8.1.2. Энергия связи ядра

Масса ядра всегда меньше суммы масс входящих в него протонов и нейтронов:

< (8.47.1)

Это обусловлено тем, что при объединении нуклонов в ядро выделяется энергия связи нуклонов друг с другом. Согласно закону взаимосвязи массы и энергии уменьшение энергии системы сопровождается уменьшением ее массы на величину Величина

(8.47.2)

называется дефектом массы. Энергия связи атомного ядра равна:

(8.47.3)

Энергия связи ядра атома равна той работе, которую необходимо совершить, чтобы расщепить атомное ядро на отдельные нуклоны и удалить их друг от друга на такие расстояния, при которых они не взаимодействуют друг с другом. Отношение энергии связи ядра к числу нуклонов в ядре называется удельной энергией связи ядра. На рисунке показана зависимость удельной энергии связи ядра от массового числа для стабильных ядер. Наиболее прочно связаны нуклоны в ядрах атомов с массовыми числами 50 – 70. Для них удельная энергия связи достигает 8,7 Мэв/нуклон. Для более тяжелых ядер удельная энергия связи убывает с ростом массового числа (например, у ядер удельная энергия связи равна 7,6 Мэв/нуклон). На этом основана возможность выделения энергии при делении тяжелых ядер. В области малых значений массового числа удельная энергия связи растет с увеличением . Это объясняет возможность получения энергии при синтезе из легких ядер более тяжелых.

8.1.3. Природа ядерных сил

Энергия связи нуклонов в ядре свидетельствует, что между нуклонами действуют силы взаимодействия, носящие характер притяжения. Силы притяжения преодолевают силы кулоновского отталкивания между протонами и удерживают нуклоны в ядре на расстоянии примерно 10^-15м. Эти силы называют ядерными силами. Ядерные силы представляют собой проявление сильного взаимодействия. Ядерные силы обладают следующими свойствами:

а) ядерные силы являются короткодействующими; радиус их действия не превышает 1,5∙10^-15м;

б) ядерные силы являются силами притяжения, на очень маленьких расстояниях между нуклонами ( 5∙10^-16м) силы притяжения сменяются силами отталкивания;

в) ядерные силы не зависят от заряда нуклонов – зарядовая независимость ядерных сил;

г) ядерные силы обладают свойством насыщения: каждый нуклон взаимодействует с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов;

д) ядерные силы имеют нецентральный характер;

е) ядерные силы зависят от ориентации спинов.

Ядерное взаимодействие носит обменный характер, взаимодействие между нуклонами в ядре осуществляется путем обмена виртуальными -мезонами. Каждый нуклон непрерывно испускает и поглощает виртуальные -мезоны. Например: ↔ или ↔ и т.д. Рождение виртуальных частиц допускается соотношением неопределенностей

(8.47.4)

согласно которому энергия системы может претерпевать отклонения на величину в течение времени определяемого соотношением (8.47.4) . В результате нуклоны окружены облаком виртуальных -мезонов, которые образуют поле ядерных сил. Поглощение виртуальных мезонов другим нуклоном приводит к сильному взаимодействию между нуклонами. Взаимодействие может происходить по следующим схемам: