Energia de legare a nucleelor este fizica
Pentru a fi atomice forțe enorme nuclee, protoni și neutroni din interiorul nucleului trebuie să fie ținute stabile de multe ori forțe superioare ale repulsiei Coulomb de protoni. Forțele care deține nucleonilor în nucleu, numit nucleare. Ele sunt o manifestare a celor mai intense toate tipurile cunoscute de interacțiuni în fizică - așa-numita interacțiune puternică. Energia nucleară este de aproximativ 100 de ori mai mare decât forțele electrostatice la ordinul zecilor de forțe superioare ale interacțiunii gravitaționale dintre nucleonii. O caracteristică importantă a forțelor nucleare este caracterul lor cu rază scurtă. Energia nucleară manifestată în mod evident, așa cum arată experimentele lui Rutherford imprastiere alfa-particule numai pe distanțe de ordinul de mărime a nucleului (10 -12 la 10 -13 cm). La distanțe mari, efectul manifestat relativ lent în scădere forțe Coulomb.
se poate concluziona, pe baza datelor experimentale, că protonii și neutronii din nucleu în ceea ce privește interacțiunea puternică se comportă identic, adică. e. forțe nucleare nu depind de prezența sau absența particulelor de sarcină electrică.
Un rol critic în fizică nucleară este noțiunea de energie nucleară de legare.
energia de legare nucleară este energia minimă care trebuie să fie cheltuite pentru a finaliza digestia nucleului de pe particulele individuale. Din conservarea energiei, rezultă că energia de legătură este energia care este eliberată în timpul formării miezului particulelor individuale.
Energia de legare a oricărui nucleu poate fi determinat prin măsurarea cu precizie greutatea. În prezent, fizica învățat pentru a măsura masa particulelor - electroni, protoni, neutroni, nuclee și alte -. Cu o precizie foarte mare. Aceste măsurători indică faptul că masa oricărei cantități de mase de bază mai puțin Myavsegda de protoni constituente și neutroni:
Folosind defect masa Einstein formula E = mc 2 poate determina energia eliberată în timpul formării miezului, adică energia de legătură nucleară Eb ..:
Această energie este eliberată în timpul formării nucleului sub formă de radiație de raze y.
Ca exemplu, vom calcula energia de legare nucleară de heliu, de exemplu, energia de ionizare este 13.6 eV.
Tabelele luate pentru a indica energia de legare specifică. t. e. energia de legătură per nucleon. Pentru energia de legare specifică heliu nucleu de aproximativ 7,1 MeV / u. Fig. 6.6.1 este un grafic al energiei de legare specifică a numărului de masă A. După cum se poate vedea din grafic, energia specifică a nucleonilor în diferite nuclee variază. Pentru nuclee usoare, energia de legare specifică se ridică mai întâi abrupt de la 1,1 MeV / u y deuteriu la 7,1 MeV / u heliu. Apoi, după ce trece printr-o serie de salturi, creșterile de energie specifice lent la maximum 8,7 MeV / u pentru elementele cu un număr de masă A = 50-60, iar apoi scade încet elemente relativ grele. De exemplu, uraniul este 7.6 MeV / nucleon.
Energia specifică a nucleelor
Scăderea energiei de legare specifică a tranziției la elementele mai grele se datorează energiei crescută a repulsia Coulomb a protonilor. În nuclee grele slăbește legătura dintre nucleoni și nucleele ei înșiși devin mai puțin puternice.
În cazul nuclee ușoare stabile, în care rolul interacțiunii Coulomb este mică, numărul de protoni și neutroni Z și N sunt aceleași (,,). Sub influența forțelor nucleare cum ar fi forma perechilor de protoni cu neutroni. Dar nuclee grele, care conțin un număr mare de protoni, datorită creșterii durabilității energetice repulsiei Coulomb, neutroni suplimentare. Fig. 6.6.2 este o diagramă care arată numărul de protoni și neutroni în nucleele stabile. La bază, după bismut (Z> 83), datorită numărului mare de protoni stabilitate completă este imposibilă.
Numărul de protoni și neutroni în nucleele stabile
Fig. 6.6.1 se poate observa că cele mai stabile din punct de vedere energetic sunt elementele de bază ale părții de mijloc a sistemului periodic. Aceasta înseamnă că există două modalități de a obține un randament energetic pozitiv în transformările nucleare:
1. fisiune de nuclee grele în brichetă;
2. Fuziunea nucleelor ușoare în cele mai grele.
o mare cantitate de energie este eliberată în ambele aceste procese. În momentul de față două procese implementate practic: reacția de fisiune și reacția de fuziune.
Efectuați unele estimări. Să presupunem, de exemplu, nucleul de uraniu este divizat în două nuclee identice cu număr de masă 119. În aceste nuclee, așa cum se arată în Fig. 6.6.1, o energie specifică de aproximativ 8,5 MeV / u. Specific nuclear uraniu de energie de legare 7.6 MeV / u. În consecință, în fisiunea uraniului nucleu eliberează energie egală cu 0,9 MeV / u sau mai multe 200MeV un atom de uraniu.
Să luăm acum în considerare un alt proces. Să presupunem că în anumite condiții, cele două nuclee de deuteriu fuziona într-un nucleu de heliu. Energia specifică a nucleelor de deuteriu este de 1,1 MeV / u și energia specifică a legăturii nuclee de heliu este 7.1 MeV / u. În consecință, sinteza un nucleu de heliu din două nuclee de deuteriu eliberat de energie este de 6 MeV / u sau 24 MeV atom heliu.
Se atrage atenția asupra faptului că fuziunea nucleelor ușoare în comparație cu fisiune este însoțită de severă de aproximativ 6 ori mai mare eliberare de energie pe nucleon.