023

A HibUl. IM1U.1 .Vvu .«n>v>».--u, r ), buui :uO ISBN D4H1II ł-7. © l>. »N TOS >*}

2 2 ENERGIA WIĄZANIA NUKLEONÓW W JĄDRZE    23

masa 4 elektronów    4 • 0.0005485799 = 0.002194320 u

nuu 4 protonów    4 1.1X17276470 = 4.029105880 u

nu« 5 neutronów    5 1.1X18664904 - 5.043324520 u

9.074624720 u

Najdokładniej wyznaczona masa atomowa berylu wynosi natomiast 9.0121822 u. V. obliczenia wynika zatem, że gdyby udało się utworzyć z 4 protonów. 5 neutronów oraz 4 elektronów jeden atom berylu, sumaryczna masa tych czystek musiałaby się zmniejszyć o 0.0624 u.

Z teorii względności Einsteina wynika, zc w przyrodzie mogą zachodzić procesy, w których masa układu ulega zmianie nic wskutek wymiany substancji (atomów, cząsteczek) z otoczeniem, lecz wskutek wymiany energii. W takim procesie zmniejszeniu się masy układu o m towarzyszy oddanie przez układ energii F. w ilaści danej wzorem

E — mc'    (2.1)

Równanie to służy również do obliczenia energii, jakiej należy dostarczyć, by nastąpił określony przyrost masy. Współczynnikiem proporc jonalności pozwalającym przeliczyć masę na energię jest kwadrat prędkości światła (c). a więc wartość bardzo duża. co powoduje, żc nawet niewielkiej zmianie masy odpowiada ogromna zmiana energii. Podstawiając we wzorze (2.1) m = 0.001 kg. c - 2.9979 10* m • s"¹ «= 3 • 10* m • s"'. otrzymujemy wyrażoną w d/ulach energię, jaka się wydziela, gdy masa zmniejsza się o 1 g. Wynosi ona 9 10^,J J (2.16 10^IJ cal). Jest to ilość ciepła, jaka wydziela się w trakcie spalania ok 2700 ton węgla kamiennego, a więc takiego zapasu węgla, który byłby potrzebny na ogrzewanie przeciętnego domku jednorodzmnego przez okres ok. 270 lat Fizyka jądrowa odnosi swoje obliczenia najczęściej do zmian masy i energii następujących w pojedynczym akcie reakcji jądrowej, a więc w naszym przykładzie do utworzenia 1 atomu berylu. W takiej skali najdogodniej posługiwać się atomowymi jednostkami masy oraz. elektronowoltami (eV) jako jednostkami energii. Energia jednego clcktronowolta równa jest energii kinetycznej, jaką uzysku je elektron przebywający w polu elektrycznym drogę, wzdłuż której nastąpił spadek potencjału równy I woltowi:

1 eV= 1.60217733 -

Uwzględniając fakt, żc 1 u — 1,6605402 I0^_r kg, możemy obliczyć energię odpowiadającą zniknięciu masy 1 u. Wynosi ona mianowicie

E = 931.5 MeV/u = 1.492 10"'° J/u

(I MeV — megaelcktronowolt równa się I0⁶ cV.)

Powracając do naszego pomyślanego procesu łączenia się protonów i neutronów w jądro berylu, musimy stwierdzić, żc proces ten. gdyby udało się go zrealizować, musiałby być połączony z wydzieleniem energii w ilości odpowiadającej ubytkowi masy 0.0624 u na jedno jądro berylu. Energia ta wynosiłaby 931,5 MeV/u 0,0624 u = 58.13 Mc V. Tyle samo energii należałoby dostarczyć, by jądro berylu ponownie rozbić na wolne nukleony. Energię tę nazywamy energią wiązania jądra. Bardzo często przelicza się ją na 1 nukleon zawarty w danym jądrze W przypadku berylu energia wiązania jednego nukleonu wynosi 58.13/9 - 6.46 MeV