2. Энергия связи

2.1 Адронное взаимодействие

Все ядра грубо можно разделить на два класса  стабильные и радиоактивные (нестабильные). Стабильные ядра самопроизвольно не распадаются. Нестабильные ядра распадаются, испуская либо электрон, либо позитрон, либо -частицу, либо раскалываясь на ядра более легких элементов. В стабильных ядрах и в нестабильных, до распада, нуклоны удерживаются силами, являющимися более мощными, чем электрические  адронными. Это следует из того, что имеющиеся в ядре протоны электростатически отталкиваются и, тем не менее, адронное взаимодействие удерживает их от разлетания.

Из того, что адронное взаимодействие более чем в сто раз сильнее электростатического, и того, что ядра атомов не слипаются, можно сделать вывод о превышении электростатических сил над адронными на больших расстояниях. Адронные силы являются короткодействующими. В 1935 г. Юкава теоретически предсказал, что потенциальная энергия двух взаимодействующих нуклонов, находящихся на расстоянии r друг от друга, описывается законом (3) где параметр r₀  радиус адронного взаимодействия, Q²  константа адронного взаимодействия аналогичная квадрату электрического заряда (вернее  квадрату заряда, деленному на 4₀).

2.2 Дефект массы

Экспериментально установлено, что масса ядра всегда меньше суммарной массы составляющих его частиц. Причина состоит в том, что для разделения ядра, например, гелия на составляющие его два протона и два нейтрона, надо совершить работу против сил притяжения и увеличить энергию системы частиц на E. Это увеличение можно назвать энергией связи ядра. По закону эквивалентности массы и энергии, увеличение должно сопровождаться увеличением массы: E=mc². (4) В результате разобранное ядро тяжелее ядра в сборке на m. Это и есть дефект массы. Энергию связи можно узнавать из измерений масс ядер.

М ассы изотопов измеряют в устройствах, называемых масс-спектрографами. Принцип действия масс-спектрографа таков: Исследуемые изотопы ионизируют и разгоняют до некоторого значения кинетической энергии. Затем пучок разогнанных ионов направляют в магнитное поле. В магнитном поле ионы движутся по окружности. По радиусу окружности определяют массу иона. Схема устройства масс-спектрографа.

1.2 Ядерные реакции деления и синтеза

Пользуясь этим графиком легко предсказать энергетический выход любого ядерного превращения. При разделении ядра урана на два осколка с массовыми числами 92 и 133, происходит переход от ядра с меньшей удельной энергией связи к ядрам с большей энергией связи, значит, энергетический выход положительный.

Таблица значений энергии связи некоторых ядер

Изотоп	Eсв МэВ	Изотоп	Eсв МэВ	Изотоп	Eсв МэВ	Изотоп	Eсв МэВ
H	2,2	Be	65,0	O	111,9	Po	1675,9
H	8,5	B	37,7	O	127,6	Rn	1697,8
He	7,7	B	56,3	Kr	732,2	Ra	1697,8
He	28,3	B	64,7	Ba	1149,9	Th	1743,0
Li	26,3	B	76,2	Pb	1607,5	Ac	1741,0
Li	32,0	C	73,4	Pb	1636,4	Ra	1741,0
Li	39,2	C	92,2	Tl	1632,2	Th	1766,5
Li	41,3	C	97,1	Po	1655,8	U	1801,7
Be	37,6	N	73,8	Bi	1654,3	Th	1760,2
Be	56,5	N	104,7	Pb	1654,5	U	1783,87

связи. Такое превращение требует затраты энергии извне  энергетический выход отрицательный. Понятно, что положительный выход можно было бы получить при слиянии ядер углерода в ядро магния. Превращения, при которых при слиянии легких ядер получаются более тяжелые, называются ядерными реакциями синтеза.