Энергия связи ядра

Нуклоны связаны в ядра благодаря ядерным силам, которые значительно превосходят силы электростатического отталкивания, действующие между протонами. Для расщепления ядра необходимо преодолеть эти силы, т. е. затратить энергию. Соединение нуклонов с образованием ядра, напротив, сопровождается высвобождением энергии, которую называют энергией связи ядра E_св.

Под энергией связи ядра E_св понимают энергию, которая высвобождается в процессе образования из нуклонов атомного ядра.

У различных ядер она имеет разное значение.

Энергия связи ядра - диаграмма Особенно важную характеристику представляет собой энергия связи, приходящаяся на один нуклон. Как видно из рисунка, наибольшей энергией связи на нуклон обладают изотопы с массовым числом около 50. Очевидно, что выигрыш в ядерной энергии удается достичь только в тех случаях, когда в результате превращения средняя энергия связи на нуклон увеличивается.

Ядерная энергия может выделяться при слиянии легких ядер (реакция синтеза ядер) или расщеплении тяжелых (деление ядер), поскольку в этих процессах увеличивается средняя энергия связи на нуклон.

Взаимосвязь энергии связи ядра и дефекта массы вытекает из соотношения Эйнштейна между энергией и массой E = mc².

Если

E_св	энергия связи ядра,	Дж
Δm	дефект массы этого ядра,	кг
c	скорость света в вакууме, 3 • 10⁸	м/с

то

\[ E_{св} = Δmc^{2} = (Zm_{п} + Nm_{н} - m_{я})c^{2} \]

Используя принятые в атомной физике единицы (атомную единицу массы, а. е. м., и единицу энергии МэВ), после подстановки численного значения для с получаем:

Дефекту массы, равному 1 а. е. м., отвечает энергия связи ядра, равная 931.5037 МэВ.

\[ \frac{E_{св}}{Δm} = c^{2}= 8.9876 \cdot 10^{16} \frac{Дж}{кг}= 931.5 \frac{МэВ}{а. е. м.} \]

Назад Вперед