Энергия частиц в ядре. Энергия связи атомных ядер(уч.11кл.Стр.354-357)

Энергия связи атомных ядер

Дефект массы

Удельная энергия связи

Устойчивость ядер в зависимости от размера

Синтез и деления ядер (см.ниже)

Для изучения ядерных сил, казалось бы, надо знать их зависимость от расстояния между нуклонами. Однако изучение связи между нуклонами может быть проведено и энергетическими методами.

О прочности того или иного образования судят по тому, насколько легко или трудно его разрушить: чем труднее его разрушить, тем оно прочнее. Но разрушить ядро — это значит разорвать связи между его ну­клонами. для разрыва этих связей, т.е.

для расщепления ядра на состав­ляющие его нуклоны, необходимо затратить определённую энергию, на­зываемую энергией связи ядра.

Минимальную энергию, которую необходимо затратить на разделение ядра на составляющие его нуклоны, называют энергией связи ядра, расходуемой на совершение работы против ядерных сил притяжения.

Энергия связи ядра равна минимальной работе, которую надо совершить для разделения ядра на составные части – протоны и нейтроны.

Такая энергия выделяется при образовании ядра из протонов и нейтронов и определяется уменьшением массы ядра по сравнению с массой протонов и нейтронов, входящих в его состав (так называемый «дефект массы»)

Оценим энергию связи атомных ядер.

Пусть масса покоя нуклонов, из которых образуется ядро, равна m₁.

Согласно специальной теории относительности, ей соответствует энергия ₁ = m₁c², где с — скорость света в вакууме.

После образования ядро об­ладает энергией ₂= Mc²

М— масса ядра.

Измерения показывают, что масса покоя ядра всегда меньше, чем масса покоя частиц в свободном состоянии, составляющих данное ядро. Разность этих масс называют де­фектом массы. Поэтому при образовании ядра происходит выделение энергии:

Δ = ₁ - ₂ = (m₁-M)c² = Δmc²

Из закона сохранения энергии можно заключить, что такая же энергия должна быть затрачена на расще­пление ядра на протоны и нейтроны.

Поэтому энергия связи равна:

_св = Δmc².

Если ядро с массой М образовано из Z протонов с массой m_pи из N = А - Z нейтронов с массой m_n, то дефект массы равен:

Δm = Zm_p + (A-Z)m_n - M

C учетом этого энергия связи находится по формуле:

_св = Δmc² = [Zm_p + (A-Z)m_n – M]c²

Об устойчивости ядер судят по средней энергии w_св связи, приходя­щейся на один нуклон ядра, которая называется удельной энергией связи.

w_св=

Отношение энергии связи к массовому числу называется удельной энергией связи.

Для небольших ядер удельная энергия связи мала из-за малого числа нуклонов. Наибольшей энергией связи обладают стабильные ядра, содержащие целое число α-частиц ( )

У тяжелых элементов при больших Z энергия связи нуклона уменьшается из-за кулоновского отталкивания протонов.

Слабая зависимость энергии связи нуклонов от полного числа А нуклонов в ядре подтверждает, что нуклоны связаны короткодействующими силами. Лишний нуклон взаимодействует лишь с ближайшими соседями.

Синтез и деления ядер

При соединении двух легких ядер, например может образоваться тяжелое ядро с большой энергией связи. При таком процессе ядерного синтеза выделяется значительная энергия, равная разности энергий связи тяжелого ядра и двух легких ядер.

При ядерном делении - расщеплении тяжелых ядер, например , образуются ядра более легких элементов с большими энергиями связи. При таком ядерном расщеплении так же выделяется энергия.

Водород и уран обладают минимальной удельной энергией связи (соответственно среди легких и тяжелых элементов), поэтому при синтезе и расщеплении именно этих ядер выделяется максимальная энергия.