energia de legare nucleară

Subiecte codificator UTILIZARE: energia de legare a nucleonilor din nucleu, forțele nucleare.

Nucleul atomic, conform modelului nucleon constă din nucleonilor - protoni și neutroni. Dar ce forțele păstrează nucleonii din interiorul nucleului?

Datorită ceea ce, de exemplu, sunt ținute împreună de doi protoni si doi neutroni in nucleul unui atom de heliu? La urma urmei, protonii, impingand unul față de celălalt prin forțe electrice ar trebui să se împrăștie în direcții diferite! Poate că e atracția gravitațională a nucleonilor între ele nu oferă nucleul putrezirii?

Să verificăm. Să doi protoni sunt situate la o anumită distanță unul față de celălalt. Am găsit raportul dintre forța de repulsie electrică la puterea de atracție gravitațională lor:

Cl taxa de protoni, protonice kg de masă, așa că avem:

Ce superioritate monstruoasă de energie electrică! Atracția gravitațională a protonilor nu este ceva care nu oferă stabilitatea nucleului - nu este, în general vizibil pe fundalul repulsiei lor electrică reciprocă.

În consecință, există și alte forțe de atracție care dețin nucleonii din nucleu și cea mai mare forță superioară de repulsie electrică a protonilor. Acest lucru - așa-numitele forțe nucleare.

Până în prezent, am știut că două tipuri de interacțiuni în natură - gravitaționale și electromagnetice. Forțele nucleare sunt o manifestare a unui nou al treilea tip, de cont interacțiunile - interacțiunea puternică. Nu vom intra în mecanismul de apariție a forțelor nucleare, și să listeze numai proprietățile lor cele mai importante.

1. Forțele nucleare acționează între oricare două nucleoni: protoni și protoni, neutroni și protoni, neutroni și neutronul.
2. Forțele de atracție nucleare de protoni din nucleu, la aproximativ 100 de ori forța de repulsie electrică a protonilor. forțe mai puternice decât nucleare în natură, nu se observă.
3. Forțele de atracție nucleare sunt rază scurtă de acțiune: gama lor este de aproximativ m Aceasta este dimensiunea nucleului - și anume la o astfel de distanță unul de altul nucleoni sunt reținute forțele nucleare .. În cazul în care forțele nucleare la distanță scad foarte rapid; dacă distanța dintre nucleonii devine egal cu m, energia nucleară este aproape complet dispărut.

La distanțe mai mici de m, forțele nucleare devin forțe repulsive.

interacțiune puternică este una dintre cele fundamentale - nu poate fi explicată pe baza unor alte tipuri de interacțiuni. Capabile de interacțiuni puternice a fost caracteristic nu numai protoni și neutroni, dar și alte particule elementare; Toate aceste particule sunt numite hadroni. Electronii si fotoni hadroni nu sunt - ele sunt interacțiuni puternice nu participă.

Greutăți atomi și particule elementare sunt extrem de mici, și să le măsoare în kilograme incomode. Prin urmare, în fizica atomică și nucleară este folosit de multe ori în cazul în care unitățile mai mici - asa
numita unitate atomică de masă (prescurtat ca. e. m.).

Prin definiție, unitatea de masă atomică este 1/12 masa unui atom de carbon. Aici valoarea sa de până la cinci zecimale în standard de înregistrare:

(Această precizie avem nevoie pentru a calcula apoi una valori foarte importante, aplicate în mod consecvent în calcularea energiei nucleelor ​​și a reacțiilor nucleare.)

Se pare că 1a. .. E m, exprimată în grame, este numeric egală cu inversul mol constantă Avogadro:

De ce? Să ne amintim că numărul lui Avogadro este numărul de atomi de carbon în 12d. În plus, masa atomului de carbon este 12a. .. E m Prin urmare avem:

atât de bine. e. m. = r, după cum este necesar.

După cum vă amintiți, orice m de masa corporala are o energie E repaus, care este exprimat prin formula lui Einstein:

Ne aflăm cât de multă energie este conținută într-o unitate de masă atomică. Vom avea nevoie pentru a efectua calcule cu mare precizie, astfel încât să luăm viteza luminii cu cinci caractere după virgulă:

Deci, pentru mase, de asemenea. .. E m au energia de repaus corespunzătoare:

În cazul particulelor mici, folosind jouli incomod - pentru același motiv ca și cel de kilograme. Există multă unitate de măsură a energiei fine - electrovolti (eV abreviat).

Prin definiție, 1 eV este energia dobândită în timpul trecerii electronilor accelerând diferență de potențial de 1 V:

(Poate vă amintiți că în sarcinile este suficientă pentru a utiliza valoarea taxei elementare sub formă de CI, dar aici avem nevoie de calcule mai exacte).

Și acum, în sfârșit, suntem gata pentru a calcula promisul peste o valoare foarte importantă - echivalentul energetic al unității de masă atomică, exprimată în MeV. Din (2) și (3) obținem:

Deci, amintiți-vă: pacea și energia unuia. e. m. este egal cu 931,5 MeV. Acest fapt vă va întâlni de mai multe ori în rezolvarea problemelor.

În viitor, vom avea nevoie de energie de masă și restul de protoni, neutroni și electroni. Noi le prezentăm cu o precizie suficientă pentru rezolvarea problemelor.

a. .. E m MeV;
a. .. E m MeV;
a. e. m. MeV.

Am învățat că greutatea corporală este egală cu suma părți în greutate, din care este compus. În fizica nucleară, de la acest gând simplu necesar să se retragă.

Să începem cu un exemplu și să ia familiar ne miezul -particle. Tabelul (de exemplu, în problema de carte Rymkevich) are o valoare de masă atomică neutre de heliu: și este egal cu 4.00260. .. F m M Pentru a determina masa de nuclee de heliu trebuie să se scade masa din greutatea atom neutru a doi electroni într-un atom:

În același timp, masa totală a doi protoni și doi neutroni care formează nucleul heliu, este:

Vedem că suma maselor nucleonilor care alcătuiesc nucleul miezului este mai mare decât masa la

Valoarea se numește defect de masă. In virtutea formulei lui Einstein (1) corespunde masei schimbării energiei defect:

Valoarea este, de asemenea, numit notate energii de legătură nucleară. Astfel, -particles energia de legare este de aproximativ 28 MeV.

Care este sensul fizic al energiei de legătură (și, prin urmare, defectul de masă)?

Pentru a diviza nucleul în protoni și neutroni sale componente, este necesar să se facă de lucru împotriva forțelor nucleare. Acest lucru nu este mai mică decât o anumită valoare; activitatea minimă de fractură a nucleului se face în cazul în care protonii eliberați și neutronii sunt în repaus.

Ei bine, în cazul în care se lucrează asupra sistemului, energia sistemului crește cu volumul de muncă angajată. Prin urmare, energia totală a nucleonilor rest constituind miez și luate separat, este mai mare decât restul valorii energetice nucleu.

În consecință, masa totală de nucleoni, care constă din miez este mai mare decât greutatea miezului. Acesta este motivul pentru care există defect de masă.

În acest exemplu, energia totală cu restul -particle doi protoni si doi neutroni mai repaus energie heliu nucleu 28 MeV. Acest lucru înseamnă că divizarea nucleului în nucleoni sale componente trebuie să efectueze muncă egală cu cel puțin 28 MeV. Această valoare ne-am numit energia de legare nucleară.

Astfel, energia de legare nucleare - este munca minim necesar să se angajeze la fisiunea nucleară în nucleoni sale constitutive.

energia de legare nucleară este diferența de energie dintre restul nucleoni, luate separat, iar nucleul se odihnească energia. În cazul în care masa nucleului este format din protoni și neutroni, energia de legătură, avem:

Valoarea, după cum știm deja, se numește defect de masă.

O caracteristică importantă a rezistenței de bază este energia de legare specifică. egal cu raportul dintre energia din cauza numărului de nucleoni:

energia de legare specifică are energia de legătură pe nucleon, și are sens să atingă o medie munca pe care trebuie să se angajeze pentru a elimina un nucleonilor din nucleu.

Fig. 1 prezintă energia de legare specifică naturale (adică în mod natural 1) izotopi ai elementelor chimice din numărul de masă A.

Fig. 1. Energia specifică a izotopilor apar in mod natural

Elemente cu numere de masă 210-231, 233, 236, 237 nu apar în mod natural. Acest lucru explică lacunele la sfârșitul programului.

În elemente ușoare specifice creșterea energiei de legătură cu creșterea, atingând o valoare maximă de 8,8 MeV / u de fier din vecinătate (adică modificări în intervalul de la aproximativ 50 până la 65). Apoi scade treptat la o valoare de 7,6 MeV / u uraniu y.

O astfel de dependență de energia de legare specifică din numărul de nucleoni explicate prin acțiunea combinată a doi factori opuși.

Primul factor - efecte de suprafață. Dacă nucleonii din nucleu este mic, o mare parte din ea este pe suprafața nucleului. Aceste nucleoni suprafață sunt înconjurate de mai puțini vecini decât nucleoni interne, și în consecință reacționează cu mai puține nucleonii învecinate. Prin creșterea ponderii nucleonilor pe piața internă crește, în timp ce proporția suprafeței nucleonilor - cade; astfel încât munca pe care trebuie să se angajeze pentru a elimina o nucleonilor din nucleu, media ar trebui să crească cu.

Cu toate acestea, cu o creștere a numărului de nucleoni începe să arate de-al doilea factor - repulsiei coulombiene de protoni. Cei mai mulți protoni din nucleu, cu atât mai mare forțele de repulsie electrice tind să rupă nucleul; Cu alte cuvinte, fiecare mai puternic protonul este respins de celălalt proton. Prin urmare, munca necesară pentru a elimina un nucleonilor din nucleu, media ar trebui să scadă odată cu creșterea.

În timp ce nucleonii este mic, primul factor domină al doilea, deoarece creșterea energiei specifice de legare.

sunt comparate unele cu celelalte acțiuni ale ambilor factori în vecinătatea de fier, prin care energia de legare specifică merge la maxim. Aceasta este zona, miezuri solide mai stabile.

Apoi, al doilea factor începe să depășească, și sub influența tot mai mare forțe de repulsie Coulomb, rupere cu miezul, energia de legare specifică scade.

Faptul că al doilea factor este dominant în nuclee grele, spune despre o caracteristică interesantă a forțelor nucleare: ele au o proprietate de saturație. Acest lucru înseamnă că fiecare nucleonilor în nucleul unei forțe nucleare de mare este conectat nu cu toate celelalte nucleonilor, ci doar un număr mic de vecinii săi, iar numărul nu depinde de mărimea nucleului.

Într-adevăr, în cazul în care acest lucru nu a fost saturată, energia de legare specifică va continua să crească cu - pentru că atunci fiecare nucleon a fost fixat la forțele nucleare din toate numărul mare de nucleoni din nucleu, astfel încât primul factor ar dominat întotdeauna de-al doilea. În forțele de repulsie Coulomb nu ar avea nici o șansă de a transforma valul în favoarea lor!

Sunați-ne: 8 (800) 775-06-82 (apel gratuit în România) +7 (495) 984-09-27 (apel gratuit de la Moscova)

Sau faceți clic pe „Aflați mai multe“ pentru a completa formularul de contact. Vă vom suna cu siguranță înapoi.