Дефект массы ядра и внутриядерная энергия связи нуклонов - Концепция взаимодействия энтеросорбентов с внутренней средой организма

Нуклоны в ядрах находятся в состояниях, существенно отличающихся от их свободных состояний. За исключением ядра обычного водорода, во всех ядрах имеется не менее двух нуклонов, между которыми существует особое ядерное сильное взаимодействие - притяжение, обеспечивающее устойчивость ядер несмотря на отталкивание одноименно заряженных протонов.

Энергией связи нуклона в ядре называется физическая величина, равная той работе, которую нужно совершить для удаления нуклона из ядра без сообщения ему кинетической энергии.

Энергия, которую надо затратить, чтобы, преодолев ядерные силы, расщепить ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи атомного ядра. Энергия связи ядра определяется величиной той работы, которую нужно совершить, чтобы расщепить ядро на составляющие его нуклоны без придания им кинетической энергии.

Если ядро образуется из отдельных нуклонов, то энергия связи ядра в момент его формирования выделяется в виде излучения. Из закона сохранения энергии следует, что при образовании ядра должна выделяться такая энергия, которую нужно затратить при расщеплении ядра на составляющие его нуклоны. Энергия связи ядра является разностью между энергией всех свободных нуклонов, составляющих ядро, и их энергией в ядре. Из закона взаимосвязи массы и энергии следует, что:

Где m-дефект массы ядра.

При образовании ядра происходит уменьшение его массы: масса ядра меньше, чем сумма масс составляющих его нуклонов. Уменьшение массы ядра при его образовании объясняется выделением энергии связи. Если Wсв - величина энергии, выделяющейся при образовании ядра, то соответствующая ей масса называется дефектом массы и характеризует уменьшение суммарной массы при образовании ядра из составляющих его нуклонов:

Если ядро массой Мяд образовано из Z протонов с массой Mp и из (A - Z) нейтронов с массой Mn, то:

Вместо массы ядра Мяд величину ?m можно выразить через атомную массу МАт:

Где MН - масса водородного атома. При практическом вычислении ?M массы всех частиц и атомов выражаются в атомных единицах массы (а. е.м.). Одной атомной единице массы соответствует атомная единица энергии (a. e.э.): 1 а. е.э. = 931,5016 МэВ.

Дефект массы служит мерой энергии связи ядра:

Удельная энергия связи равна энергии, которую необходимо затратить. чтобы удалить из ядра один нуклон. Удельной энергией связи ядра щсв называется энергия связи, приходящаяся на один нуклон:

Величина щсв составляет в среднем 8 МэВ/нуклон. Ядра элементов в средней части периодической системы наиболее прочны. По мере увеличения числа нуклонов в ядре удельная энергия связи убывает. Ядра атомов химических элементов, расположенных в конце периодической системы (например ядро урана), имеют щсв ? 7,6 МэВ/нуклон. Это объясняет возможность выделения энергии при делении тяжелых ядер.

Практически можно осуществить два способа высвобождения внутриядерной энергии:

    - деление тяжелых ядер (цепная реакция) - синтез легких ядер (термоядерная реакция).

Если ядро имеет наименьшую возможную энергию, то оно находится в основном энергетическом состоянии. Если ядро имеет энергию, то оно находится в возбужденном энергетическом состоянии. Случай соответствует расщеплению ядра на составляющие его нуклоны. В отличие от энергетических уровней атома, раздвинутых на единицы электронвольтов, энергетические уровни ядра отстоят друг от друга на мегаэлектронвольт (МэВ). Этим объясняется происхождение и свойства гамма-излучения.

Данные об энергии связи ядер и использование капельной модели ядра позволили установить некоторые закономерности строения атомных ядер. Критерием устойчивости атомных ядер является соотношение между числом протонов и нейтронов в устойчивом ядре для данных изобаров ( А = const).

Похожие статьи




Дефект массы ядра и внутриядерная энергия связи нуклонов - Концепция взаимодействия энтеросорбентов с внутренней средой организма

Предыдущая | Следующая