1.3. Ядроның байланыс энергиясы және ақау массасы

Ядродағы нуклон саны протон мен нейтрон санының қосындысына тең . Протонның және нейтронның массалары. Егер берілген ядро дана нейтроннан, дана протоннан тұрса, және ядроның тәжірибеден анықталған массасы болса, онда оның тыныштық күйдегі энергиясы келесі түрде анықталады:

. (1.3)

Ядроның құрамына кіретін бөлшектердің массасының қосындысы тәжірибеден анықталған мәнінен өзгеше болады. Осы өзгеше массаны ядроның ақау массасы деп айтады, ол . Бұл айырмашылық бірнеше ондаған пайызға дейін жетеді. Онда ядроның массасы:

(1.4)

деп анықталады, мұнда протон мен нейтронның массалары. Бұл айырмашылық осы нуклондардың ядродағы байланыс энергиясын сипаттайды, яғни ол ядродан нуклондарды бөлуге кететін энергия.

Көптеген тәжірибелерде өлшенетін шама атом массасы, ол ядроның массасынан электрон массасынның шамасына айырмашылықта болады. Атомдағы электрондар саны әрқашанда ядродағы протон санымен тең, сонда атом массасы:

(1.5)

сутегі атомының массасы: деп жазылады

Ядроның энергиясы бір-бірімен байланыспаған тыныштық күйдегі құраушыларының

(1.6)

энергиясының қосындысына тең болады. Осы шамалардың айырымы:

(1.7)

ядроның байланыс энергиясын береді. Ядро пайда болғанда нуклондардың бірігуімен нуклондардың массаларының бір бөлігі байланыс энергиясына кетеді де жылу болып бөлініп шығады. Протон мен нейтрон қосылып, дейтрон пайда болады, ондай процесті нуклон синтезі деп атайды. Дейтрон – сутегінің изотобы дейтерийдің ядросы, ол бір протоннан және бір нейтроннан тұрады. Протон мен нейтронның массасының қосындысы дейтронның массасынан үлкен, бұл айырмашылық жылу болып бөлінеді. Ауыр ядролар ыдырағанда, сондай-ақ жеңіл ядролар синтез болғанда энергия бөлінеді. Жеңіл ядролардың синтезі Күнде жүріп жатыр. Бұл синтез кезінде бөлінетін энергия, өмір сүруді қамтамасыз етіп отырған, Күн энергиясының көзі болады. Осы принциптің нәтижесінде сутегінің бомбасын жасаған. Ауыр ядролар ыдырағанда, бөлінетін энергияны пайдаланып атом электр станциясы жұмыс істеп тұр.

Мысалы, көптеген жағдайларда ядролардың орнықтылығын бағалау үшін меншікті байланыс энергиясы - қолданылады. Ол:

(1.8)

ядродағы бір нуклонның орташа байланыс энергиясын сипаттайды. Басқаша айтатын болсақ, ядродан бір нуклонды жұлып алу үшін жұмсалатын энергиясы , оның шамасы көп болған сайын, ядро орнықтырақ болады.

Бақылау сұрақтары:

1. Тыныштық күйдің энергиясы қандай?

2. Ақау масса деген не?

3. Атом массасы неге тең?

4. Ядроның байланыс энергиясы неге тең?

5. Бір нуклонның орташа байланыс энергиясы қалай анықталады?