Энергия связи нуклонов в ядре - Физика атомного ядра - ОСНОВЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

4.8. Физика атомного ядра

4.8.3.Энергия связи нуклонов в ядре

Устойчивость атомного ядра характеризуется энергией связи (Есв). Энергия связи — это энергия, которую надо затратить, чтобы расщепить ядро. Ее принято выражать в мегаэлектронвольтах (МэВ) (1 МэВ = 1,6 • 10-13Дж).

Под энергией связи ядра понимают ту энергию, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны. На основании закона сохранения энергии можно также утверждать, что энергия связи равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц. Энергия связи атомных ядер очень велика. Определить ее можно, применяя соотношение Эйнштейна между массой и энергией: Е = mс2.

Точнейшие измерения показывают, что масса покоя ядра Мя всегда меньше суммы масс покоя составляющих ее протонов и нейтронов: Мя < Zmp + Nmn. Существует положительная разность масс, называемая дефектом массы: ΔM = Zmp + Nmn-Mя. Для гелия масса ядра на 0,75 % меньше суммы масс двух протонов и двух нейтронов. Для одного моля гелия ΔM = 0,03 г.

Уменьшение массы при образовании ядра из нуклонов означает, что при этом уменьшается энергия этой системы нуклонов на значение энергии связи Есв:

Энергия связи переходит в энергию излучаемых при ядерных превращениях у-квантов, которая равна как раз Есв, и масса которых ΔM = Ecв/c2.

Удельной энергией связи называют энергию связи, приходящуюся на один нуклон ядра. Ее определяют экспериментально. Зависимость Еуд от массового числа А приведена на рис. 4.13. Как видно из рисунка, удельная энергия связи примерно постоянна (не считая самых легких ядер) и равна 8 МэВ/нуклон. Слабый максимум (8,6 МэВ) приходится на элементы с массовыми числами от 50 до 60, т. е. на железо и близкие к нему по порядковому номеру элементы. Ядра этих элементов наиболее устойчивы.

У тяжелых ядер удельная энергия связи уменьшается за счет растущей с увеличением Z кулоновской энергии отталкивания протонов. Кулоновские силы стремятся разорвать ядро.