Ядра атомів являють собою сильно пов'язані системи з великого числа нуклонів. Для повного розщеплення ядра на складові частини і видалення їх на великі відстані один від одного необхідно затратити певну роботу А. Енергією связіназивают енергію, рівну роботі, яку треба зробити, щоб розщепити ядро на вільні нуклони. Е зв'язку = - А За законом збереження енергія зв'язку одночасно дорівнює енергії, яка виділяється при утворенні ядра з окремих вільних нуклонів.
Питома енергія зв'язку - це енергія зв'язку, яка припадає на один нуклон.
Якщо не брати до уваги найлегших ядер, питома енергія зв'язку приблизно постійна і дорівнює 8 МеВ / нуклон. Максимальну питому енергію зв'язку (8,6МеВ / нуклон) мають елементи з масовими числами від 50 до 60. Ядра цих елементів найбільш стійкі.
У міру перевантаження ядер нейтронами питома енергія зв'язку убуває. Для елементів в кінці таблиці Менделєєва вона дорівнює 7,6 МеВ / нуклон (наприклад для урану).
Виділення енергії в результаті розщеплення або синтезу ядра Для того, щоб розщепити ядро треба затратити певну енергію для подолання ядерних сил. Для того, щоб синтезувати ядро з окремих частинок треба подолати кулонівських сили відштовхування (для цього треба затратити енергію, щоб розігнати ці частинки до великих швидкостей). Тобто, щоб провести розщеплення ядра або синтез ядра треба затратити якусь енергію. При синтезі ядра на малих відстанях на нуклони починають діяти ядерні сили, які спонукають їх рухатися з прискоренням. Прискорені нуклони випромінюють гамма-кванти, які і мають енергію, що дорівнює енергії зв'язку. На виході реакції розщеплення ядра або синтезу енергія виділяється. Є сенс проводити розщеплення ядра або синтез ядра, якщо отримується, тобто виділена енергія в результаті розщеплення або синтезу, буде більше, ніж витрачена. Згідно з графіком, вийгриш в енергії можна отримати або при розподілі (розщепленні) важких ядер, або при при злитті легких ядер, що й робиться на практиці.
ДЕФЕКТ МАС Вимірювання мас ядер показують, що маса ядра (Мене) завжди менше суми мас спокою складають його вільних нейтронів і протонів. При розподілі ядра: маса ядра завжди менше суми мас спокою утворилися вільних частинок. При синтезі ядра: маса утворився ядра завжди менше суми мас спокою вільних частинок, його утворили.
Дефект мас є мірою енергії зв'язку атомного ядра. Дефект мас дорівнює різниці між сумарною масою всіх нуклонів ядра у вільному стані і масою ядра:
де Мене - маса ядра (з довідника) Z - число протонів в ядрі mp - маса спокою вільного протона (з довідника) N - число нейтронів в ядрі mn - маса спокою вільного нейтрона (з довідника) Зменшення маси при утворенні ядра означає, що при цьому зменшується енергія системи нуклонів.
РОЗРАХУНОК ЕНЕРГІЇ ЗВ'ЯЗКУ ЯДРА
Енергія зв'язку ядра чисельно дорівнює роботі, яку потрібно затратити для розщеплення ядра на окремі нуклони, або енергії, що виділяється при синтезі ядер з нуклонів. Мірою енергії зв'язку ядра є дефект маси.
Формула для розрахунку енергії зв'язку ядра - це формула Ейнштейна: якщо є якась система частинок, що володіє масою, то зміна енергії цієї системи призводить до зміни її маси.
Тут енергія зв'язку ядра виражена твором дефекту мас на квадрат швидкості світла.
У ядерній фізиці масу частинок висловлюють в атомних одиницях маси (а.е.м.)
Енергію зв'язку можна розрахувати в Джоулях, підставляючи в розрахункову формулу масу в кілограмах.
Однак, в ядерній фізиці прийнято виражати енергію в електронвольтах (еВ):
Прорахуємо відповідність 1 а.е.м. електронвольт:
Тепер розрахункова формула енергії зв'язку (в електронвольтах) буде виглядати так:
Маси атомних ядер
Опрі-де-лі-ті, ядро ка-ко-го з-то-па X освоєння-бож-да-ет-ся при осу-вин-ле-ванні ядер-ної ре-ак-ції:
Іс-поль-чаплі таб-ли-цу мас атом-них ядер, ви-чис-лі-ті енер-гію, освоєння-бож-да-ю-щу-ю-ся при осу-вин-ле-ванні цієї ядер -ної ре-ак-ції.
Іс-поль-чаплі таб-ли-цу мас атом-них ядер, ви-чис-лі-ті енер-гію, освоєння-бож-да-ю-щу-ю-ся при осу-вин-ле-ванні ядерно ної ре-ак-ції:
Об-ра-зец, со-дер-жа-щий радій, за 1 із використанням пус-ка-ет 3,7 • 10 10 -ча-стіц. За 1 год ви-де-ля-ет-ся енер-гія 100 Дж. Який середовищ-ний їм-пульс α-ча-стіц? Маса α-ча-сти-ці дорівнює 6,7 • 10 -27 кг. Енер-ги-їй від-да-чи ядер, -з-лу-че-ні-му і ре-ля-ти-віст-скі-ми еф-ФЕК-та-ми пре-ні-Бреч.
Одним з типів ре-ак-цій син-ті-за, ко-то-які можна ис-поль-зо-вать в бу-ду-щих тер-мо-ядер-них ре-ак-то-рах, яв- ля ет ся ре-ак-ція. Яка енер-гія W ви-де-ля-ет-ся при цій ре-ак-ції? Маса атома дей-ті-рія 1 2 H при-мер-но дорівнює 2,014 а.е.м. маса атома 2 3 He - 3,016 а.е.м, маса атома 2 4 He - 4,003 а.е.м. Відповідь ви-ра-зи-ті в МеВ.
Іс-поль-чаплі таб-ли-цу мас атом-них ядер, ви-чис-лі-ті енер-гію, освоєння-бож-да-ю-щу-ю-ся при син-ті-зе 1 кг гелію з з-то-пов по-до-ро-да - дей-ті-рія і три-ку:
Ядро, що складається з 92 протонів і 143 нейтронів, викинуло α-частинку. Яке ядро утворилося при α-розпаді? Визначити дефект маси і енергію зв'язку утворився ядра.
При злитті дейтрона з ядром Li 6 відбувається ядерна реакція Li 6 + d → n + Be 7. в якій виділяється енергія Q = 3,37 МеВ. Вважаючи кінетичну енергію початкових частинок нехтує малою, знайти розподіл енергії між продуктами реакції.
Ядерна реакція l4 N + 4 He → 17 O + p може йти, якщо налітають на нерухомі ядра азоту α-частинки мають енергію, що перевищує порогову енергію Eo = 1,45 МеВ. На скільки енергія α-частинок повинна бути більше порогової, щоб кінетична енергія утворюються в реакції протонів дорівнювала нулю?
Обчислити дефект маси, енергію зв'язку і питому енергію зв'язку ядра 8 16 О. Маса атома водню m (1 + 1 H) = 1,00783 а.е.м .; маса нейтрона mn = 1,00867 а.е.м .; маса атома кисню m (8 16 O) = 15,99492 а.е.м .; Z = 8; А = 16.
Повна енергія тіла масою 1 кг дорівнює (з = 3 * 108 м / с)