Masas defekts un kodolsaistīšanas enerģija. atoma kodols

Nuklonus atoma kodolā saista kodolspēki; tāpēc, lai sadalītu kodolu tā atsevišķos protonos un neitronos, nepieciešams iztērēt daudz enerģijas. Šo enerģiju sauc par kodola saistīšanas enerģiju.

Tāds pats enerģijas daudzums tiek atbrīvots, kad brīvie protoni un neitroni apvienojas, veidojot kodolu. Tāpēc saskaņā ar Einšteina īpašo relativitātes teoriju masa atoma kodols jābūt mazākai par brīvo protonu un neitronu masu summu, no kuras tas veidojies. Šī masas starpība Δm, kas atbilst enerģijai kodola savienojumiEsv nosaka Einšteina attiecība:

Eb = с 2 Δm. (37.1)

Atomu kodolu saistīšanas enerģija ir tik augsta, ka šī masas atšķirība ir diezgan pieejama tiešam mērījumam. Ar masas spektrogrāfu palīdzību šāda masu atšķirība patiešām ir konstatēta visiem atomu kodoliem.

Atšķirību starp atlikušo brīvo protonu un neitronu masu summu, no kurām veidojas kodols, un kodola masu sauc par kodola masas defektu. Saistošo enerģiju parasti izsaka megaelektronvoltos (MeV) (1 MeV=10 6 eV). Tā kā atommasas vienība (am.m.) ir 1,66 * 10 -27 kg, varat noteikt tai atbilstošo enerģiju:

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.

Saistošo enerģiju var izmērīt tieši no enerģijas bilances kodola skaldīšanas reakcijā. Tādējādi deuterona saistīšanās enerģija pirmo reizi tika noteikta tā sadalīšanas laikā ar γ-kvantiem. Tomēr no formulas (37.1) saistīšanas enerģija var būt noteikt daudz precīzāk, jo ar masu spektrogrāfa palīdzību izotopu masas var izmērīt ar 10 -4% precizitāti.

Aprēķināsim, piemēram, hēlija kodola saistīšanas enerģiju 4 2 He (α-daļiņas). Tā masa atomu vienībās ir M (4 2 He) = 4,001523; protonu masa mр=1,007276, neitronu masa mn=1,008665. Līdz ar to hēlija kodola masas defekts

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

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

Reizinot arE a.u.m = 931,4 MeV, mēs iegūstam

Eb = 0,030359 * 931,4 MeV ≈ 28,3 MeV.

Izmantojot masas spektrogrāfu, tika izmērītas visu izotopu masas un noteikts kodolu masas defekts un saistīšanās enerģija. Dažu izotopu kodolu saistīšanās enerģijas ir norādītas tabulā. 37.1. Ar šādu tabulu palīdzību tiek veikti kodolreakciju enerģijas aprēķini.

Ja kopējā kodolu un daļiņu masa izveidojās kādā kodolreakcija, mazāka par sākotnējo kodolu un daļiņu kopējo masu, tad šādā reakcijā atbrīvojas šim masas samazinājumam atbilstošā enerģija. Saglabājoties kopējam protonu skaitam un kopējam neitronu skaitam, kopējās masas samazināšanās nozīmē, ka reakcijas rezultātā palielinās kopējais masas defekts un jaunajos kodolos esošie nukleoni ir vēl spēcīgāk saistīti viens ar otru nekā sākotnējos kodolos. Atbrīvotā enerģija ir vienāda ar starpību starp izveidoto kodolu kopējo saistīšanas enerģiju un sākotnējo kodolu kopējo saistīšanas enerģiju, un to var atrast, izmantojot tabulu, neaprēķinot kopējās masas izmaiņas. Šo enerģiju var atbrīvot vide kodolu un daļiņu kinētiskās enerģijas veidā vai γ-kvantu veidā. Reakcijas, ko pavada enerģijas izdalīšanās, piemērs ir jebkura spontāna reakcija.

Veiksim rādija pārvēršanās radonā kodolreakcijas enerģijas aprēķinu:

226 88 Ra → 222 86 Rn + 4 2 He.

Sākotnējā kodola saistīšanas enerģija ir 1731,6 MeV (37.1. tabula), un izveidoto kodolu kopējā saistīšanās enerģija ir 1708,2 + 28,3 = 1736,5 MeV un ir par 4,9 MeV lielāka nekā sākotnējā kodola saistīšanas enerģija.

Līdz ar to šī reakcija atbrīvo enerģiju 4,9 MeV, kas galvenokārt ir α-daļiņas kinētiskā enerģija.

Ja reakcijas rezultātā veidojas kodoli un daļiņas, kuru kopējā masa ir lielāka par sākotnējo kodolu un daļiņu masu, tad šāda reakcija var noritēt tikai ar šim masas pieaugumam atbilstošu enerģijas absorbciju, un nekad nenotiek spontāni. Absorbētās enerģijas daudzums ir vienāds ar starpību starp sākotnējo kodolu kopējo saistīšanas enerģiju un reakcijā izveidoto kodolu kopējo saistīšanas enerģiju. Tādā veidā ir iespējams aprēķināt, kādai kinētiskajai enerģijai jābūt daļiņai vai citam kodolam sadursmē ar mērķa kodolu, lai veiktu šāda veida reakciju, vai arī aprēķināt nepieciešamo γ-kvanta vērtību sadalīšanai. no kodola.

Tātad deuterona sadalīšanai nepieciešamā γ-kvanta minimālā vērtība ir vienāda ar deuterona saistīšanas enerģiju 2,2 MeV, jo šajā reakcijā:

2 1 H + γ → 1 1 H + 0 n 1

veidojas brīvs protons un neitrons (Eb = 0).

Šāda veida teorētisko aprēķinu laba sakritība ar eksperimentu rezultātiem parāda iepriekš minētā atomu kodolu masas defekta skaidrojuma pareizību un apstiprina relativitātes teorijas noteikto principu, masas un enerģijas proporcionalitāti.

Jāatzīmē, ka reakcijas notiek elementārdaļiņu transformācija (piemēram, β-sabrukšana), ko pavada arī izdalīšanās vai enerģijas absorbcija, kas atbilst daļiņu kopējās masas izmaiņām.

Svarīgs kodola raksturlielums ir kodola vidējā saistīšanās enerģija uz vienu nukleonu Eb/A (37.1. tabula). Jo lielāks tas ir, jo spēcīgāki nukleoni ir savstarpēji saistīti, jo spēcīgāks ir kodols. No tabulas. 37.1 parāda, ka lielākajai daļai kodolu Eb/A vērtība ir aptuveni 8 MeV uz vienu nukleonu un samazinās ļoti viegliem un smagiem kodoliem. Vieglo kodolu vidū izceļas hēlija kodols.

Eb/A vērtības atkarība no kodola A masas skaitļa parādīta att. 37.12. Vieglajos kodolos liela nukleonu daļa atrodas uz kodola virsmas, kur tie pilnībā neizmanto savas saites, un Eb/A vērtība ir maza. Palielinoties kodola masai, virsmas attiecība pret tilpumu samazinās un nukleonu daļa, kas atrodas uz virsmas, samazinās.. Tāpēc Eb/A aug. Taču, palielinoties nukleonu skaitam kodolā, Kulona atgrūšanas spēki starp protoniem palielinās, vājinot saites kodolā, un Eb/A vērtība smagajiem kodoliem samazinās. Tādējādi vidējas masas serdeņiem (pie A = 50-60) Eb/A vērtība ir maksimālā, tāpēc tās izceļas ar vislielāko stiprību.

tas nozīmē svarīgs secinājums. Smago kodolu sadalīšanās reakcijās divos vidējos kodolos, kā arī vidēja vai vieglā kodola sintēzē no diviem vieglākiem kodoliem tiek iegūti kodoli, kas ir spēcīgāki par sākotnējiem (ar lielāku Eb/A vērtību) . Tas nozīmē, ka šādu reakciju laikā tiek atbrīvota enerģija. Tas ir pamats atomenerģijas iegūšanai smago kodolu sadalīšanās procesā un kodoltermiskās enerģijas iegūšanai – kodolu saplūšanā.

Nuklonus atoma kodolā saista kodolspēki; tāpēc, lai sadalītu kodolu tā atsevišķos protonos un neitronos, nepieciešams iztērēt daudz enerģijas. Šo enerģiju sauc par kodola saistīšanas enerģiju.

Tāds pats enerģijas daudzums tiek atbrīvots, kad brīvie protoni un neitroni apvienojas, veidojot kodolu. Tāpēc saskaņā ar Einšteina īpašo relativitātes teoriju atoma kodola masai jābūt mazākai par brīvo protonu un neitronu masu summu, no kuras tas veidojies. Šo masu starpību, kas atbilst kodola saistīšanas enerģijai, nosaka Einšteina sakarība (§ 36.7):

Atšķirību starp atlikušo brīvo protonu un neitronu masu summu, no kurām veidojas kodols, un kodola masu sauc par kodola masas defektu.

Saistošo enerģiju parasti izsaka mega-elektronvoltos (MeV). Tā kā atommasas vienība (am.m.) ir vienāda ar kg, varam noteikt tai atbilstošo enerģiju:

Saistošo enerģiju var izmērīt tieši no enerģijas bilances kodola skaldīšanas reakcijā. Tādējādi deuterona saistīšanās enerģija pirmo reizi tika noteikta tā sadalīšanas laikā ar y-kvantiem. Taču pēc formulas (37.1.) saistīšanas enerģiju var noteikt daudz precīzāk, jo ar masu spektrogrāfa palīdzību izotopu masas iespējams izmērīt ar precizitāti.

Aprēķināsim, piemēram, hēlija kodola saistīšanas enerģiju, kura masa atomu vienībās ir vienāda ar protona masu un neitrona masu. Līdz ar to hēlija kodola masas defekts

Reizinot ar MeV, mēs iegūstam

Tabula 37.1. (sk. skenēšanu) Atomu kodolu saistīšanas enerģija

Ja jebkurā kodolreakcijā radušos kodolu un daļiņu kopējā masa ir mazāka par sākotnējo kodolu un daļiņu kopējo masu, tad šādā reakcijā atbrīvojas šim masas samazinājumam atbilstošā enerģija. Saglabājoties kopējam protonu skaitam un kopējam neitronu skaitam, kopējās masas samazināšanās nozīmē, ka reakcijas rezultātā palielinās kopējais masas defekts un jaunajos kodolos esošie nukleoni ir vēl spēcīgāk saistīti viens ar otru nekā sākotnējos kodolos. Atbrīvotā enerģija ir vienāda ar starpību starp izveidoto kodolu kopējo saistīšanas enerģiju un sākotnējo kodolu kopējo saistīšanas enerģiju, un to var atrast, izmantojot tabulu, neaprēķinot kopējās masas izmaiņas. Šo enerģiju var izdalīt vidē kodolu un daļiņu kinētiskās enerģijas vai y-kvantu veidā. Reakcijas, ko pavada enerģijas izdalīšanās, piemērs ir jebkura spontāna reakcija.

Veiksim rādija pārvēršanās radonā kodolreakcijas enerģijas aprēķinu:

Sākotnējā kodola saistīšanas enerģija ir 1731,6 MeV (37.1. tabula), un izveidoto kodolu kopējā saistīšanas enerģija ir vienāda ar MeV un ir par 4,9 MeV lielāka nekā sākotnējā kodola saistīšanās enerģija.

Līdz ar to šajā reakcijā izdalās 4,9 MeV enerģija, kas galvenokārt veido a-daļiņas kinētisko enerģiju.

Ja reakcijas rezultātā veidojas kodoli un daļiņas, kuru kopējā masa ir lielāka par sākotnējo kodolu un daļiņu masu, tad šāda reakcija var noritēt tikai ar šim masas pieaugumam atbilstošu enerģijas absorbciju, un nekad nenotiek spontāni. Absorbētās enerģijas daudzums ir vienāds ar starpību starp sākotnējo kodolu kopējo saistīšanas enerģiju un reakcijā izveidoto kodolu kopējo saistīšanas enerģiju. Tādā veidā var aprēķināt, kādai kinētiskajai enerģijai jābūt daļiņai vai citam kodolam sadursmē ar mērķa kodolu, lai veiktu šāda veida reakciju, vai arī aprēķināt nepieciešamo kvanta vērtību jebkura kodola sadalīšanai.

Tātad deuterona sadalīšanai nepieciešamā kvanta minimālā vērtība ir vienāda ar deuterona saistīšanas enerģiju 2,2 MeV, jo

šajā reakcijā:

veidojas brīvie protoni un neitroni

Jāņem vērā, ka reakcijām, kurās notiek elementārdaļiņu transformācija (piemēram, -sabrukšana), notiek arī enerģijas izdalīšanās vai absorbcija, kas atbilst daļiņu kopējās masas izmaiņām.

Svarīgs kodola raksturlielums ir kodola vidējā saistīšanās enerģija uz vienu nukleonu (37.1. tabula). Jo lielāks tas ir, jo spēcīgāki nukleoni ir savstarpēji saistīti, jo spēcīgāks ir kodols. No tabulas. 37.1 parāda, ka lielākajai daļai kodolu vērtība ir aptuveni 8 MeV uz. nukleonu un samazinās ļoti viegliem un smagiem kodoliem. Vieglo kodolu vidū izceļas hēlija kodols.

Vērtības atkarība no kodola A masas skaitļa parādīta att. 37.12. Vieglajos kodolos liela nukleonu daļa atrodas uz kodola virsmas, kur tie pilnībā neizmanto savas saites, un vērtība ir maza. Palielinoties kodola masai, virsmas attiecība pret tilpumu samazinās un nukleonu daļa, kas atrodas uz virsmas, samazinās. Tāpēc tas aug. Tomēr, palielinoties nukleonu skaitam kodolā, palielinās Kulona atgrūšanas spēki starp protoniem, vājinot saites kodolā, un smago kodolu izmēri samazinās. Tādējādi vidējas masas kodoliem vērtība ir maksimālā (tātad tie atšķiras ar vislielāko stiprību.

No tā izriet svarīgs secinājums. Smago kodolu sadalīšanās reakcijās divos vidējos kodolos, kā arī vidēja vai vieglā kodola sintēzē no diviem vieglākiem kodoliem tiek iegūti kodoli, kas ir spēcīgāki par sākotnējiem (ar lielāku vērtību. Tas nozīmē, ka enerģija izdalās šādu reakciju laikā.Tas pamatojas uz atomenerģijas ražošanu smago kodolu skaldīšanas laikā (§ 39.2) un kodoltermiskās enerģijas ražošanu - kodolu saplūšanā (§ 39.6).

Kodola iekšpusē esošos nukleonus satur kopā kodolspēki. Viņus tur noteikta enerģija. Šo enerģiju ir diezgan grūti izmērīt tieši, bet to var izdarīt netieši. Ir loģiski pieņemt, ka enerģija, kas nepieciešama, lai pārrautu nukleonu saiti kodolā, būs vienāda vai lielāka par enerģiju, kas satur nukleonus kopā.

Saistošā enerģija un kodolenerģija

Šo pielietoto enerģiju jau ir vieglāk izmērīt. Ir skaidrs, ka šī vērtība ļoti precīzi atspoguļos tās enerģijas vērtību, kas notur nukleonus kodolā. Tāpēc tiek saukta minimālā enerģija, kas nepieciešama kodola sadalīšanai atsevišķos nukleonos kodolenerģija.

Masas un enerģijas attiecības

Mēs zinām, ka jebkura enerģija ir tieši proporcionāla ķermeņa masai. Tāpēc ir dabiski, ka kodola saistīšanās enerģija būs atkarīga arī no daļiņu masas, kas veido šo kodolu. Šīs attiecības nodibināja Alberts Einšteins 1905. gadā. To sauc par masas un enerģijas attiecību likumu. Saskaņā ar šo likumu daļiņu sistēmas iekšējā enerģija vai pārējā enerģija ir tieši proporcionāla to daļiņu masai, kas veido šo sistēmu:

kur E ir enerģija, m ir masa,
c ir gaismas ātrums vakuumā.

Masveida defektu efekts

Tagad pieņemsim, ka mēs esam sadalījuši atoma kodolu tā sastāvā esošajos nukleonos vai arī esam paņēmuši noteiktu skaitu nukleonu no kodola. Strādājot, mēs iztērējām daļu enerģijas, lai pārvarētu kodolspēkus. Apgrieztā procesa gadījumā - kodola saplūšana vai nukleonu pievienošana jau esošam kodolam, enerģija saskaņā ar saglabāšanas likumu, gluži pretēji, tiks atbrīvota. Kad kādu procesu ietekmē mainās daļiņu sistēmas atpūtas enerģija, attiecīgi mainās arī to masa. Formulas šajā gadījumā būs šādi:

∆m=(∆E_0)/c^2 vai ∆E_0=∆mc^2,

kur ∆E_0 ir daļiņu sistēmas miera enerģijas izmaiņas,
∆m ir daļiņu masas izmaiņas.

Piemēram, nukleonu saplūšanas un kodola veidošanās gadījumā mēs atbrīvojam enerģiju un samazinām kopējo nukleonu masu. Izstarotie fotoni aiznes masu un enerģiju. Tas ir masas defekta efekts.. Kodola masa vienmēr ir mazāka par to nukleonu masu summu, kas veido šo kodolu. Skaitliski masas defektu izsaka šādi:

∆m=(Zm_p+Nm_n)-M_i,

kur M_m ir kodola masa,
Z ir protonu skaits kodolā,
N ir neitronu skaits kodolā,
m_p ir brīvā protonu masa,
m_n ir brīva neitrona masa.

Vērtība ∆m iepriekš minētajās divās formulās ir vērtība, par kādu mainās kodola daļiņu kopējā masa, mainoties tā enerģijai plīsuma vai saplūšanas dēļ. Sintēzes gadījumā šis daudzums būs masas defekts.

Parametra nosaukums	Nozīme
Raksta tēma:	Masas defekts un kodolsaistīšanas enerģija
Rubrika (tematiskā kategorija)	Radio

Pētījumi liecina, ka atomu kodoli ir stabili veidojumi. Tas nozīmē, ka starp nukleoniem kodolā pastāv noteikta saikne.

Izmantojot, ļoti precīzi var noteikt kodolu masu masas spektrometri - mērinstrumenti, kas atdala lādētu daļiņu (parasti jonu) starus ar dažādiem specifiskiem lādiņiem, izmantojot elektriskos un magnētiskos laukus Q/t. Masu spektrometriskie mērījumi to parādīja kodola masa ir mazāka par to veidojošo nukleonu masu summu. Bet, tā kā jebkurām masas izmaiņām (skat. 40. §) ir jāatbilst enerģijas izmaiņām, tad līdz ar to kodola veidošanās laikā ir jāatbrīvojas noteiktai enerģijai. No enerģijas nezūdamības likuma izriet arī pretējais: lai kodolu sadalītu tā sastāvdaļās, ārkārtīgi svarīgi ir iztērēt tikpat daudz enerģijas, tā veidošanās laikā izdalās ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ. Enerģija, kuru ir ārkārtīgi svarīgi iztērēt. sadalīt kodolu atsevišķos nukleonos, ir pieņemts saukt kodolenerģija(skat. 40.§).

Saskaņā ar izteiksmi (40.9) nukleonu un kodolu saistīšanās enerģija

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

kur m p, m n, m i ir attiecīgi protonu, neitronu un kodola masas. Tabulas parasti nedod masas. m i kodoli un masas t atomi. Šī iemesla dēļ kodola saistīšanas enerģijas formula ir

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

kur m N ir ūdeņraža atoma masa. Kā m N vairāk m p , pēc summas es, tad pirmais vārds kvadrātiekavās ietver masu Z elektroni. Bet tā kā atoma masa t atšķiras no kodola masas m i tikai uz elektronu masu, tad aprēķini, izmantojot formulas (252 1) un (252.2), dod tādus pašus rezultātus. Vērtība

Δ t = [Zmp +(A–Z)m n] –m i (252.3)

sauca masas defekts kodoli. Par šo daudzumu samazinās visu nukleonu masa, kad no tiem veidojas atoma kodols. Bieži vien saistošās enerģijas vietā tiek uzskatīts īpatnējā saites enerģijaδE St ir saistīšanas enerģija uz vienu nukleonu. Tas raksturo atomu kodolu stabilitāti (stiprību), ᴛ.ᴇ. vairāk δE St, jo stabilāks ir kodols. Īpatnējā saistīšanas enerģija ir atkarīga no masas skaitļa BET elements (45. att.). Vieglajiem kodoliem ( BET≥ 12) īpatnējā saistīšanas enerģija strauji palielinās līdz 6 ÷ 7 MeV, veicot vairākus lēcienus (piemēram, H δE St= 1,1 MeV, He - 7,1 MeV, Li - 5,3 MeV), tad lēnāk palielinās līdz maksimālā vērtība 8,7 MeV elementiem ar BET= 50 ÷ 60, un pēc tam pakāpeniski samazinās smagajiem elementiem (piemēram, U tas ir 7,6 MeV). Salīdzinājumam ņemiet vērā, ka valences elektronu saistīšanās enerģija atomos ir aptuveni 10 eV (10 -6 reizes mazāka).

Samazināt specifiskā enerģija savienojums pārejas laikā uz smagajiem elementiem ir izskaidrojams ar to, ka, palielinoties protonu skaitam kodolā, palielinās arī to enerģija. Kulona atgrūšana.Šī iemesla dēļ saikne starp nukleoniem kļūst mazāk spēcīga, un paši kodoli kļūst mazāk spēcīgi.

Visstabilākās ir t.s burvju kodoli, kurā protonu skaits vai neitronu skaits ir vienāds ar vienu no burvju skaitļi: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Īpaši stabils divkārši maģiski kodoli, kurā gan protonu skaits, gan neitronu skaits ir maģisks (šo kodolu ir tikai pieci: He, O, Ca, Pb).

No att. 45 no tā izriet, ka periodiskās tabulas vidusdaļas kodoli ir visstabilākie no enerģijas viedokļa. Smagie un vieglie kodoli ir mazāk stabili. Tas nozīmē, ka enerģētiski labvēlīgi ir šādi procesi:

1) smago kodolu sadalīšanās vieglākos;

2) vieglo kodolu saplūšana savā starpā smagākos.

Abi procesi atbrīvo milzīgu daudzumu enerģijas; šie procesi šobrīd tiek veikti praktiski (dalīšanās reakcija un kodoltermiskās reakcijas).

Masas defekts un kodola saistīšanas enerģija - jēdziens un veidi. Kategorijas "Kodola masas defekts un saistīšanas enerģija" klasifikācija un pazīmes 2017, 2018.

Atomu kodols. masas defekts. Atomu kodola saistīšanas enerģija

Atomu kodols ir atoma centrālā daļa, kurā ir koncentrēts viss pozitīvais lādiņš un gandrīz visa masa.

Visu atomu kodoli sastāv no daļiņām, ko sauc nukleoni. Nukleoni var būt divos stāvokļos - elektriski lādētā stāvoklī un neitrālā stāvoklī. Nuklonu uzlādētā stāvoklī sauc par protonu. Protons (p) ir vieglākā kodola kodols ķīmiskais elements- ūdeņradis. Protonu lādiņš ir vienāds ar elementāro pozitīvo lādiņu, kas pēc lieluma ir vienāds ar elementāro negatīvo lādiņu q e = 1,6 ∙ 10 -19 C., t.i. elektrona lādiņš. Nuklonu neitrālā (neuzlādētā) stāvoklī sauc par neitronu (n). Nukleonu masas abos stāvokļos maz atšķiras viena no otras, t.i. m n ≈ m p .

Nukleoni nav elementārdaļiņas. Tiem ir sarežģīta iekšējā struktūra un tie sastāv no vēl mazākām matērijas daļiņām – kvarkiem.

Galvenās atoma kodola īpašības ir lādiņš, masa, spins un magnētiskais moments.

Pamatmaksa nosaka protonu skaits (z), kas veido kodolu. Kodollādiņš (zq) dažādiem ķīmiskajiem elementiem ir atšķirīgs. Skaitli z sauc par atomskaitli vai lādiņa skaitli. Atomskaitlis ir ķīmiskā elementa atomskaitlis periodiska sistēma D. Mendeļejeva elementi. Kodola lādiņš nosaka arī elektronu skaitu atomā. Elektronu skaits atomā nosaka to sadalījumu pa enerģijas apvalkiem un apakščaulām un līdz ar to fizikāli ķīmiskās īpašības atoms. Kodollādiņš nosaka dotā ķīmiskā elementa specifiku.

Serdes masa Kodola masu nosaka nukleonu skaits (A), kas veido kodolu. Nukleonu skaitu kodolā (A) sauc par masas skaitli. Neitronu skaitu (N) kodolā var atrast, ja no kopējais skaits nukleoni (A) atņem protonu skaitu (z), t.i., N=F-z. Periodiskajā tabulā līdz tās vidum protonu un neitronu skaits atomu kodolos ir aptuveni vienāds, t.i. (А-z)/z= 1, tabulas beigās (А-z)/z= 1,6.

Atomu kodolus parasti apzīmē šādi:

X - ķīmiskā elementa simbols;

Z ir atomskaitlis;

A ir masas skaitlis.

Mērot kodolu masas vienkāršas vielas tika konstatēts, ka lielākā daļa ķīmisko elementu sastāv no atomu grupām. Ar vienādu lādiņu dažādu grupu kodoli atšķiras pēc masas. Tiek sauktas dotā ķīmiskā elementa atomu šķirnes, kas atšķiras pēc kodolu masām izotopi. Izotopu kodoliem ir tas pats numurs protoni, bet atšķirīgs numurs neitroni ( un ; , , , ; , , ).

Papildus izotopu kodoliem (z - vienāds, A - atšķirīgs) ir arī kodoli izobāri(z - atšķirīgs, A - tas pats). ( un ).

Nukleonu, atomu kodolu, atomu, elektronu un citu daļiņu masas kodolfizika ir pieņemts mērīt nevis "KG", atomu masas vienībās (amu - citādi sauc par oglekļa masas vienību un apzīmē ar "e"). Atommasas vienībai (1e) ņem 1/12 no oglekļa atoma masas 1e = 1,6603 ∙ 10 -27 kg.

Nukleonu masas: m p -1,00728 e, m n =1,00867 e.

Mēs redzam, ka kodola masa, kas izteikta ar "e", tiks uzrakstīta kā skaitlis, kas ir tuvu A.

Kodola griešanās. Kodola mehāniskais leņķiskais impulss (spin) ir vienāds ar kodolu veidojošo nukleonu spinu vektoru summu. Protonam un neitronam ir spins, kas vienāds ar L = ± 1/2ћ. Attiecīgi kodolu ar pāra skaitu nukleonu spins (A pat) ir vesels skaitlis vai nulle. Kodola spins ar nepāra skaitu nukleonu (A odd) ir pusvesels skaitlis.

Kodola magnētiskais moments. Kodola kodola magnētiskais moments (P m i) salīdzinājumā ar elektronu piepildījuma magnētisko momentu elektronu čaulas atoms ir ļoti mazs. Uz magnētiskās īpašības atoms, kodola magnētiskais moments neietekmē. Kodolu magnētiskā momenta mērvienība ir kodola magnetons μ i = 5,05,38 ∙ 10 -27 J/T. Tas ir 1836 reizes mazāks par elektrona magnētisko momentu - Bora magnetons μ B = 0,927 ∙ 10 -23 J / T.

Protona magnētiskais moments ir vienāds ar 2,793 μi un ir paralēls protona spinam. Neitrona magnētiskais moments ir vienāds ar 1,914 μ i un ir pretparalēls neitrona spinam. Kodolu magnētiskie momenti ir kodola magnetona kārtībā.

Lai sadalītu kodolu tā sastāvā esošajos nukleonos, ir jāpaveic noteikts darba apjoms. Šī darba vērtība ir kodola saistīšanas enerģijas mērs.

Kodola saistīšanas enerģija ir skaitliski vienāda ar darbu, kas jāveic, lai kodolu sadalītu tā sastāvā esošajos nukleonos, nepiešķirot tiem kinētisko enerģiju.

Apgrieztā kodola veidošanās procesā tāda pati enerģija jāatbrīvo no nukleoniem. Tas izriet no enerģijas nezūdamības likuma. Tāpēc kodola saistīšanas enerģija ir vienāda ar starpību starp kodolu veidojošo nukleonu enerģiju un kodola enerģiju:

ΔE \u003d E nuk - E i. (viens)

Ņemot vērā sakarību starp masu un enerģiju (E = m ∙ c 2) un kodola sastāvu, mēs pārrakstām vienādojumu (1) šādi:

ΔЕ = ∙ s 2 (2)

Vērtība

Δm \u003d zm p + (A-z) m n - M i, (3)

Vienāds ar starpību starp nukleonu masām, kas veido kodolu, un paša kodola masu, sauc par masas defektu.

Izteiksmi (2) var pārrakstīt šādi:

ΔЕ = Δm ∙ s 2 (4)

Tie. masas defekts ir kodola saistīšanās enerģijas mērs.

Kodolfizikā nukleonu un kodolu masu mēra amu. (1 amu = 1,6603 ∙ 10 27 kg), un enerģiju parasti mēra MeV.

Ņemot vērā, ka 1 MeV = 10 6 eV = 1,6021 ∙ 10 -13 J, mēs atrodam atommasas vienībai atbilstošo enerģijas vērtību

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

Tādējādi MeV kodola saistīšanas enerģija ir

ΔE sv = Δm ∙931,48 MeV (5)

Ņemot vērā, ka tabulās parasti ir dota nevis kodolu masa, bet gan atomu masa, lai praktiski aprēķinātu masas defektu, nevis formula (3)

izbaudi citu

Δm \u003d zm H + (A-z)m n - M a, (6)

Tas ir, protona masa tika aizstāta ar vieglā ūdeņraža atoma masu, tādējādi pievienojot z elektronu masas, un kodola masa tika aizstāta ar atoma masu M a, tādējādi atņemot šīs z elektronu masas.

Saistīšanas enerģiju uz vienu nukleonu kodolā sauc par īpatnējo saistīšanas enerģiju.

(7)