė mažėja. Taigi vidutinės masės kernams (esant A = 50-60) Eb/A reikšmė yra didžiausia, todėl jos išsiskiria didžiausiu stiprumu.

tai reiškia svarbi išvada. Sunkiųjų branduolių dalijimosi į du vidutinius branduolius reakcijose, taip pat sintezuojant vidutinį ar lengvąjį branduolį iš dviejų lengvesnių branduolių, gaunami branduoliai, stipresni už pradinius (kurių Eb/A vertė didesnė) . Tai reiškia, kad tokių reakcijų metu išsiskiria energija. Tai yra pagrindas gauti atominę energiją dalijant sunkiuosius branduolius ir termobranduolinę energiją – branduolių sintezėje.

Atomo branduolyje esančius nukleonus sujungia branduolinės jėgos; todėl norint padalyti branduolį į atskirus jo protonus ir neutronus, reikia eikvoti daug energijos. Ši energija vadinama branduolio surišimo energija.

Toks pat energijos kiekis išsiskiria, kai laisvieji protonai ir neutronai susijungia ir sudaro branduolį. Todėl pagal specialiąją Einšteino reliatyvumo teoriją atomo branduolio masė turi būti mažesnė už laisvųjų protonų ir neutronų, iš kurių jis susidarė, masių sumą. Šis masės skirtumas, atitinkantis branduolio surišimo energiją, nustatomas pagal Einšteino ryšį (§ 36.7):

Skirtumas tarp likusių laisvųjų protonų ir neutronų masių, iš kurių susidaro branduolys, sumos ir branduolio masės vadinamas branduolio masės defektu.

Ryšio energija paprastai išreiškiama megaelektronvoltais (MeV). Kadangi atominės masės vienetas (a.m.u.) yra lygus kg, galime nustatyti jį atitinkančią energiją:

Ryšio energiją galima išmatuoti tiesiogiai iš energijos balanso branduolio dalijimosi reakcijoje. Taigi deuterono surišimo energija pirmą kartą buvo nustatyta jį skaidant y kvantais. Tačiau iš (37.1) formulės rišimosi energiją galima nustatyti daug tiksliau, kadangi masių spektrografo pagalba galima išmatuoti izotopų mases tikslumu.

Apskaičiuokime, pavyzdžiui, helio branduolio surišimo energiją.Jo masė atominiais vienetais lygi protono masei ir neutrono masei. Taigi helio branduolio masės defektas

Padauginus iš MeV, gauname

37.1 lentelė. (žr. nuskaitymą) Atominių branduolių surišimo energija

Jei bet kurioje branduolinėje reakcijoje susidariusių branduolių ir dalelių bendra masė yra mažesnė už bendrą pradinių branduolių ir dalelių masę, tai tokioje reakcijoje išsiskiria energija, atitinkanti šį masės sumažėjimą. Kai išsaugomas bendras protonų skaičius ir bendras neutronų skaičius, bendros masės sumažėjimas reiškia, kad dėl reakcijos padidėja bendros masės defektas ir naujuose branduoliuose esantys nukleonai yra dar stipriau susieti vienas su kitu nei pradiniuose branduoliuose. Išsiskyrusi energija yra lygi skirtumui tarp susidariusių branduolių suminės rišimosi energijos ir pradinių branduolių suminės rišimosi energijos ir ją galima rasti naudojantis lentele neskaičiuojant bendros masės pokyčio. Ši energija gali būti išleista į aplinką branduolių ir dalelių kinetinės energijos arba y-kvantų pavidalu. Reakcijos, kurią lydi energijos išsiskyrimas, pavyzdys yra bet kokia spontaniška reakcija.

Atlikime radžio virsmo radonu branduolinės reakcijos energijos skaičiavimą:

Pradinio branduolio surišimo energija yra 1731,6 MeV (37.1 lentelė), o bendra susidariusių branduolių rišimosi energija yra lygi MeV ir yra 4,9 MeV didesnė už pradinio branduolio rišimosi energiją.

Todėl šioje reakcijoje išsiskiria 4,9 MeV energija, kuri daugiausia sudaro a-dalelės kinetinę energiją.

Jei reakcijos metu susidaro branduoliai ir dalelės, kurių bendra masė yra didesnė nei pradinių branduolių ir dalelių, tai tokia reakcija gali vykti tik sugeriant energiją, atitinkančią šį masės padidėjimą, ir niekada neatsiranda spontaniškai. Sugertos energijos kiekis lygus skirtumui tarp pradinių branduolių suminės rišimosi energijos ir reakcijos metu susidariusių branduolių suminės rišimosi energijos. Tokiu būdu galima apskaičiuoti, kokią kinetinę energiją turi turėti dalelė ar kitas branduolys susidūrus su tiksliniu branduoliu, kad įvyktų tokia reakcija, arba apskaičiuoti reikiamą -kvanto reikšmę bet kurio branduolio skilimui.

Taigi, minimali deuterono skilimui reikalinga kvanto reikšmė yra lygi deuterono rišimo energijai 2,2 MeV, nes

šioje reakcijoje:

susidaro laisvasis protonas ir neutronas

Reikėtų pažymėti, kad reakcijas, kurių metu vyksta elementariųjų dalelių transformacija (pavyzdžiui, -skilimas), taip pat išsiskiria arba absorbuojama energija, atitinkanti bendros dalelių masės pasikeitimą.

Svarbi branduolio charakteristika yra vidutinė branduolio surišimo energija vienam nukleonui (37.1 lentelė). Kuo jis didesnis, tuo stipresni nukleonai tarpusavyje susiję, tuo stipresnis branduolys. Iš lentelės. 37.1 rodo, kad daugumos branduolių vertė yra apie 8 MeV vienam. nukleonas, o mažėja labai lengviems ir sunkiems branduoliams. Tarp lengvųjų branduolių išsiskiria helio branduolys.

Reikšmės priklausomybė nuo branduolio masės skaičiaus A parodyta fig. 37.12. Lengvuosiuose branduoliuose didelė nukleonų dalis yra branduolio paviršiuje, kur jie nevisiškai išnaudoja savo ryšius, o vertė yra maža. Didėjant branduolio masei, paviršiaus ir tūrio santykis mažėja, o paviršiuje esančių nukleonų dalis mažėja. Todėl jis auga. Tačiau didėjant nukleonų skaičiui branduolyje, didėja Kulono atstūmimo jėgos tarp protonų, todėl susilpnėja branduolio ryšiai, mažėja sunkiųjų branduolių dydis. Taigi vidutinės masės branduolių vertė yra didžiausia (taigi jie išsiskiria didžiausiu stiprumu.

Iš to išplaukia svarbi išvada. Sunkiųjų branduolių dalijimosi į du vidutinius branduolius reakcijose, taip pat vidutinio ar lengvojo branduolio sintezėje iš dviejų lengvesnių branduolių gaunami stipresni už pirminius branduolius (kurių vertė didesnė. Tai reiškia, kad energija tokių reakcijų metu išsiskiria.Tai pagrįsta atominės energijos gamyba dalijantis sunkiųjų branduolių (§ 39.2) ir termobranduolinės energijos – branduolių sintezės metu (§ 39.6).

Branduolio viduje esančius nukleonus laiko kartu branduolinės jėgos. Juos laiko tam tikra energija. Tiesiogiai šią energiją išmatuoti gana sunku, tačiau tai galima padaryti netiesiogiai. Logiška manyti, kad energija, reikalinga nukleonų ryšiui branduolyje nutraukti, bus lygi arba didesnė už energiją, kuri laiko nukleonus kartu.

Surišimo energija ir branduolinė energija

Šią panaudotą energiją jau lengviau išmatuoti. Akivaizdu, kad ši reikšmė labai tiksliai atspindės energijos, kuri išlaiko nukleonus branduolio viduje, vertę. Todėl vadinama minimali energija, reikalinga branduoliui suskaidyti į atskirus nukleonus branduolinę rišamąją energiją.

Masės ir energijos santykis

Žinome, kad bet kokia energija yra tiesiogiai proporcinga kūno masei. Todėl natūralu, kad branduolio surišimo energija priklausys ir nuo dalelių, sudarančių šį branduolį, masės. Šiuos santykius užmezgė Albertas Einšteinas 1905 m. Jis vadinamas masės ir energijos santykio dėsniu. Pagal šį dėsnį dalelių sistemos vidinė energija arba likusi energija yra tiesiogiai proporcinga dalelių, sudarančių šią sistemą, masei:

kur E yra energija, m yra masė,
c yra šviesos greitis vakuume.

Masinio defekto efektas

Dabar tarkime, kad mes suskaidėme atomo branduolį į jį sudarančius nukleonus arba kad iš branduolio paėmėme tam tikrą skaičių nukleonų. Dirbdami išeikvojome šiek tiek energijos branduolinių jėgų įveikimui. Atvirkštinio proceso - branduolio susiliejimo arba nukleonų pridėjimo prie jau esančio branduolio atveju, energija, pagal tvermės dėsnį, atvirkščiai, bus išleista. Kai dėl kokių nors procesų keičiasi dalelių sistemos ramybės energija, atitinkamai kinta ir jų masė. Formulės šiuo atveju bus taip:

∆m=(∆E_0)/c^2 arba ∆E_0 = ∆mc^2,

čia ∆E_0 yra dalelių sistemos ramybės energijos pokytis,
∆m – dalelių masės pokytis.

Pavyzdžiui, nukleonų susiliejimo ir branduolio susidarymo atveju mes išskiriame energiją ir sumažiname bendrą nukleonų masę. Masę ir energiją nuneša skleidžiami fotonai. Tai yra masinio defekto efektas.. Branduolio masė visada yra mažesnė už nukleonų, sudarančių šį branduolį, masių sumą. Skaitmeniškai masės defektas išreiškiamas taip:

∆m=(Zm_p+Nm_n)-M_i,

kur M_m yra branduolio masė,
Z yra protonų skaičius branduolyje,
N yra neutronų skaičius branduolyje,
m_p yra laisvųjų protonų masė,
m_n yra laisvojo neutrono masė.

Dviejų aukščiau pateiktų formulių reikšmė ∆m yra reikšmė, kuria pasikeičia bendra branduolio dalelių masė, kai kinta jo energija dėl plyšimo ar susiliejimo. Sintezės atveju šis kiekis bus masės defektas.

Parametrų pavadinimas	Reikšmė
Straipsnio tema:	Masės defektas ir branduolio surišimo energija
Rubrika (teminė kategorija)	Radijas

Tyrimai rodo, kad atomų branduoliai yra stabilūs dariniai. Tai reiškia, kad tarp nukleonų branduolyje yra tam tikras ryšys.

Branduolių masę galima labai tiksliai nustatyti naudojant masių spektrometrai - matavimo prietaisai, atskiriantys įkrautų dalelių (dažniausiai jonų) pluoštus su skirtingais specifiniais krūviais naudojant elektrinius ir magnetinius laukus K/t. Masių spektrometriniai matavimai tai parodė branduolio masė mažesnė už jį sudarančių nukleonų masių sumą. Bet kadangi bet koks masės pokytis (žr. § 40) turi atitikti energijos pokytį, vadinasi, formuojantis branduoliui turi išsiskirti tam tikra energija. Iš energijos tvermės dėsnio taip pat išplaukia priešingai: norint padalinti branduolį į jo sudedamąsias dalis, nepaprastai svarbu išleisti tiek pat energijos, jo formavimosi metu išsiskiria ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ. Energija, kurią nepaprastai svarbu išleisti. branduoliui suskaidyti į atskirus nukleonus įprasta vadinti branduolinę rišamąją energiją(žr. § 40).

Pagal išraišką (40.9) nukleonų ir branduolių surišimo energija

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

kur m p, m n, m i yra atitinkamai protono, neutrono ir branduolio masės. Lentelės dažniausiai neduoda masių. m i branduoliai ir masės t atomai. Dėl šios priežasties branduolio surišimo energijos formulė yra

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

kur m N yra vandenilio atomo masė. Kaip m N daugiau m p , pagal sumą aš, tada pirmasis terminas laužtiniuose skliaustuose apima masę Z elektronų. Bet kadangi atomo masė t skiriasi nuo branduolio masės m i tik ant elektronų masės, tada skaičiavimai naudojant (252 1) ir (252.2) formules duoda tuos pačius rezultatus. Vertė

Δ t = [Zmp +(A–Z)m n] –m i (252.3)

paskambino masės defektas branduoliai. Visų nukleonų masė tokiu dydžiu sumažėja, kai iš jų susidaro atomo branduolys. Dažnai manoma, kad vietoj privalomos energijos specifinė ryšio energijaδE Šv yra surišimo energija vienam nukleonui. Jis apibūdina atomų branduolių stabilumą (stiprumą), ᴛ.ᴇ. daugiau δE Šv, tuo stabilesnė šerdis. Savitoji surišimo energija priklauso nuo masės skaičiaus BET elementas (45 pav.). Lengviesiems branduoliams ( BET≥ 12) specifinė surišimo energija staigiai didėja iki 6 ÷ 7 MeV, patiriant daugybę šuolių (pavyzdžiui, H δE Šv= 1,1 MeV, He - 7,1 MeV, Li - 5,3 MeV), tada lėčiau didėja iki maksimali vertė 8,7 MeV elementams su BET= 50 ÷ 60, o tada palaipsniui mažėja sunkiųjų elementų atveju (pavyzdžiui, U yra 7,6 MeV). Palyginimui atkreipkite dėmesį, kad valentinių elektronų surišimo energija atomuose yra maždaug 10 eV (10–6 kartus mažesnė).

Mažinti specifinė energija ryšys perėjimo prie sunkiųjų elementų metu paaiškinamas tuo, kad didėjant protonų skaičiui branduolyje, didėja ir jų energija. Kulono atstūmimas. Dėl šios priežasties ryšys tarp nukleonų tampa ne toks stiprus, o patys branduoliai tampa ne tokie stiprūs.

Stabiliausi yra vadinamieji stebuklingos šerdys, kuriame protonų skaičius arba neutronų skaičius lygus vienam iš magiški skaičiai: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Ypač stabilus dvigubos magiškos šerdys, kuriame ir protonų, ir neutronų skaičius yra magiškas (šių branduolių yra tik penki: He, O, Ca, Pb).

Iš pav. 45 iš to seka, kad periodinės lentelės vidurinės dalies branduoliai yra stabiliausi energetiniu požiūriu. Sunkieji ir lengvieji branduoliai yra mažiau stabilūs. Tai reiškia, kad energetiškai palankūs yra šie procesai:

1) sunkiųjų branduolių dalijimasis į lengvesnius;

2) lengvųjų branduolių susiliejimas tarpusavyje į sunkesnius.

Abu procesai išskiria milžiniškus energijos kiekius; šie procesai šiuo metu vykdomi praktiškai (skilimo reakcija ir termobranduolinės reakcijos).

Masės defektas ir branduolio surišimo energija – samprata ir rūšys. Kategorijos „Branduolių masės defektas ir surišimo energija“ klasifikacija ir ypatumai 2017, 2018 m.

Atomo branduolys. masės defektas. Atomo branduolio surišimo energija

Atomo branduolys yra centrinė atomo dalis, kurioje sutelktas visas teigiamas krūvis ir beveik visa masė.

Visų atomų branduoliai sudaryti iš dalelių, vadinamų nukleonai. Nukleonai gali būti dviejų būsenų – elektrinio krūvio ir neutralios. Įkrautos būsenos nukleonas vadinamas protonu. Protonas (p) yra lengviausio branduolys cheminis elementas- vandenilis. Protono krūvis lygus elementariajam teigiamam krūviui, kurio dydis lygus elementariajam neigiamam krūviui q e = 1,6 ∙ 10 -19 C, t.y. elektrono krūvis. Nukleonas, esantis neutralioje (neįkrauto) būsenoje, vadinamas neutronu (n). Abiejų būsenų nukleonų masės mažai skiriasi viena nuo kitos, t.y. m n ≈ m p .

Nukleonai nėra elementariosios dalelės. Jie turi sudėtingą vidinę struktūrą ir susideda iš dar mažesnių materijos dalelių – kvarkų.

Pagrindinės atomo branduolio charakteristikos yra krūvis, masė, sukimasis ir magnetinis momentas.

Pagrindinis mokestis nustatomas pagal protonų skaičių (z), sudarančių branduolį. Branduolinis krūvis (zq) skirtingiems cheminiams elementams yra skirtingas. Skaičius z vadinamas atominiu skaičiumi arba krūvio skaičiumi. Atominis skaičius yra cheminio elemento atominis skaičius periodinė sistema D. Mendelejevo elementai. Branduolio krūvis taip pat lemia elektronų skaičių atome. Elektronų skaičius atome lemia jų pasiskirstymą energetiniuose apvalkaluose ir posluoksniuose, taigi ir visuose fizikines ir chemines savybes atomas. Branduolinis krūvis lemia tam tikro cheminio elemento specifiką.

Šerdies masė Branduolio masė nustatoma pagal nukleonų, sudarančių branduolį, skaičių (A). Nukleonų skaičius branduolyje (A) vadinamas masės skaičiumi. Neutronų skaičių (N) branduolyje galima rasti, jei nuo iš viso nukleonai (A) atima protonų skaičių (z), t.y. N=F-z. Periodinėje lentelėje iki jos vidurio protonų ir neutronų skaičius atomų branduoliuose yra maždaug vienodas, t.y. (А-z)/z= 1, lentelės pabaigoje (А-z)/z= 1,6.

Atomų branduoliai paprastai žymimi taip:

X - cheminio elemento simbolis;

Z yra atominis skaičius;

A yra masės skaičius.

Matuojant branduolių mases paprastos medžiagos buvo nustatyta, kad dauguma cheminių elementų yra sudaryti iš atomų grupių. Turėdami tą patį krūvį, skirtingų grupių branduoliai skiriasi masėmis. Tam tikro cheminio elemento atomų atmainos, kurios skiriasi branduolių masėmis, vadinamos izotopų. Izotopų branduoliai turi tas pats numeris protonų, bet skirtingas numeris neutronai ( ir ; , , , ; , , ).

Be izotopų branduolių (z – vienodi, A – skirtingi), yra ir branduolių izobarai(z – kitoks, A – tas pats). ( ir ).

Nukleonų, atomų branduolių, atomų, elektronų ir kitų dalelių masės branduolinė fizikaįprasta matuoti ne „KG“, atominės masės vienetais (amu – kitaip vadinamas anglies masės vienetu ir žymimas „e“). Atominės masės vienetui (1e) imama 1/12 anglies atomo masės 1e = 1,6603 ∙ 10 -27 kg.

Nukleonų masės: m p -1,00728 e, m n =1,00867 e.

Matome, kad „e“ išreikšta branduolio masė bus parašyta kaip skaičius, artimas A.

Branduolio sukimasis. Branduolio mechaninis kampinis impulsas (sukinys) yra lygus nukleonų, sudarančių branduolį, sukinių vektorinei sumai. Protono ir neutrono sukinys yra lygus L = ± 1/2ћ. Atitinkamai, branduolių su lyginiu skaičiumi nukleonų sukinys (A lyginis) yra sveikas skaičius arba nulis. Branduolio su nelyginiu skaičiumi nukleonų (A nelyginis) sukinys yra pusiau sveikasis skaičius.

Branduolio magnetinis momentas. Branduolio branduolio magnetinis momentas (P m i) lyginant su elektronų prisipildymo magnetiniu momentu elektronų apvalkalai atomas yra labai mažas. Ant magnetines savybes atomo, branduolio magnetinis momentas neturi įtakos. Branduolių magnetinio momento matavimo vienetas yra branduolio magnetonas μ i = 5,05,38 ∙ 10 -27 J/T. Jis yra 1836 kartus mažesnis už elektrono magnetinį momentą - Boro magnetonas μ B = 0,927 ∙ 10 -23 J / T.

Protono magnetinis momentas lygus 2,793 μi ir yra lygiagretus protono sukiniui. Neutrono magnetinis momentas lygus 1,914 μ i ir yra antilygiagretus neutrono sukimuisi. Branduolių magnetiniai momentai yra branduolinio magnetono eilės.

Norint padalinti branduolį į jį sudarančius nukleonus, reikia atlikti tam tikrą darbą. Šio darbo vertė yra branduolio surišimo energijos matas.

Branduolio surišimo energija skaitine prasme yra lygi darbui, kurį reikia atlikti norint padalinti branduolį į jį sudarančius nukleonus ir nesuteikiant jiems kinetinės energijos.

Atvirkštiniame branduolio susidarymo procese ta pati energija turėtų išsiskirti iš sudedamųjų nukleonų. Tai išplaukia iš energijos tvermės dėsnio. Todėl branduolio surišimo energija yra lygi skirtumui tarp nukleonų, sudarančių branduolį, energijos ir branduolio energijos:

ΔE \u003d E nuk - E i. (vienas)

Atsižvelgdami į masės ir energijos ryšį (E = m ∙ c 2) ir branduolio sudėtį, perrašome (1) lygtį taip:

ΔЕ = ∙ s 2 (2)

Vertė

Δm \u003d zm p + (A-z) m n - M i, (3)

Lygus skirtumui tarp nukleonų, sudarančių branduolį, ir paties branduolio masės, vadinamas masės defektu.

Išraiška (2) gali būti perrašyta taip:

ΔЕ = Δm ∙ s 2 (4)

Tie. masės defektas yra branduolio surišimo energijos matas.

Branduolinėje fizikoje nukleonų ir branduolių masė matuojama amu. (1 amu = 1,6603 ∙ 10 27 kg), o energija paprastai matuojama MeV.

Atsižvelgiant į tai, kad 1 MeV = 10 6 eV = 1,6021 ∙ 10 -13 J, randame energijos vertę, atitinkančią atominės masės vienetą

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

Taigi, branduolio rišimosi energija MeV yra

ΔE sv = Δm ∙931,48 MeV (5)

Atsižvelgiant į tai, kad praktiniam masės defekto skaičiavimui lentelėse dažniausiai pateikiama ne branduolių, o atomų masė, o ne formulė (3)

mėgautis kitu

Δm \u003d zm H + (A-z)m n - M a, (6)

Tai yra, protono masė buvo pakeista lengvojo vandenilio atomo mase, tokiu būdu pridedant z elektronų mases, o branduolio masė buvo pakeista atomo M a mase, taip atimant šias z elektronų mases.

Surišimo energija, tenkanti vienam nukleonui branduolyje, vadinama specifine surišimo energija.

(7)