63Masa jądra i energia wiązania,Defekt masy

Masa jądra i energia wiązania

Masa jądra m_N jest zawsze mniejsza od sumy mas cząstek wchodzących w jego skład. Przy łączeniu się nukleonów w jądro wydziela się energia wiązania E_w

E_w = {[Zm_p + (A- Z)m„ ] - m_N }c² m_N - masa spoczynkowa jądra.

Energia wiązania jest równa pracy, jaką należy wykonać, aby rozdzielić jądro na składające się nań nukleony i odsunąć je na takie odległości, przy których praktycznie nie oddziałują one ze sobą.

Z dobrym przybliżeniem również zachodzi E_w = {[Zm_H +{A- Z)m„ ] - m_a }c² /«„ - masa atomu wodoru, m_a - masa danego atomu.

Defekt masy jadra

Jest to wielkość

A = [Zm_p+(A- Z)m_n ] - m_N Zachodzi również A = EJc²

Współczynnik - Defekt masy przypadający na jeden nukleon upakowania (A /A).

Np. dla jHe można wyliczyć, że E_w/A = 7,1 McV, co oznacza, że energia

ta jest około 10⁶ razy większa od energii wiązania elektronów walencyjnych w atomach (które są rzędu 10 eV).

Najsilniej związane są nukleony w jądrach o liczbach masowych rzędu 50-60, co odpowiada pierwiastkom od Cr do Zn.

Wydzielanie dużych energii powinno towarzyszyć dwu typom reakcji:

1)    podział ciężkich jąder na kilka lżejszych (~ 240 McV na 1 podział),

2)    łączenie (synteza) lekkich jąder w jedno jądro (~ 24 MeV dla reakcji

²H + ²H = ,He).

W zwykłych warunkach ciężkie jądra nic dzielą się spontanicznie na kilka części, bo w tym celu muszą przejść szereg stanów pośrednich, których energie są wyższe niż energia stanu podstawowego jądra. U podstaw działania reaktorów jądrowych i bomby atomowej leży proces dzielenia się jąder uranu pod wpływem pochwyconych przez jądra neutronów.

Jądra lekkie nie łączą się samorzutnie w jądra cięższe, gdyż w tym celu muszą się one zbliżyć na bardzo małą odległość (~ 10 ¹' m). Takiemu zbliżeniu przeciwdziała ich kulombowskie odpychanie. Dla zaistnienia takich reakej i potrzebne są bardzo wysokie temperatury rzędu kilku milionów kelwinów.