Jedrska vezavna energija. Energija vezave atomskega jedra: formula, pomen in definicija

Nukleoni v jedrih so v stanjih, ki se bistveno razlikujejo od svojih prostih stanj. Z izjemo jedra navadnega vodika, v vseh jedrih obstajata vsaj dva nukleona, med katerima je poseben močna jedrska sila – privlačnost, ki zagotavlja stabilnost jeder kljub odbijanju enako nabitih protonov.

· Nukleonska vezavna energija v jedru je fizikalna količina, ki je enaka delu, ki ga je treba opraviti, da odstranimo nukleon iz jedra, ne da bi mu posredovali kinetično energijo.

· Jedrska vezavna energija določena s količino dela,kar je treba narediti,razdeliti jedro na njegove sestavne nukleone, ne da bi jim posredovali kinetično energijo.

Iz zakona o ohranitvi energije sledi, da se mora med nastajanjem jedra sprostiti energija, ki se porabi pri cepljenju jedra na sestavne nukleone. Vezna energija jedra je razlika med energijo vseh prostih nukleonov, ki sestavljajo jedro, in njihovo energijo v jedru.

Ko nastane jedro, se njegova masa zmanjša: masa jedra je manjša od vsote mas njegovih sestavnih nukleonov. Zmanjšanje mase jedra med nastankom je razloženo s sproščanjem vezavne energije. če W sv je količina energije, ki se sprosti med tvorbo jedra, nato ustrezna masa

klical masna napaka in označuje zmanjšanje skupne mase med tvorbo jedra iz njegovih sestavnih nukleonov.

Če ima jedro maso M strup nastane iz Z protoni z maso m str in od ( A – Z) nevtroni z maso m n, to:

Namesto jedrne mase M vrednost strupa ∆ m lahko izrazimo z atomsko maso M pri:

kje mn– masa vodikovega atoma. V praktičnih izračunih ∆ m mase vseh delcev in atomov so izražene v atomske masne enote (a.e.m.). Ena atomska enota mase ustreza enoti atomske energije (a.e.e.): 1 a.e.e. = 931,5016 MeV.

Masni defekt služi kot merilo vezavne energije jedra:

Specifična jedrska vezavna energija ω sv imenujemo vezavna energija,na nukleon:

Vrednost ωb je v povprečju 8 MeV/nukleon. Na sl. Slika 9.2 prikazuje odvisnost specifične vezavne energije od masnega števila A, ki opisuje različne jakosti nukleonskih vezi v jedrih različnih kemičnih elementov. Jedra elementov v srednjem delu periodnega sistema (), tj. od do , najobstojnejši.

V teh jedrih je ωb blizu 8,7 MeV/nukleon. Z večanjem števila nukleonov v jedru se specifična vezavna energija zmanjšuje. Jedra atomov kemičnih elementov, ki se nahajajo na koncu periodnega sistema (na primer jedro urana), imajo ω svetlobo ≈ 7,6 MeV/nukleon. To pojasnjuje možnost sproščanja energije med cepitvijo težkih jeder. V območju majhnih masnih števil so ostri "vrhovi" specifične vezavne energije. Maksimumi so značilni za jedra s sodim številom protonov in nevtronov ( , , ), minimumi pa za jedra z lihim številom protonov in nevtronov ( , , ).

Če ima jedro najmanjšo možno energijo, potem se nahaja V osnovno energijsko stanje . Če ima jedro energijo, potem se nahaja V vzburjeno energijsko stanje . Primer ustreza razcepu jedra na sestavne nukleone. Za razliko od energijskih nivojev atoma, ki so med seboj oddaljeni za enote elektronvoltov, so energijski nivoji jedra med seboj oddaljeni za megaelektronvolte (MeV). To pojasnjuje izvor in lastnosti sevanja gama.

Podatki o vezavni energiji jeder in uporaba kapljičnega modela jedra so omogočili ugotovitev nekaterih zakonitosti v zgradbi atomskih jeder.

Kriterij stabilnosti atomskih jeder je razmerje med številom protonov in nevtronov v stabilnem jedru za izobarne podatke (). Pogoj za minimalno jedrsko energijo vodi do naslednjega razmerja med Z usta in A:

.

(9.2.6)

Vzemite celo število Z ust, ki je najbližje tistemu, ki ga dobimo s to formulo.

Pri majhnih in srednjih vrednostih Aštevilo nevtronov in protonov v stabilnih jedrih je približno enako: Z ≈ A – Z.

Z rastjo Z Coulombove odbojne sile protonov sorazmerno naraščajo Z·( Z – 1) ~ Z 2 (interakcija protonskih parov), in da bi kompenzirali ta odboj z jedrsko privlačnostjo, mora število nevtronov naraščati hitreje kot število protonov.

Za ogled predstavitev kliknite ustrezno hiperpovezavo:

Vodikovi izotopi se med seboj razlikujejo po masi dvakrat ali trikrat. Devterij je neradioaktiven in kot majhna mešanica vstopi v navaden vodik. Ko se devterij poveže s kisikom, nastane težka voda; njene fizikalne lastnosti se bistveno razlikujejo od navadne vode. Pri normalnem atmosferskem tlaku vre pri 101,2 C in zmrzne pri –3,8 C. Tritij ima atomsko maso 3 in je beta aktiven, z razpolovno dobo 12 let.

Mešanica treh izotopov je naravni uran, ki je sestavljen iz U-238 (99,28 %), U-235 (0,714 %), U-234 (0,006 %), jedra teh izotopov

Skupaj je znanih približno 2000 naravnih in umetno proizvedenih radioaktivnih izotopov. Nekateri izotopi, ki jih najdemo v naravi, in skoraj vsi izotopi, proizvedeni umetno, ne morejo preživeti za nedoločen čas. Takšne nestabilne izotope običajno imenujemo radionuklidi.

Izraz "izotopi" je treba uporabljati le v primerih, ko govorimo o atomih istega kemičnega elementa. Če so mišljeni atomi različnih kemičnih elementov, je priporočljivo uporabiti izraz "nuklidi".

Na primer, mešanica radionuklidov Sr-90, I-131, Cs-137, vendar ogljikovih izotopov C-12, C-14. Naravni kalij predstavljajo trije izotopi: K-39, K-40, K-41; 93,08 %, 0,0119 % in 6,91 %.

Atomska jedra z enakim masnim številom A in različnim Z imenujemo izobare, atomska jedra z enakim številom nevtronov N (pri N = A – Z) pa izotoni.

Na primer: jedra 40 18 Ar, 40 19 K, 40 20 Ca so izobare (za njih A = 40);

jedra 136 54 Xe, 138 56 Ba, 139 57 La so izotoni (zanje N = 82).

Obstoj izotopov dokazuje, da naboj jedra ne določa vseh lastnosti atoma, temveč le njegove kemijske lastnosti in tiste fizikalne lastnosti, ki so odvisne od elektronske lupine, na primer velikost. Masa atoma in njegove radioaktivne lastnosti niso določene z zaporedno številko v periodnem sistemu.

3.2. Energija vezave atomskih jeder

Nukleoni v jedrih so v stanjih, ki se bistveno razlikujejo od svojih prostih stanj. Z izjemo navadnega vodikovega jedra imajo vsa jedra vsaj dva nukleona, med katerima

V teh primerih gre za jedrsko močno interakcijo - privlačnost, ki zagotavlja stabilnost jeder, kljub odbijanju enako nabitih protonov, tj. med nukleoni, ki sestavljajo jedro atoma, obstajajo posebne vrste sil. imenovano jedrska. Posebnost teh sil je, da delujejo le na zelo majhnih razdaljah le med sosednjimi nukleoni.

Moč jeder je označena z vezno energijo. Po svoji velikosti je vezavna energija enaka delu, ki ga je treba porabiti, da se jedro razbije na njegove sestavne nukleone, ne da bi jim posredovali kinetično energijo. Enaka energija se sprosti, ko iz nukleonov nastane jedro. Vezna energija jedra je razlika med energijo vseh prostih nukleonov, ki sestavljajo jedro, in njihovo energijo v jedru.

Vezavna energija nukleonov v jedru je milijonkrat večja od vezavne energije atomov v molekuli. Zato se med kemijskimi transformacijami snovi atomska jedra ne spremenijo.

Ko nastane jedro, se njegova masa zmanjša: masa jedra je manjša od vsote mas njegovih sestavnih nukleonov. Zmanjšanje mase jedra med nastankom je razloženo s sproščanjem vezavne energije. Količina energije, ki jo vsebuje snov, je neposredno povezana z njeno maso z Einsteinovim razmerjem

Najbolj natančne meritve jedrskih mas kažejo, da je masa mirovanja jedra vedno manjša od vsote mas mirovanja njegovih sestavnih protonov in nevtronov:

Zmanjšanje mase pri nastajanju jedra iz nukleonov pomeni, da se energija tega sistema nukleonov zmanjša za količino vezavne energije Eb:

Ko iz delcev nastane jedro, slednji zaradi delovanja jedrskih sil na kratkih razdaljah z ogromnim pospeškom hitijo drug proti drugemu. V tem primeru oddani gama žarki imajo energijo Eb in maso m.

Energija vezave na nukleon (tj. skupna energija vezave, deljena s številom nukleonov v jedru) se imenuje specifično vezavno energijo:

Čim večja je absolutna vrednost specifične energije vezave, tem močnejša je interakcija med nukleoni in tem močnejše je jedro. Največjo vezavno energijo na nukleon, približno 8,75 MeV, imajo elementi v srednjem delu periodnega sistema.

3.3. radioaktivnost. Zakon radioaktivnega razpada

Pojav spontane (spontane) spremembe strukture jedra atoma enega elementa in njegovega preoblikovanja v bolj stabilno jedro atoma drugega elementa imenujemo radioaktivnost, samo nestabilno jedro pa je radioaktivno.

Vsako tako posamezno dejanje spontanega preoblikovanja jeder z emisijo osnovnih delcev ali njihovih skupin se imenuje radioaktivni razpad. Če radioaktivni razpad spremlja emisija delcev alfa, potem gre za razpad alfa; beta delci – beta razpad. Alfa in beta razpade običajno spremlja sevanje gama.

Tokovi osnovnih delcev ali njihovih skupin, ki nastanejo med neodvisnimi transformacijami atomskih jeder, so ionizirajoče sevanje. Poznamo tri vrste radioaktivnega sevanja: sevanje alfa, beta in gama.

Od skupnega števila (približno 2 tisoč) trenutno znanih radioaktivnih nuklidov je le približno 300 naravnih, ostali pa so pridobljeni umetno kot posledica jedrskih reakcij.

Spontane transformacije radioaktivnih jeder vodijo do stalnega zmanjševanja števila atomskih jeder prvotnega radionuklida in nastajanja hčerinskih produktov.

Za določeno radioaktivno snov je verjetnost razpada vsakega jedra kadar koli enaka, saj jedra razpadajo neodvisno drugo od drugega.

Zakon radioaktivnega razpada za vse jedrske transformacije ugotavlja, da vedno isti delež nerazpadlih jeder danega radionuklida razpade na časovno enoto. Ta delež se imenuje konstanta razpada in določiti. Na splošno je ta zakon izražen z eksponentnim razmerjem:

kjer je N število jeder, ki so med časom razpadla; N 0 je začetno število jeder

radionuklid; e = 2,718; je razpadna konstanta, ustrezna razpolovna doba pa je odvisna samo od stabilnosti jeder.

Ta zakon, ki izraža zmanjšanje števila jeder atomov radioaktivne snovi skozi čas, se imenuje zakon radioaktivnega razpada (slika 4).

riž. 4. Graf radioaktivnega razpada:

N 0 – začetna količina radioaktivne snovi; T 1/2 – razpolovna doba snovi

Radionuklid se lahko spremeni v drug radionuklid, kar vodi do nastanka t.i radioaktivne verige.

Za kateri koli trenutek

kjer sta N 1 in N 2 število jeder matičnega in hčerinskega radionuklida; N 0 je število jeder matičnega radionuklida v začetnem času; 1 in 2 sta razpadni konstanti matičnega in hčerinskega radionuklida.

Za opredelitev stabilnosti jeder radioaktivne snovi glede na razpad se uporablja koncept "razpolovne dobe". Polovica življenja radioaktivne snovi - časovno obdobje, v katerem se zaradi radioaktivnega razpada število jeder določene radioaktivne snovi zmanjša za polovico. Skladno s tem se intenzivnost ionizirajočega sevanja, ki ga oddaja ta radioaktivna snov, prepolovi. Med stalnim

razpada () in razpolovne dobe (T 1/2) obstaja povezava

Razpolovna doba za različne radionuklide sega od delcev sekunde do milijard let. V skladu s tem delimo radioaktivne snovi na kratkožive (ure, dnevi) in dolgožive (več let).

Na primer: 214 84 Po (T 1/2 = 1,6 10–4 s); 238 92 U (T 1/2 = 4,47 1010 let).

Razpolovna doba je ena glavnih značilnosti radioaktivnih snovi, ki se upošteva pri njihovi praktični uporabi. Tako imajo pri gama terapiji prednost radioaktivne snovi z dolgo razpolovno dobo.

Na primer: 137 55 Cs (T 1/2 = 30 let); 27 60 Co (T 1/2 = 5,25 let).

Pri vnašanju radioaktivnih snovi v telo v diagnostične namene si prizadevajo čim bolj zmanjšati dozo sevanja organov in

Da bi bila atomska jedra stabilna, morajo protone in nevtrone v jedrih zadrževati ogromne sile, mnogokrat večje od sil Coulombovega odbijanja protonov. Sile, ki zadržujejo nukleone v jedru, imenujemo jedrska . Predstavljajo manifestacijo najintenzivnejše vrste interakcij, ki jih pozna fizika - tako imenovane močne interakcije. Jedrske sile so približno 100-krat večje od elektrostatičnih sil in za več deset vrst velikosti večje od sil gravitacijske interakcije med nukleoni. Pomembna značilnost jedrskih sil je njihova narava kratkega dosega. Jedrske sile se opazno kažejo, kot so pokazali Rutherfordovi poskusi sipanja α-delcev, le na razdaljah reda velikosti jedra (10 -12 -10 -13 cm). Na velikih razdaljah se kaže delovanje sorazmerno počasi padajočih Coulombovih sil.

Na podlagi eksperimentalnih podatkov lahko sklepamo, da se protoni in nevtroni v jedru glede močne interakcije obnašajo enako, tj. jedrske sile niso odvisne od prisotnosti ali odsotnosti električnega naboja na delcih.

Najpomembnejšo vlogo v jedrski fiziki ima koncept jedrska vezna energija .

Energija vezave jedra je enaka najmanjši energiji, ki jo je treba porabiti, da se jedro popolnoma razcepi na posamezne delce.

Iz zakona o ohranitvi energije izhaja, da je vezavna energija enaka energiji, ki se sprosti pri nastajanju jedra iz posameznih delcev. Energijo vezave katerega koli jedra lahko določimo z natančnim merjenjem njegove mase. Trenutno so se fiziki naučili izmeriti mase delcev - elektronov, protonov, nevtronov, jeder itd. - z zelo visoko natančnostjo. Te meritve to kažejo masa katerega koli jedra Mjaz:

vedno manjša od vsote mas njegovih sestavnih protonov in nevtronov

Ta energija se sprosti med nastajanjem jedra v obliki sevanja γ-kvanta.

Kot primer izračunajmo vezno energijo helijevega jedra; na primer, ionizacijska energija je 13,6 eV. V tabelah je običajno navesti specifično vezavno energijo A. Kot je razvidno iz grafa, specifična vezavna energija nukleonov ni enaka za različna atomska jedra. Pri lahkih jedrih se specifična vezavna energija najprej strmo poveča od 1,1 MeV/nukleon za devterij do 7,1 MeV/nukleon za helij. Nato se specifična energija po vrsti skokov počasi poveča do največje vrednosti 8,7 MeV/nukleon za elemente z masnim številom A= 50-60, nato pa relativno počasi pada za težke elemente. Na primer, za uran je 7,6 MeV/nukleon.

Zmanjšanje specifične energije vezave pri prehodu na težke elemente je razloženo s povečanjem energije Coulombovega odbijanja protonov. V težkih jedrih vez med nukleoni oslabi, sama jedra pa postanejo manj trdna.

V primeru stabilna pljuča jeder, kjer je vloga Coulombove interakcije majhna, število protonov in nevtronov Z in n se izkažejo za enake (, , ). Pod vplivom jedrskih sil nastanejo pari proton-nevtron. Toda za težka jedra, ki vsebujejo veliko število protonov, so zaradi povečanja Coulombove odbojne energije potrebni dodatni nevtroni za zagotovitev stabilnosti. Na sl. Slika 6.6.2 je diagram, ki prikazuje število protonov in nevtronov v stabilnih jedrih. Za jedra po bizmutu ( Z> 83), zaradi velikega števila protonov popolna stabilnost na splošno ni mogoča.

Iz sl. 6.6.1 je razvidno, da so z energijskega vidika najbolj stabilna jedra elementov v srednjem delu periodnega sistema. To pomeni, da obstajata dve možnosti za pridobitev pozitivnega izkoristka energije iz jedrskih transformacij:

1. delitev težkih jeder na lažja;

2. zlitje lahkih jeder v težja.

Oba procesa sproščata ogromne količine energije. Trenutno se praktično izvajata oba procesa: cepitvene reakcije in termonuklearne reakcije.

Naredimo nekaj ocen. Naj bo na primer uranovo jedro razdeljeno na dve enaki jedri z masnim številom 119. Za ta jedra, kot je razvidno iz sl. 6.6.1 je specifična vezavna energija približno 8,5 MeV/nukleon. Specifična vezavna energija uranovega jedra je 7,6 MeV/nukleon. Posledično cepitev uranovega jedra sprosti energijo enako 0,9 MeV/nukleon ali več kot 200 MeV na atom urana.

Zdaj pa razmislimo o drugem postopku. Naj se pod določenimi pogoji združita dve jedri devterija v eno jedro helija. Specifična vezavna energija devterijevih jeder je 1,1 MeV/nukleon, specifična vezavna energija helijevih jeder pa 7,1 MeV/nukleon. Posledično bo sinteza enega jedra helija iz dveh jeder devterija sprostila energijo enako 6 MeV/nukleon ali 24 MeV na atom helija.

Opozoriti je treba, da sintezo lahkih jeder v primerjavi s cepitvijo težkih jeder spremlja približno 6-krat večja sprostitev energije na nukleon.

Teme kodifikatorja enotnega državnega izpita: vezavna energija nukleonov v jedru, jedrske sile.

Atomsko jedro je po nukleonskem modelu sestavljeno iz nukleonov - protonov in nevtronov. Toda katere sile zadržujejo nukleone v jedru?

Zakaj se na primer dva protona in dva nevtrona držita skupaj v jedru atoma helija? Navsezadnje bi morali protoni, ki se odbijajo zaradi električnih sil, leteti narazen v različne smeri! Mogoče ta gravitacijska privlačnost nukleonov drug k drugemu preprečuje razpad jedra?

Preverimo. Naj sta dva protona na neki razdalji drug od drugega. Poiščimo razmerje med silo njihovega električnega odboja in silo gravitacijske privlačnosti:

Naboj protona je K, masa protona kg, torej imamo:

Kakšna pošastna premoč električne sile! Gravitacijska privlačnost protonov ne samo, da ne zagotavlja stabilnosti jedra - na ozadju njihovega medsebojnega električnega odbijanja sploh ni opazna.

Posledično obstajajo druge privlačne sile, ki držijo nukleone skupaj v jedru in po velikosti presegajo silo električnega odboja protonov. To so tako imenovane jedrske sile.

Jedrske sile.

Doslej smo v naravi poznali dve vrsti interakcij – gravitacijsko in elektromagnetno. Jedrske sile služijo kot manifestacija nove, tretje vrste interakcije - močne interakcije. Ne bomo se spuščali v mehanizem nastanka jedrskih sil, ampak bomo le našteli njihove najpomembnejše lastnosti.

1. Med poljubnima dvema nukleonoma delujejo jedrske sile: proton in proton, proton in nevtron, nevtron in nevtron.
2. Jedrske privlačne sile protonov znotraj jedra so približno 100-krat večje od sile električnega odboja protonov. Močnejših sil od jedrskih v naravi ni opaziti.
3. Jedrske privlačne sile so kratkega dosega: njihov radij delovanja je približno m. To je velikost jedra - na tej medsebojni razdalji držijo nukleone jedrske sile. Z večanjem razdalje se jedrske sile zelo hitro zmanjšujejo; če razdalja med nukleoni postane enaka m, bodo jedrske sile skoraj popolnoma izginile.

Na razdaljah, manjših od m, jedrske sile postanejo odbojne.

Močna interakcija je ena temeljnih – ni je mogoče razložiti na podlagi drugih vrst interakcij. Izkazalo se je, da sposobnost močnih interakcij ni značilna samo za protone in nevtrone, temveč tudi za nekatere druge osnovne delce; vsi taki delci se imenujejo hadroni. Elektroni in fotoni ne spadajo med hadrone – ne sodelujejo v močnih interakcijah.

Enota za atomsko maso.

Mase atomov in osnovnih delcev so izredno majhne, ​​zato je njihovo merjenje v kilogramih neprijetno. Zato se v atomski in jedrski fiziki pogosto uporablja veliko manjša enota – t.j
imenujemo enota za atomsko maso (skrajšano a.m.u.).

Po definiciji je enota atomske mase 1/12 mase ogljikovega atoma. Tukaj je njegova vrednost, natančna na pet decimalnih mest v standardnem zapisu:

A.e.m.kg g.

(Tako natančnost bomo pozneje potrebovali za izračun ene zelo pomembne količine, ki se nenehno uporablja pri izračunih energije jeder in jedrskih reakcij.)

Izkazalo se je, da 1 a. e.m., izraženo v gramih, je številčno enako recipročni vrednosti Avogadrovega konstantnega mola:

Zakaj se to zgodi? Spomnimo se, da je Avogadrovo število število atomov v 12 g ogljika. Poleg tega je masa ogljikovega atoma 12 a. e.m. od tu imamo:

torej a. m. = g, kar je bilo potrebno.

Kot se spomnite, ima vsako telo z maso m energijo mirovanja E, ki je izražena z Einsteinovo formulo:

. (1)

Ugotovimo, kakšna energija je v eni enoti atomske mase. Izračune bomo morali izvesti z dokaj visoko natančnostjo, zato hitrost svetlobe vzamemo na pet decimalnih mest natančno:

Torej, za maso a. imamo ustrezno energijo počitka:

J. (2)

Pri majhnih delcih je neprimerno uporabljati joule - iz istega razloga kot kilograme. Obstaja veliko manjša enota za merjenje energije - elektron-volt(skrajšano eV).

Po definiciji je 1 eV energija, ki jo pridobi elektron, ko gre skozi pospešeno potencialno razliko 1 volta:

EV KlV J. (3)

(saj se spomnite, da je pri nalogah dovolj, da uporabite vrednost osnovnega naboja v obliki Cl, vendar tukaj potrebujemo natančnejše izračune).

In zdaj smo končno pripravljeni izračunati zelo pomembno količino, obljubljeno zgoraj - energijski ekvivalent enote atomske mase, izražen v MeV. Iz (2) in (3) dobimo:

EV.

(4) Torej, spomnimo se: energija počitka enega a. e.m. enak 931,5 MeV

. S tem dejstvom se boste velikokrat srečali pri reševanju problemov.

V prihodnosti bomo potrebovali mase in energije mirovanja protona, nevtrona in elektrona. Predstavimo jih z natančnostjo, ki zadostuje za rešitev problemov.
A.mu., MeV;
A. e.m., MeV;

A. e.m., MeV.

Masni defekt in vezavna energija.

Navajeni smo, da je masa telesa enaka vsoti mas delov, iz katerih je sestavljeno. V jedrski fiziki se morate odvaditi te preproste misli.

Začnimo s primerom in vzemimo delec jedra, ki nam je znan. V tabeli (na primer v Rymkevichevi nalogi) je vrednost za maso nevtralnega atoma helija: enaka je 4,00260 a. e.m. Da bi našli maso helijevega jedra, morate od mase nevtralnega atoma odšteti maso dveh elektronov, ki se nahajata v atomu:

Hkrati je skupna masa dveh protonov in dveh nevtronov, ki sestavljajo jedro helija, enaka:

Vidimo, da vsota mas nukleonov, ki sestavljajo jedro, presega maso jedra za Količina se imenuje masna napaka.

Na podlagi Einsteinove formule (1) masni defekt ustreza spremembi energije:

Količino tudi označujemo in imenujemo jedrska vezavna energija. Tako je vezavna energija -delca približno 28 MeV.

Kakšen je fizikalni pomen vezavne energije (in s tem masne napake)? Če želite jedro razdeliti na sestavne protone in nevtrone, potrebujete delati proti delovanju jedrskih sil. To delo ni nič manj kot določena vrednost; minimalno delo za uničenje jedra je opravljeno, ko se sprostijo protoni in nevtroni

počitek. No, če je delo opravljeno na sistemu, potem energija sistema poveča po količini opravljenega dela. Zato se izkaže, da je skupna energija mirovanja nukleonov, ki sestavljajo jedro in vzeta ločeno več

energija počitka jedra za količino.

V našem primeru z -delcem je skupna energija mirovanja dveh protonov in dveh nevtronov za 28 MeV večja od energije mirovanja helijevega jedra. To pomeni, da je za razdelitev jedra na sestavne nukleone potrebno delo, ki je enako najmanj 28 MeV. To količino smo poimenovali vezavna energija jedra.

Torej, jedrska vezna energija - to je minimalno delo, ki ga je treba opraviti, da se jedro razdeli na njegove sestavne nukleone.

Vezavna energija jedra je razlika med energijami počitka nukleonov jedra, vzetih posamično, in energijo počitka jedra samega. Če je jedro mase sestavljeno iz protonov in nevtronov, potem imamo za vezavno energijo:

Količino, kot že vemo, imenujemo masni defekt.

Specifična energija vezave.

Pomembna značilnost trdnosti jedra je njegova specifično vezavno energijo, ki je enaka razmerju med vezno energijo in številom nukleonov:

Specifična vezavna energija je vezavna energija na nukleon in se nanaša na povprečno delo, ki ga je treba opraviti, da odstranimo nukleon iz jedra.

Na sl. Slika 1 prikazuje odvisnost specifične vezavne energije naravnih (to je v naravi prisotnih 1 ) izotopov kemijskih elementov od masnega števila A.

riž. 1. Specifična vezavna energija naravnih izotopov

Elementi z masnimi števili 210–231, 233, 236, 237 se v naravi ne pojavljajo. To pojasnjuje vrzeli na koncu grafa.

Pri lahkih elementih specifična vezavna energija narašča z naraščanjem in doseže največjo vrednost 8,8 MeV/nukleon v bližini železa (to je v območju sprememb od približno 50 do 65). Nato postopoma pada na vrednost 7,6 MeV/nukleon za uran.

To naravo odvisnosti specifične energije vezave od števila nukleonov pojasnjujemo s skupnim delovanjem dveh različno usmerjenih dejavnikov.

Prvi dejavnik je površinski učinki. Če je v jedru malo nukleonov, se jih nahaja pomemben del na površini jedrca. Ti površinski nukleoni so obdani z manj sosedi kot notranji nukleoni in zato medsebojno delujejo z manj sosednjimi nukleoni. Z naraščanjem se delež notranjih nukleonov povečuje, delež površinskih nukleonov pa zmanjšuje; zato bi moralo delo, ki ga je treba opraviti za odstranitev enega nukleona iz jedra, v povprečju naraščati z naraščanjem .

Ko pa se število nukleonov poveča, se začne pojavljati drugi dejavnik - Coulombov odboj protonov. Konec koncev, več kot je protonov v jedru, večje električne odbojne sile težijo k raztrganju jedra; z drugimi besedami, močneje se vsak proton odbija od drugih protonov. Zato bi moralo delo, potrebno za odstranitev nukleona iz jedra, v povprečju padati z naraščanjem .

Čeprav je nukleonov malo, prevladuje prvi faktor nad drugim, zato se poveča specifična vezavna energija.

V bližini železa se delovanje obeh faktorjev med seboj primerja, zaradi česar doseže specifična vezavna energija maksimum. To je območje najbolj stabilnih, vzdržljivih jeder.

Nato začne prevladati drugi dejavnik in pod vplivom vedno večjih Coulombovih odbojnih sil, ki potiskajo jedro narazen, se specifična vezavna energija zmanjša.

Nasičenost jedrskih sil.

Dejstvo, da v težkih jedrih prevladuje drugi faktor, kaže na eno zanimivo lastnost jedrskih sil: imajo lastnost nasičenosti. To pomeni, da je vsak nukleon v velikem jedru z jedrskimi silami povezan ne z vsemi drugimi nukleoni, temveč le z majhnim številom svojih sosedov, pri čemer to število ni odvisno od velikosti jedra.

Dejansko, če takšne nasičenosti ne bi bilo, bi specifična vezavna energija še naprej naraščala z naraščanjem - navsezadnje bi vsak nukleon držale skupaj jedrske sile z naraščajočim številom nukleonov v jedru, tako da bi prvi faktor vedno prevladujejo nad drugim. Coulombove odbojne sile ne bi imele možnosti, da bi situacijo obrnile sebi v prid!