Міркування про енергію зв'язку всередині ядра
Якщо уявити, що є спосіб відокремлювати по черзі від ядра атома протони і нейтрони і розташовувати їх на такій відстані, щоб енергія зв'язку атомного ядра переставала діяти, то це має бути дуже важкою роботою. Для того щоб витягти з ядра атома його складові, потрібно постаратися подолати внутриатомние сили. Ці зусилля підуть на те, щоб розділити на атом містяться в ньому нуклони. Тому можна судити, що енергія атомного ядра менше ніж енергія тих частинок, з яких воно складається.
Дорівнює маса внутрішньоатомних частинок масі атома?
Вже в 1919 році дослідники навчилися вимірювати масу атомного ядра. Найчастіше його «зважують» за допомогою особливих технічних приладів, які отримали назву мас-спектрометрів. Принцип роботи таких приладів полягає в тому, що порівнюються характеристики руху частинок з різними масами. При цьому такі частинки мають однакові електричні заряди. Підрахунки показують, що ті частинки, які володіють різними показниками маси, що рухаються по різних траєкторіях.Сучасні вчені з'ясували з великою точністю маси всіх ядер, а також вхідних в їх склад протонів і нейтронів. Якщо ж порівняти масу певного ядра з сумою мас містяться в ньому частинок, то виявиться, що в кожному випадку маса ядра буде більше, ніж маса окремо взятих протонів і нейтронів. Ця різниця складе приблизно 1% для будь-якої хімічної речовини. Тому можна зробити висновок, що енергія зв'язку атомного ядра – це 1% його енергії спокою.
Властивості внутрішньоядерних сил
Нейтрони, які знаходяться всередині ядра, відштовхуються один від одного кулоновскими силами. Але при цьому атом не розпадається на частини. Цьому сприяє присутність сили притягання між частинками в атомі. Такі сили, які мають природу, відмінну від електричної, називаються ядерними. А взаємодія нейтронів і протонів називається сильним взаємодією. Коротко властивості ядерних сил зводяться до наступним:
Енергія зв'язку атомних ядер: формула
Для згаданих обчислень використовується загальноприйнята формула: Е св =(Z·m p +(A-Z)·m n -M я )·c2 Тут під Е св розуміється енергія зв'язку ядра; з – швидкість світла; Z –кількість протонів; (A-Z ) - число нейтронів; m p позначає масу протона; а m n – масу нейтрона. M я позначає масу ядра атома.Внутрішня енергія ядер різних речовин
Щоб визначити енергію зв'язку ядра, використовується одна і та ж формула. Обчислюється за формулою енергія зв'язку, як раніше вже було зазначено, становить не більше 1% від загальної енергії атома або енергії спокою. Однак при детальному розгляді виявляється, що це число досить сильно коливається при переході від речовини до речовини. Якщо спробувати визначити його точне значення, то вони будуть особливо розрізнятися у так званих легких ядер. Наприклад, енергія зв'язку всередині водневого атома становить нуль, тому що в ньому знаходиться лише один протон. Енергія зв'язку ядра гелію дорівнює 074%. У ядер речовини під назвою тритій це число буде дорівнює 027%. У кисню – 085%. В ядрах, де знаходиться близько шістдесяти нуклонів, енергія внутрішньоатомної зв'язку становитиме близько 092%. Для атомних ядер, що володіють більшою масою, це число буде поступово зменшуватися до 078%. Щоб визначити енергію зв'язку ядра гелію, тритію, кисню, або ж будь-якої іншої речовини, використовується та ж формула.
Типи протонів і нейтронів
Основні причини таких відмінностей можуть бути пояснені. Вчені з'ясували, що всі нуклони, які містяться всередині ядра, діляться на дві категорії: поверхневі і внутрішні. Внутрішні нуклони – це ті, що виявляються оточені іншими протонами і нейтронами з усіх боків. Поверхневі ж оточені ними лише зсередини. Енергія зв'язку атомного ядра – це сила, яка виражена більше у внутрішніх нуклонів. Щось подібне, до речі, відбувається і при поверхневому натягу різних рідин.Скільки нуклонів поміщається в ядрі
З'ясовано, що кількість внутрішніх нуклонів особливо мало у так званих легких ядер. А у тих, що відносяться до категорії самих легких, практично всі нуклони розцінюються як поверхневі. Вважається, що енергія зв'язку атомного ядра – це величина, яка повинна зростати з кількістю протонів і нейтронів. Але навіть таке зростання не може тривати до нескінченності. При певній кількості нуклонів – а це від 50 до 60 – приходить в дію інша сила – їх електричне відштовхування. Воно відбувається навіть незалежно від наявності енергії зв'язку всередині ядра.Енергія зв'язку атомного ядра в різних речовинах використовується вченими для того, щоб вивільнити ядерну енергію. Багатьох вчених завжди цікавило питання: звідки виникає енергія, коли більш легкі ядра зливаються у важкі? Насправді, дана ситуація аналогічна атомному поділу. В процесі злиття легких ядер, точно так само, як це відбувається при розщепленні важких, завжди утворюються ядра більш міцного типу. Щоб «дістати» з легких ядер, що знаходяться в них нуклони, потрібно затратити меншу кількість енергії, ніж те, що виділяється при їх об'єднанні. Зворотне твердження також є вірним. Насправді енергія синтезу, яка припадає на певну одиницю маси, може бути і більше питомої енергії ділення.
