Дефект массы и энергия связи ядра. Поскольку большинствао ядер устойчиво, то между нуклонами существует особе ядерное (сильное) взаимодействие – притяжение

Поскольку большинствао ядер устойчиво, то между нуклонами существует особе ядерное (сильное) взаимодействие – притяжение, которое обеспечивает устойчивость ядер, несмотря на отталкивание одноименно заряженных протонов.

Энергией связи ядра Е_св называется физическая величина, равная работе, которую надо совершить, чтобы расщепить ядро на составляющие его нуклоны, не сообщая им кинетической энергии.

Из закона сохранения энергии следует, что при образовании ядра должна выделяться такая же энергия, какую нужно затратить при рассщеплении ядра на составляющие его нуклоны. Энергия связи ядра является разностью между энергией всех нуклонов в ядре и их энергией в свободном состоянии.

Энергия связи нуклонов в атомном ядре:

Е_св = mc² = [Zm_р + (А – Z)m_n - m_я]с² = [Zm_н + (А – Z)m_n - М_а]с²

где m_р, m_n, m_я – соответственно массы протона, нейтрона и ядра;

m_н ≈ m_р + m_е – масса атома водорода ; М_а – атомная масса данного вещества.

Масса Δ_m, соответствующая энергии связи:

Δm _{= =} Zm_р + (А – Z)m_n - m_я

называется дефектом массы ядра. На эту величину уменьшается масса всех нуклонов при образовании из них ядра.

Удельной энергией связи называется энергия связи, приходящаяся на один нуклон: Δε = _. Она характеризует устойчивость (прочность) атомных ядер, т.е. чем больше Δε, тем прочнее ядро.

Зависимость удельной энергии связи от массового числа приведена на рисунке. Наиболее устойчивы ядра средней части Периодической таблицы (28 < А < 138). В этих ядрах Δε_св составляет приблизительно 8,7М_эВ/нуклон (для сравнения, энергия связи валентных электронов в атоме порядка 10_эВ, что в миллион раз меньше).

При переходе к более тяжелым ядрам удельная энергия связи уменьшается, поскольку при увеличении числа протонов в ядре увеличивается энергия их кулоновского отталкивания (например, для урана она составляет 7,6 М_эВ). Поэтому связь между нуклонами становится менее сильной, а сами ядра менее прочными.

Энергетически выгодно: 1) деление тяжелых ядер на более легкие; 2) слияние легких ядер друг с другом в более тяжелые. При обоих процессах выделяется огромное количество энергии; эти процессы в настоящее время реализованы практически: реакции деления ядер и реакции термоядерного синтеза ядер.