Defect de masă și energie nucleară de legare. nucleul atomic

Nucleonii dintr-un nucleu atomic sunt legați împreună prin forțe nucleare; prin urmare, pentru a împărți nucleul în protoni și neutroni individuali, este necesar să cheltuiți multă energie. Această energie se numește energia de legare a nucleului.

Aceeași cantitate de energie este eliberată atunci când protonii și neutronii liberi se combină pentru a forma un nucleu. Prin urmare, conform teoriei speciale a relativității a lui Einstein, masa nucleul atomic trebuie să fie mai mică decât suma maselor de protoni și neutroni liberi din care s-a format. Această diferență de masă Δm, corespunzătoare energiei conexiuni de bazăEsv, este determinat de relația Einstein:

Eb = с 2 Δm. (37,1)

Energia de legare a nucleelor atomice este atât de mare încât această diferență de masă este destul de accesibilă pentru măsurarea directă. Cu ajutorul spectrografelor de masă, o astfel de diferență de masă a fost într-adevăr găsită pentru toate nucleele atomice.

Diferența dintre suma maselor de rest de protoni și neutroni liberi, din care este format nucleul, și masa nucleului se numește defectul de masă al nucleului. Energia de legare este de obicei exprimată în megaelectronvolți (MeV) (1 MeV=10 6 eV). Deoarece unitatea de masă atomică (a.m.u.) este 1,66 * 10 -27 kg, puteți determina energia corespunzătoare acesteia:

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.

Energia de legare poate fi măsurată direct din bilanţul energetic în reacţia de fisiune nucleară. Astfel, energia de legare a deuteronului a fost determinată pentru prima dată în timpul divizării sale prin γ-quanta. Cu toate acestea, din formula (37.1), energia de legare poate fi determina mult mai precis, deoarece cu ajutorul unui spectrograf de masă masele de izotopi pot fi măsurate cu o precizie de 10 -4%.

Să calculăm, de exemplu, energia de legare a nucleului de heliu 4 2 He (particule α). Masa sa în unități atomice este M (4 2 He) = 4,001523; masa protonilor mр=1,007276, masa neutronilor mn=1,008665. De aici defectul de masă al nucleului de heliu

Δm \u003d 2 / mp + 2mn - M (4 2 He),

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

Înmulțirea cuE a.u.m = 931,4 MeV, obținem

Eb = 0,030359 * 931,4 MeV ≈ 28,3 MeV.

Folosind un spectrograf de masă, masele tuturor izotopilor au fost măsurate și au fost determinate defectul de masă și energia de legare a nucleelor. Energiile de legare ale nucleelor unor izotopi sunt date în tabel. 37.1. Cu ajutorul unor astfel de tabele se efectuează calcule energetice ale reacțiilor nucleare.

Dacă masa totală a nucleelor și particulelor formate în oricare reactie nucleara, mai mică decât masa totală a nucleelor și particulelor inițiale, atunci într-o astfel de reacție se eliberează energia corespunzătoare acestei scăderi de masă. Atunci când numărul total de protoni și numărul total de neutroni sunt conservate, scăderea masei totale înseamnă că defectul de masă totală crește ca urmare a reacției și nucleonii din noile nuclee sunt și mai puternic legați unul de celălalt decât în nucleele originare. Energia eliberată este egală cu diferența dintre energia totală de legare a nucleelor formate și energia totală de legare a nucleelor originale și poate fi găsită folosind tabelul fără a calcula modificarea masei totale. Această energie poate fi eliberată în mediu inconjurator sub formă de energie cinetică a nucleelor și particulelor sau sub formă de γ-quanta. Un exemplu de reacție însoțită de eliberarea de energie este orice reacție spontană.

Să efectuăm un calcul energetic al reacției nucleare de transformare a radiului în radon:

226 88 Ra → 222 86 Rn + 4 2 He.

Energia de legare a nucleului original este de 1731,6 MeV (Tabelul 37.1), iar energia de legare totală a nucleelor formate este de 1708,2 + 28,3 = 1736,5 MeV și este cu 4,9 MeV mai mult decât energia de legare a nucleului original.

În consecință, această reacție eliberează o energie de 4,9 MeV, care este în principal energia cinetică a particulei α.

Dacă în urma reacției se formează nuclee și particule, a căror masă totală este mai mare decât cea a nucleelor și particulelor inițiale, atunci o astfel de reacție poate continua numai cu absorbția de energie corespunzătoare acestei creșteri de masă și va nu apar niciodată spontan. Cantitatea de energie absorbită este egală cu diferența dintre energia totală de legare a nucleelor inițiale și energia totală de legare a nucleelor formate în reacție.În acest fel, este posibil să se calculeze ce energie cinetică trebuie să aibă o particulă sau un alt nucleu într-o coliziune cu un nucleu țintă pentru a realiza acest tip de reacție sau să se calculeze valoarea necesară a unui cuantum γ pentru scindare. a unui nucleu.

Deci, valoarea minimă a cuantumului γ necesară pentru împărțirea deuteronului este egală cu energia de legare a deuteronului 2,2 MeV, deoarece în această reacție:

2 1 H + γ → 1 1 H + 0 n 1

se formează un proton liber și un neutron (Eb = 0).

O bună concordanță a acestui gen de calcule teoretice cu rezultatele experimentelor arată corectitudinea explicației de mai sus a defectului în masa nucleelor atomice și confirmă principiul stabilit de teoria relativității, proporționalitatea masei și energiei.

Trebuie remarcat faptul că reacțiile are loc transformarea particulelor elementare (de exemplu, dezintegrarea β), sunt, de asemenea, însoțite de eliberarea sau absorbția de energie corespunzătoare unei modificări a masei totale a particulelor.

O caracteristică importantă a nucleului este energia medie de legare a nucleului pe nucleon, Eb/A (Tabelul 37.1). Cu cât este mai mare, cu atât nucleonii sunt mai puternici interconectați, cu atât nucleul este mai puternic. Din Tabel. 37.1 arată că pentru majoritatea nucleelor valoarea Eb/A este de aproximativ 8 MeV per nucleon și scade pentru nucleele foarte ușoare și grele. Dintre nucleele ușoare se remarcă nucleul de heliu.

Dependența valorii lui Eb/A de numărul de masă al nucleului A este prezentată în fig. 37.12. În nucleele ușoare, o mare parte de nucleoni se află pe suprafața nucleului, unde nu își folosesc pe deplin legăturile, iar valoarea Eb/A este mică. Pe măsură ce masa nucleului crește, raportul dintre suprafață și volum scade, iar fracția de nucleoni localizați pe suprafață scade.. Prin urmare, Eb/A crește. Cu toate acestea, pe măsură ce numărul de nucleoni din nucleu crește, forțele de respingere Coulomb între protoni cresc, slăbind legăturile din nucleu, iar valoarea Eb/A pentru nucleele grele scade. Astfel, valoarea Eb/A este maximă pentru miezurile de masă medie (la A = 50-60), prin urmare, acestea se disting prin cea mai mare rezistență.

asta implică concluzie importantă. În reacțiile de fisiune a nucleelor grele în două nuclee medii, precum și în sinteza unui nucleu mediu sau ușor din două nuclee mai ușoare, se obțin nuclee mai puternice decât cele inițiale (cu o valoare mai mare a Eb/A) . Aceasta înseamnă că energia este eliberată în timpul unor astfel de reacții. Aceasta este baza pentru obținerea energiei atomice în fisiunea nucleelor grele și a energiei termonucleare - în fuziunea nucleelor.

Nucleonii dintr-un nucleu atomic sunt legați împreună prin forțe nucleare; prin urmare, pentru a împărți nucleul în protoni și neutroni individuali, este necesar să cheltuiți multă energie. Această energie se numește energia de legare a nucleului.

Aceeași cantitate de energie este eliberată atunci când protonii și neutronii liberi se combină pentru a forma un nucleu. Prin urmare, conform teoriei relativității speciale a lui Einstein, masa unui nucleu atomic trebuie să fie mai mică decât suma maselor de protoni și neutroni liberi din care s-a format. Această diferență de masă corespunzătoare energiei de legare a nucleului este determinată de relația Einstein (§ 36.7):

Diferența dintre suma maselor de rest de protoni și neutroni liberi, din care este format nucleul, și masa nucleului se numește defectul de masă al nucleului.

Energia de legare este de obicei exprimată în mega-electronvolți (MeV). Deoarece unitatea de masă atomică (a.m.u.) este egală cu kg, putem determina energia corespunzătoare acesteia:

Energia de legare poate fi măsurată direct din bilanţul energetic în reacţia de fisiune nucleară. Astfel, energia de legare a deuteronului a fost determinată pentru prima dată în timpul divizării sale de y-quanta. Cu toate acestea, din formula (37.1), energia de legare poate fi determinată mult mai precis, deoarece cu ajutorul unui spectrograf de masă este posibil să se măsoare masele izotopilor cu o precizie de .

Să calculăm, de exemplu, energia de legare a nucleului de heliu.Masa acestuia în unități atomice este egală cu masa protonului și masa neutronului. De aici defectul de masă al nucleului de heliu

Înmulțind cu MeV, obținem

Tabelul 37.1. (vezi scanarea) Energia de legare a nucleelor atomice

Dacă masa totală a nucleelor și particulelor formate în orice reacție nucleară este mai mică decât masa totală a nucleelor și particulelor inițiale, atunci energia corespunzătoare acestei scăderi de masă este eliberată într-o astfel de reacție. Atunci când numărul total de protoni și numărul total de neutroni sunt conservate, scăderea masei totale înseamnă că defectul de masă totală crește ca urmare a reacției și nucleonii din noile nuclee sunt și mai puternic legați unul de celălalt decât în nucleele originare. Energia eliberată este egală cu diferența dintre energia totală de legare a nucleelor formate și energia totală de legare a nucleelor originale și poate fi găsită folosind tabelul fără a calcula modificarea masei totale. Această energie poate fi eliberată în mediu sub formă de energie cinetică a nucleelor și particulelor sau sub formă de y-quanta. Un exemplu de reacție însoțită de eliberarea de energie este orice reacție spontană.

Să efectuăm un calcul energetic al reacției nucleare de transformare a radiului în radon:

Energia de legare a nucleului original este de 1731,6 MeV (Tabelul 37.1), iar energia de legare totală a nucleelor formate este egală cu MeV și este cu 4,9 MeV mai mare decât energia de legare a nucleului original.

În consecință, în această reacție, este eliberată o energie de 4,9 MeV, care constituie în principal energia cinetică a particulei a.

Dacă în urma reacției se formează nuclee și particule, a căror masă totală este mai mare decât cea a nucleelor și particulelor inițiale, atunci o astfel de reacție poate continua numai cu absorbția de energie corespunzătoare acestei creșteri de masă și va nu apar niciodată spontan. Cantitatea de energie absorbită este egală cu diferența dintre energia totală de legare a nucleelor inițiale și energia totală de legare a nucleelor formate în reacție. În acest fel, se poate calcula ce energie cinetică trebuie să aibă o particulă sau un alt nucleu într-o coliziune cu un nucleu țintă pentru a efectua acest tip de reacție, sau se poate calcula valoarea necesară a cuantumului pentru scindarea oricărui nucleu.

Deci, valoarea minimă a cuantumului necesar pentru împărțirea deuteronului este egală cu energia de legare a deuteronului 2,2 MeV, deoarece

in aceasta reactie:

se formează protoni și neutroni liberi

O bună concordanță a acestui gen de calcule teoretice cu rezultatele experimentelor arată corectitudinea explicației de mai sus a defectului în masa nucleelor atomice și confirmă principiul proporționalității masei și energiei stabilit de teoria relativității.

Trebuie remarcat faptul că reacțiile în care are loc transformarea particulelor elementare (de exemplu, dezintegrarea) sunt, de asemenea, însoțite de eliberarea sau absorbția de energie corespunzătoare unei modificări a masei totale a particulelor.

O caracteristică importantă a nucleului este energia medie de legare a nucleului pe nucleon (Tabelul 37.1). Cu cât este mai mare, cu atât nucleonii sunt mai puternici interconectați, cu atât nucleul este mai puternic. Din Tabel. 37.1 arată că pentru majoritatea nucleelor valoarea este de aproximativ 8 MeV per. nucleon si scade pentru nucleele foarte usoare si grele. Dintre nucleele ușoare se remarcă nucleul de heliu.

Dependența valorii de numărul de masă al nucleului A este prezentată în fig. 37.12. În nucleele ușoare, o mare parte de nucleoni se află pe suprafața nucleului, unde nu își folosesc pe deplin legăturile, iar valoarea este mică. Pe măsură ce masa nucleului crește, raportul dintre suprafață și volum scade, iar fracția de nucleoni localizați pe suprafață scade. Prin urmare, este în creștere. Cu toate acestea, pe măsură ce numărul de nucleoni din nucleu crește, forțele de respingere Coulomb dintre protoni cresc, slăbind legăturile din nucleu, iar dimensiunea nucleelor grele scade. Astfel, valoarea este maximă pentru nucleele de masă medie (prin urmare, se disting prin cea mai mare putere.

De aici rezultă o concluzie importantă. În reacțiile de fisiune a nucleelor grele în două nuclee medii, precum și în sinteza unui nucleu mediu sau ușor din două nuclee mai ușoare, se obțin nuclee mai puternice decât cele inițiale (cu o valoare mai mare. Prin urmare, energia este eliberat în timpul unor astfel de reacții.Acest lucru se bazează pe producerea de energie atomică în timpul fisiunii nucleelor grele ( § 39.2) și a energiei termonucleare - în fuziunea nucleelor (§ 39.6).

Nucleonii din interiorul nucleului sunt ținuți împreună de forțele nucleare. Ele sunt ținute de o anumită energie. Este destul de dificil să măsori această energie în mod direct, dar se poate face indirect. Este logic să presupunem că energia necesară pentru a rupe legătura nucleonilor din nucleu va fi egală sau mai mare decât energia care ține nucleonii împreună.

Energie obligatorie și energie nucleară

Această energie aplicată este deja mai ușor de măsurat. Este clar că această valoare va reflecta foarte exact valoarea energiei care menține nucleonii în interiorul nucleului. Prin urmare, se numește energia minimă necesară pentru a împărți nucleul în nucleoni individuali energie nucleară de legare.

Relația dintre masă și energie

Știm că orice energie este direct proporțională cu masa corpului. Prin urmare, este firesc ca energia de legare a nucleului să depindă și de masa particulelor care alcătuiesc acest nucleu. Această relație a fost stabilită de Albert Einstein în 1905. Se numește legea relației dintre masă și energie. În conformitate cu această lege, energia internă a unui sistem de particule sau energia de repaus este direct proporțională cu masa particulelor care alcătuiesc acest sistem:

unde E este energia, m este masa,
c este viteza luminii în vid.

Efect de defect de masă

Să presupunem acum că am spart nucleul unui atom în nucleonii săi constitutivi sau că am luat un anumit număr de nucleoni din nucleu. Am cheltuit ceva energie pentru a depăși forțele nucleare, în timp ce lucram. În cazul procesului invers - fuziunea nucleului, sau adăugarea de nucleoni la un nucleu deja existent, energia, conform legii conservării, dimpotrivă, va fi eliberată. Când energia de repaus a unui sistem de particule se modifică din cauza oricăror procese, masa acestora se modifică în consecință. Formule în acest caz va fi după cum urmează:

∆m=(∆E_0)/c^2 sau ∆E_0=∆mc^2,

unde ∆E_0 este modificarea energiei de repaus a sistemului de particule,
∆m este modificarea masei particulelor.

De exemplu, în cazul fuziunii nucleonilor și al formării unui nucleu, eliberăm energie și reducem masa totală a nucleonilor. Masa și energia sunt transportate de fotonii emiși. Acesta este efectul defectului de masă.. Masa unui nucleu este întotdeauna mai mică decât suma maselor nucleonilor care formează acest nucleu. Numeric, defectul de masă este exprimat după cum urmează:

∆m=(Zm_p+Nm_n)-M_i,

unde M_m este masa nucleului,
Z este numărul de protoni din nucleu,
N este numărul de neutroni din nucleu,
m_p este masa protonilor liberi,
m_n este masa unui neutron liber.

Valoarea ∆m din cele două formule de mai sus este valoarea cu care masa totală a particulelor nucleului se modifică atunci când energia acestuia se modifică din cauza ruperii sau fuziunii. În cazul sintezei, această cantitate va fi defectul de masă.

Nume parametru	Sens
Subiect articol:	Defect de masă și energie nucleară de legare
Rubrica (categoria tematica)	Radio

Studiile arată că nucleele atomice sunt formațiuni stabile. Aceasta înseamnă că există o anumită legătură între nucleonii din nucleu.

Masa nucleelor poate fi determinată foarte precis folosind spectrometre de masa - instrumente de măsurare care separă fascicule de particule încărcate (de obicei ioni) cu sarcini specifice diferite folosind câmpuri electrice și magnetice Q/t. Măsurătorile spectrometrice de masă au arătat că masa nucleului este mai mică decât suma maselor nucleonilor săi constitutivi. Dar întrucât orice modificare a masei (vezi § 40) trebuie să corespundă unei schimbări de energie, atunci, în consecință, o anumită energie trebuie să fie eliberată în timpul formării nucleului. Din legea conservării energiei rezultă și opusul: pentru a împărți nucleul în părțile sale constitutive, este extrem de important să cheltuiți aceeași cantitate de energie, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ este eliberat în timpul formării sale. Energie care este extrem de important de cheltuit. pentru a împărți nucleul în nucleoni individuali, se obișnuiește să se cheme energie nucleară de legare(vezi § 40).

Conform expresiei (40.9), energia de legare a nucleonilor și nucleelor

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

Unde m p, m n, m i sunt masele protonului, neutronului și respectiv nucleului. Tabelele de obicei nu dau mase. m i nuclee si mase T atomi. Din acest motiv, formula pentru energia de legare a nucleului este

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

Unde m N este masa unui atom de hidrogen. pentru că m N Mai mult m p , prin suma pe mine, atunci primul termen dintre paranteze pătrate include masa Z electroni. Dar din moment ce masa unui atom T diferit de masa nucleului m i doar pe masa electronilor, apoi calculele folosind formulele (252 1) și (252.2) conduc la aceleași rezultate. Valoare

Δ T = [Zmp +(A–Z)m n] –m i (252.3)

numit defect de masă miezuri. Masa tuturor nucleonilor scade cu această cantitate atunci când din ei se formează un nucleu atomic. Adesea, în locul energiei de legare, se ia în considerare energie de legătură specificăδE St este energia de legare per nucleon. Caracterizează stabilitatea (tăria) nucleelor atomice, ᴛ.ᴇ. cu atât mai mult δE St, cu atât miezul este mai stabil. Energia specifică de legare depinde de numărul de masă DAR element (Fig. 45). Pentru nuclee ușoare ( DAR≥ 12) energia specifică de legare crește abrupt până la 6 ÷ 7 MeV, suferind un număr de salturi (de exemplu, pentru H δE St= 1,1 MeV, pentru He - 7,1 MeV, pentru Li - 5,3 MeV), apoi crește mai încet la valoare maximă 8,7 MeV pentru elemente cu DAR= 50 ÷ 60, iar apoi scade treptat pentru elementele grele (de exemplu, pentru U este de 7,6 MeV). Rețineți pentru comparație că energia de legare a electronilor de valență în atomi este de aproximativ 10 eV (de 10 -6 ori mai puțin).

Scădea energie specifică legătura în timpul tranziției la elemente grele se explică prin faptul că odată cu creșterea numărului de protoni din nucleu crește și energia acestora. Repulsie coulombiană. Din acest motiv, legătura dintre nucleoni devine mai puțin puternică, iar nucleele înșiși devin mai puțin puternice.

Cele mai stabile sunt așa-numitele miezuri magice,în care numărul de protoni sau numărul de neutroni este egal cu unul dintre numere magice: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Deosebit de stabil miezuri dublu magice,în care atât numărul de protoni, cât și cel de neutroni sunt magice (dintre acești nuclee sunt doar cinci: He, O, Ca, Pb).

Din fig. 45 rezultă că nucleele din mijlocul tabelului periodic sunt cele mai stabile din punct de vedere energetic. Nucleele grele și ușoare sunt mai puțin stabile. Aceasta înseamnă că următoarele procese sunt favorabile energetic:

1) fisiunea nucleelor grele în altele mai uşoare;

2) fuziunea nucleelor ușoare între ele în altele mai grele.

Ambele procese eliberează cantități enorme de energie; aceste procese se desfăşoară practic în prezent (reacţia de fisiune şi reacţiile termonucleare).

Defectul de masă și energia de legare a nucleului - concept și tipuri. Clasificarea și caracteristicile categoriei „Defecte de masă și energia de legare a nucleului” 2017, 2018.

Nucleul atomic. defect de masă. Energia de legare a nucleului atomic

Nucleul atomic este partea centrală a atomului, în care se concentrează toată sarcina pozitivă și aproape toată masa.

Nucleele tuturor atomilor sunt formate din particule numite nucleonii. Nucleonii pot fi în două stări - în stare încărcată electric și în stare neutră. Un nucleon în stare încărcată se numește proton. Protonul (p) este nucleul celui mai ușor element chimic- hidrogen. Sarcina protonului este egală cu sarcina pozitivă elementară, care este egală ca mărime cu sarcina negativă elementară q e = 1,6 ∙ 10 -19 C., adică. sarcina unui electron. Un nucleon aflat în stare neutră (neîncărcat) se numește neutron (n). Masele de nucleoni din ambele stări diferă puțin între ele, adică. m n ≈ m p .

Nucleonii nu sunt particule elementare. Au o structură internă complexă și constau din particule și mai mici de materie - quarci.

Principalele caracteristici ale unui nucleu atomic sunt sarcina, masa, spinul și momentul magnetic.

Taxa de bază este determinată de numărul de protoni (z) care formează nucleul. Sarcina nucleară (zq) este diferită pentru diferite elemente chimice. Numărul z se numește număr atomic sau număr de sarcină. Numărul atomic este numărul atomic al unui element chimic din sistem periodic elemente ale lui D. Mendeleev. Sarcina nucleului determină și numărul de electroni din atom. Numărul de electroni dintr-un atom determină distribuția acestora pe învelișurile și subînvelișurile energetice și, în consecință, toate proprietăți fizico-chimice atom. Sarcina nucleară determină specificul unui element chimic dat.

Masa miezului Masa unui nucleu este determinată de numărul (A) de nucleoni care formează nucleul. Numărul de nucleoni din nucleu (A) se numește număr de masă. Numărul de neutroni (N) din nucleu poate fi găsit dacă de la numărul total nucleonii (A) scad numărul de protoni (z), adică N=F-z. În tabelul periodic, până la mijlocul său, numărul de protoni și neutroni din nucleele atomilor este aproximativ același, adică. (А-z)/z= 1, până la sfârșitul tabelului (А-z)/z= 1,6.

Nucleele atomilor sunt de obicei notate după cum urmează:

X - simbolul unui element chimic;

Z este numărul atomic;

A este numărul de masă.

La măsurarea maselor nucleelor substanțe simple s-a constatat că majoritatea elementelor chimice sunt compuse din grupuri de atomi. Având aceeași sarcină, nucleele diferitelor grupuri diferă în mase. Se numesc varietățile de atomi ai unui element chimic dat, care diferă în masele nucleelor izotopi. Nucleii izotopici au acelasi numar protoni, dar număr diferit neutroni ( și ; , , , ; , , ).

Pe lângă nucleele izotopilor (z - același, A - diferit), există nuclee izobare(z - diferit, A - același). ( Și ).

Masele de nucleoni, nucleele de atomi, atomi, electroni și alte particule în fizica nucleara se obișnuiește să se măsoare nu în „KG”, în unități de masă atomică (amu - altfel numit unitatea de masă a carbonului și notat cu „e”). Pentru unitatea de masă atomică (1e), se ia 1/12 din masa atomului de carbon 1e = 1,6603 ∙ 10 -27 kg.

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

Vedem că masa nucleului exprimată în „e” va fi scrisă ca un număr apropiat de A.

Spinul nucleului. Momentul unghiular mecanic (spin) al nucleului este egal cu suma vectorială a spinilor nucleonilor care formează nucleul. Protonul și neutronul au un spin egal cu L = ± 1/2ћ. În consecință, spinul nucleelor cu un număr par de nucleoni (A par) este un număr întreg sau zero. Spinul unui nucleu cu un număr impar de nucleoni (A impar) este jumătate întreg.

Momentul magnetic al nucleului. Momentul magnetic al nucleului (P m i) al nucleului în comparație cu momentul magnetic al umplerii electronilor învelișuri de electroni atomul este foarte mic. Pe proprietăți magnetice atom, momentul magnetic al nucleului nu afectează. Unitatea de măsură a momentului magnetic al nucleelor este magnetonul nuclear μ i = 5,05,38 ∙ 10 -27 J/T. Este de 1836 de ori mai mic decât momentul magnetic al electronului - magnetonul Bohr μ B = 0,927 ∙ 10 -23 J / T.

Momentul magnetic al protonului este egal cu 2,793 μ i și este paralel cu spinul protonului. Momentul magnetic al neutronului este egal cu 1,914 μ i și este antiparalel cu spinul neutronului. Momentele magnetice ale nucleelor sunt de ordinul magnetonului nuclear.

Pentru a împărți un nucleu în nucleonii săi constitutivi, trebuie făcută o anumită cantitate de muncă. Valoarea acestei lucrări este o măsură a energiei de legare a nucleului.

Energia de legare a nucleului este numeric egală cu munca care trebuie făcută pentru a diviza nucleul în nucleonii săi constitutivi și fără a le conferi energie cinetică.

În procesul invers al formării unui nucleu, aceeași energie ar trebui să fie eliberată din nucleonii constituenți. Aceasta rezultă din legea conservării energiei. Prin urmare, energia de legare a nucleului este egală cu diferența dintre energia nucleonilor care formează nucleul și energia nucleului:

ΔE \u003d E nuk - E i. (unu)

Luând în considerare relația dintre masă și energie (E = m ∙ c 2) și compoziția nucleului, rescriem ecuația (1) după cum urmează:

ΔЕ = ∙ s 2 (2)

Valoare

Δm \u003d zm p + (A-z) m n - M i, (3)

Egal cu diferența dintre masele nucleonilor care formează nucleul și masa nucleului însuși, se numește defect de masă.

Expresia (2) poate fi rescrisă ca:

ΔЕ = Δm ∙ s 2 (4)

Acestea. defectul de masă este o măsură a energiei de legare a unui nucleu.

În fizica nucleară, masa nucleonilor și a nucleilor este măsurată în amu. (1 amu = 1,6603 ∙ 10 27 kg), iar energia este de obicei măsurată în MeV.

Considerând că 1 MeV = 10 6 eV = 1,6021 ∙ 10 -13 J, găsim valoarea energetică corespunzătoare unității de masă atomică

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

Astfel, energia de legare a nucleului în MeV este

ΔE sv = Δm ∙931,48 MeV (5)

Având în vedere că tabelele nu oferă de obicei masa nucleelor, ci masa atomilor, pentru calculul practic al defectului de masă, în loc de formula (3)

bucură-te de altul

Δm \u003d zm H + (A-z)m n - M a, (6)

Adică, masa protonului a fost înlocuită cu masa atomului ușor de hidrogen, adăugând astfel z mase de electroni, iar masa nucleului a fost înlocuită cu masa atomului M a, scăzând astfel aceste z mase de electroni.

Energia de legare per nucleon dintr-un nucleu se numește energie de legare specifică.

(7)