Масса ақауы және атом ядросының байланыс энергиясы
Көпшілік ядролар орнықты болғандықтан, нуклондар ерекше ядролық (өте күшті) өзара тартылыс күшімен ұстасып, бір таңбалы зарядталған протондардың тебілу күшіне қарамастан, ядроның орнықтылығын қамтамасыз етеді.
Ядроның байланыс энергиясы Ебайл деп ядродағы нуклондарды оларға кинетикалық энергия бермей-ақ ыдырату үшін жасалынған жұмыспен есептелінетін физикалық шаманы айтады.
Энергияның сақталу заңы бойынша, ядро құрылу кезінде қанша энергия шығарылса, ядроны құрушы нуклондарды ыдырату кезінде сонша энергия жұмсалуы қажет. Ядроның байланыс энергиясы ядродағы барлық нуклондардың энергиясы мен олардың еркін күйдегі энергиясының айырымына тең.
Атом ядросындағы нуклондардың байланыс энергиясы:
мұндағы,
– сәйкес протон, нейтрон және ядроның
массасы,
–
сутегі атомының массасы; Ма
– берілген заттың атомдық массасы.
Байланыс энергиясына сәйкес келетін Δm массасы,
ядроның масса ақауы деп аталады.
Барлық нуклондардың массасы олардан ядро құру кезінде осы шамаға азаяды.
Бір
нуклонға келетін байланыс энергиясы
меншікті
байланыс энергиясы
деп аталады. Ол атом ядросының орнықтылығын
(беріктігін) сипаттайды, яғни
үлкен болған сайын, ядроның беріктігі
жоғары. Меншікті байланыс энергиясының
массалық санға тәуелділігінің графигі
суретте көрсетілген.
Ең орнықты ядролар периодтық кестенің ортаңғы бөлігінде орналасқан (28<A<138). Осы ядроларда шамамен 8,7 МэВ/нуклонға тең (салыстырмалы түрде), валенттік электронның байланыс энергиясы 10 эВ-ға тең, яғни миллион есе аз).
Ауырырақ
ядроларға өту кезінде меншікті байланыс
энергиясы кемиді, өйткені ядродағы
протондар санының көбеюіне байланысты
олардың кулондық тебілу энергиясы
артады (мысалы,
уран үшін 7,6 МэВ-ті құрайды). Сондықтан,
нуклондар арасындағы байланыс күші
әлсірейді, ал ядроның беріктігі азаяды.
Энергетикалық тиімді: 1) ауыр ядроларды жеңілірек ядроларға бөлу; 2) жеңіл ядроларды бір-бірімен қосылып, ауырырақ ядроға айналуы.
Екі жағдайда да, өте зор энергия мөлшері бөлінеді; осы процестер яғни, ядролардың бөліну реакциясы және ядроның термоядролық синтездеу реакциясы қазіргі уақытта практикада іске асырылған.
Ядроның спині және оның магниттік моменті
Ядроның меншікті импульс моменті – ядроның спині – нуклондардың спинінің (1/2-ге тең) және нуклондардың орбитальды импульс моментінің (импульс моменті нуклондардың ядро ішінде қозғалысына негізделген) векторлық қосындысы тең.
Ядро
спині
заңына сәйкес квантталады. Мұндағы
-
спиндік кванттық сан, ол
шамаларын қабылдайды.
Атом
ядросы спиннен басқа магниттік
моментке
де
ие болады, мұндағы,
-
пропорционалдық коэффициент, ядролық
геромагниттік қатынас деп аталады.
Ядроның магниттік моментінің бірлігінің
қызметін ядролық
магнетон
атқарады:
.
Ядролық
магнетон Бор магнетонынан
есе кіші, сондықтан атомдардың магниттік
қасиеттері негізінен, оның электрондарының
магниттік қасиеттерімен анықталады.
Ядроның магниттік моментінің бар екені сыртқы магнит өрісіндегі атом спектрлерінің аса жіңішке құрылымынан байқауға болады.