Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Дефект массы и энергия связи ядра




Исследования показывают, что атомные ядра являются устойчивыми образованиями. Это означает, что в ядре между нукло­нами существует определенная связь.

Массу ядер очень точно можно опреде­лить с помощью масс-спектрометров— измерительных приборов, разделяющих с помощью электрических и магнитных полей пучки заряженных частиц (обычно ионов) с разными удельными заряда­ми Q/m. Macс-спектрометрические изме­рения показали, что масса ядра меньше, чем сумма масс составляющих его нукло­нов. Но так как всякому изменению массы (см. § 40) должно соответствовать изменение энергии, то, следовательно, при обра­зовании ядра должна выделяться опреде­ленная энергия. Из закона сохранения энергии вытекает и обратное: для разделе­ния ядра на составные части необходимо затратить такое же количество энергии, которое выделяется при его образовании. Энергия, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нук­лоны, называется энергией связи ядра(см. §40).

Согласно выражению (40.9), энергия связи нуклонов в ядре

Eсв=[Zmp + (A-Z)mn-mя]c2,

(252.1)

где mр, mn, mя — соответственно массы протона, нейтрона и ядра. В таблицах обычно приводятся не массы mяядер, а массы m атомов. Поэтому для энергии связи ядра пользуются формулой

Eсв=[ZmH + (A-Z)mn-m]c2, (252.2)

где mH — масса атома водорода. Так как mH больше mp на величину me, то первый член в квадратных скобках включает в се­бя массу Z электронов. Но так как масса атома т отличается от массы ядра mя как раз на массу Z электронов, то вычисления по формулам (252.1) и (252.2) приводят к одинаковым результатам. Величина

Dm=[Zmp + (A- Z)mn-mя

называется дефектом массыядра. На эту величину уменьшается масса всех нукло­нов при образовании из них атомного ядра. Часто вместо энергии связи рассмат­ривают удельную энергию связиdEсв — энергию связи, отнесенную к одному нук­лону. Она характеризует устойчивость (прочность) атомных ядер, т. е. чем боль­ше dEсв, тем устойчивее ядро. Удельная энергия связи зависит от массового чис­ла А элемента (рис. 342). Для легких ядер (А£12) удельная энергия связи круто возрастает до 6 — 7 МэВ, претерпевая це­лый ряд скачков (например, для 21НdEсв=1,1 МэВ, для 42Не — 7,1 МэВ, для 63Li — 5,3 МэВ), затем более медленно воз­растает до максимальной величины

 

8,7 МэВ у элементов с А = 50 60, а потом постепенно уменьшается у тяжелых эле­ментов (например, для 23892U она составляет 7,6 МэВ). Отметим для сравнения, что энергия связи валентных электронов в атомах составляет примерно 10 эВ (в 106! раз меньше).

Уменьшение удельной энергии связи при переходе к тяжелым элементам объяс­няется тем, что с возрастанием числа про­тонов в ядре увеличивается и энергия их кулоновского отталкивания. Поэтому связь между нуклонами становится ме­нее сильной, а сами ядра менее проч­ными.

Наиболее устойчивыми оказываются так называемые магические ядра,у кото­рых число протонов или число нейтронов равно одному из магических чисел: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Особенно стабильны дважды магические ядра,у которых маги­ческими являются и число протонов, и чис­ло нейтронов (этих ядер насчитывается всего пять: 42Не, 168О, 4020Са, 4820Са, 20882Pb).

Из рис. 342 следует, что наиболее устойчивыми с энергетической точки зре­ния являются ядра средней части таблицы Менделеева. Тяжелые и легкие ядра менее устойчивы. Это означает, что энергетиче­ски выгодны следующие процессы: 1) де­ление тяжелых ядер на более легкие; 2) слияние легких ядер друг с другом в бо­лее тяжелые. При обоих процессах вы­деляется огромное количество энергии; эти процессы в настоящее время осуще­ствлены практически (реакции деления и термоядерные реакции).







Дата добавления: 2015-09-07; просмотров: 122. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.013 сек.) русская версия | украинская версия