Az atommagok kötési energiája és stabilitása
Tömegének mérése a magokat bevonjuk egy tömegspektrométer (eszközök elkülönítésére ionizált atomok vagy molekulák aszerint, hogy azok tömegek által halad ionsugarakat keresztül elektromos és mágneses mező) feltárta, hogy a tömege atommagok nem egyenlő a tömege többi alkotó egyes nukleonok, de valamivel kevesebb azt. Ez annak köszönhető, hogy a magban lévő nukleonok erősen összekapcsolódnak a nukleáris erők miatt. Szét a nucleus be az egyes protonok és a neutronok, meg kell tölteni egy bizonyos energia, amely az úgynevezett nukleáris kötési energia.
A mag kötési energiáját az a munka nagysága határozza meg, amelyet meg kell tenni annak érdekében, hogy a sejtmagot szétválasszák az alkotó nukleonokba anélkül, hogy kinetikus energiát adnának nekik. Az energia megőrzésének törvényéből következik, hogy amikor a mag keletkezik, fel kell szabadítani ezt az energiát, amelyet fel kell szabadítani a sejtmag részecskéinek feldarabolásakor.
A mag kötési energiája az a különbség, amely a magot alkotó összes szabad nukleon energiáját és energiáját a magban határozza meg.
Einstein-képlet használatával. kapunk egy kifejezést a mag kötési energiájára:
Itt van. - a proton, a neutron és az atommag többi tömegét. Mivel a nem-magok tömegeit általában kísérletileg határozták meg, és a táblákban megadott atomok, a kötési energia képletének (22.3) a következőképpen alakulhat:
ahol a hidrogénatom tömege; a megfelelő elem atomjának tömege. Ebben a képletben az elektronok tömege, amely az első ciklusba lép. kompenzálja az elektronok tömege, amelyek a maggal együtt tömeget képeznek.
A (22.3) és (22.4) kifejezések lehetővé teszik a mag magjainak kötési energiájának gyakorlatilag azonos értékét. Az érték. amely meghatározza a mag kötési energiáját. tömeghibát jelent. A tömeghiba jellemzi a teljes tömeg tömegének csökkenését a nucleus kialakulásában az alkotó nukleonokból. A gyakorlati számítás során # 916; m Az összes részecskék és atomok tömege atomtömeg-egységben (amu) fejeződik ki. Egy atomi tömegegység megfelel egy atomenergia egységnek (ae.e.): 1 AUe. = 931,5016 MeV.
A kötési energia, amely egy egyetlen nukleonra vonatkozik, azaz. A teljes kötési energiát a magban lévő nukleonok számával osztottuk, és az adott kötési energiának nevezzük:
A 22.1. Ábra a különböző magok specifikus kötési energiájának függését mutatja az A. számú tömegszámban. A különböző kémiai elemek magjában lévő nukleonkötések különböző erősségeit jellemeztük. Az ábrából látható, hogy a kötési energia növekszik az A növekedésével először, majd az A> 40-ben gyakorlatilag vízszintes szakaszt képez, és lassan csökken A> 100-nál; ez azt jelenti, hogy az A tömegszámú magok, amelyek értéke 50-80 között van, és amelyekhez a kötési energia a legnagyobb, energetikai szempontból stabilak. Az időszakos tábla közepén lévő elemek magjai a legtartósabbak. Ezekben a magokban közel 8,7 MeV / nukleon. Ahogy a magban lévő nukleonok száma nő, a specifikus kötési energia csökken.
A periódusos rendszer végén található kémiai elemek atomjai (például az urán mag) ≈ 7,6 MeV / nukleonnal rendelkeznek. Ez megmagyarázza az energia felszabadulásának lehetőségét a nehéz magok hasadásában. A kis tömegszámok körében éles "csúcsok" vannak a specifikus kötési energián. A maximumok jellemzőek a pórusszámú protonokra és neutronokra (;), minimálisra a páratlan számú protonok és neutronok (;).
A könnyű magok (hidrogén, lítium) esetében a fúzió folyamata energetikailag kedvező, azaz. könnyebb magok szintézise; a nehéz magok (urán, plutónium) bizonyos körülmények között hasadási folyamat lehetséges. Ezeket a folyamatokat gyakorlatilag a termonukleáris fúzió reakcióinak és az atommaghasítási reakciók megvalósításában alkalmazzák.
A magok kötési energiájával kapcsolatos adatok lehetővé tették bizonyos szabályosságok megállapítását az atommagok szerkezetében.
Stabilitási feltétel yaderyavlyaetsya atomaránya a protonok száma és a neutronok a sejtmagban stabil. A kis és közepes méretű értékek A neutronok száma és protonok stabil magok közelítőleg egyenlő: Z ≈ A - Z. Z növeli erejét a Coulomb-taszítás protonok nőnek arányosan Z · (Z - 1)
Z 2 (a párhuzamos protonok kölcsönhatása), és ezzel a repulzió kompenzálására nukleáris attrakcióval, a neutronok száma gyorsabban növekszik, mint a protonok száma.