атомного ядра, тем болеестабильное ядро.Лёгкие ядра имеют тенденцию к слиянию (синтезу) ёлые ядра имеют тенденцию к слиянию. Чем больше значение удельной энергии связи, тем сильнее связан каждый нуклон в ядре, и тем прочнее ядро.
§ 57. Энергия связи. Дефект массы
В то же время, хотя сегодня знания об атомном ядре нельзя назвать ничтожными, они все же еще недостаточны для построения законченной картины. В первую очередь, это связано с тем, что количественная теория сильного взаимодействия до сих пор не создана, и вид ядерных сил приходится подбирать путем подгонки к экспериментальным данным. В атомной физике «богатые» атомные спектры дают возможность это сделать до конца, и если бы о виде электромагнитного взаимодействия ничего не было известно, его можно было бы установить из спектров. Однако существует лишь одна связанная система из двух нуклонов — дейтрон, имеющий единственный энергетический уровень. Этого, разумеется, недостаточно для построения теории ядра. Дополнить информацию можно путем экспериментов по рассеянию нуклонов друг на друге. Но даже по всей совокупности экспериментальных данных точный вид взаимодействия может быть установлен лишь тогда, когда силы, действующие между частицами, не зависят от их скоростей, то есть являются потенциальными. Для нуклонов это не так. О роли тройных и вообще множественных сил в ядре мало что известно. Современная теория предсказывает их существование, но не дает возможность рассчитать интенсивность.
Эти и другие трудности можно обойти, используя модельные представления. В моделях ядра заранее задаются или угадываются некоторые его свойства. При этом часто используются аналогии с другими физическими объектами, на первый взгляд, не имеющими ничего общего с ядром. Так,свойство насыщения ядерных сил, следующее из их короткодействия, притяжения на больших и отталкивания на малых расстояниях, делает ядро похожим на каплю жидкости. Силы, связывающие молекулы жидкости, тоже насыщаются, а энергия испарения капли линейно увеличивается с увеличением ее массы. На этом основании был создан способ описания свойств ядра в модели жидкой капли К. Вайцзеккер, 1935 г. В рамках капельной модели Вайцзеккера получается полуэмпирическая формула для энергии связи ядра как функции его протонно-нейтронного состава. В эту формулу входят следующие слагаемые.
Поэтому в первом приближении энергия связи ядра равна , 2. Если этим ограничиться, то мы имеем дело с бесконечной ядерной материей поверхностные эффекты несущественны , лишенной заряда пренебрегаем кулоновским отталкиванием протонов. Нуклоны на поверхности ядра связаны менее сильно, чем внутри, так как взаимодействуют с меньшим числом своих соседей. Если в бесконечной ядерной материи провести сферическую поверхность, ограничивающую ядро, и отбросить нуклоны вне ее, то оставшиеся у поверхности нуклоны ядра потеряют примерно половину своих связей. Тогда в 2. На поверхностный нуклон действует результирующая сила, направленная внутрь ядра. Поэтому поверхностные нуклоны стремятся сжать ядро, создавая, как в капле жидкости, поверхностное натяжение. Эту энергию можно оценить, если рассматривать заряд, однородно распределенный по объему сферы. Тогда энергия отталкивания протонов, уменьшающая W, дается классической электростатической формулой 2.
В итоге.
Альберт Эйнштейн 1879—1955 Немецкий физик-теоретик, один из создателей современной физики. Открыл закон взаимосвязи массы и энергии, создал специальную и общую теории относительности Согласно этому закону между массой m системы частиц и энергией покоя, т. Таким образом, при слиянии свободных нуклонов в ядро в результате выделения энергии которая уносится излучаемыми при этом фотонами должна уменьшиться и масса нуклонов. Другими словами, масса ядра всегда меньше суммы масс нуклонов, из которых оно состоит. Наличие дефекта массы подтверждается многочисленными опытами.
Другими словами, рассчитаем энергию, необходимую для расщепления ядра на протон и нейтрон.
Б Работа по разделению молекулы воды на водород и кислород приблизительно 5эВ. Оцените, во сколько раз атомные ядра прочнее молекулы. В Быстролетящий нейтрон проникает в ядро. Изменится ли при этом энергия связи ядра?
В том же 1932 году советский физик Дмитрий Дмитриевич Иваненко и немецкий физик Вернер Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель строения ядер химических элементов. Протоны и нейтроны были названы нуклонами. И, согласно этой модели, ядра атомов химических элементов состоят из нуклонов, то есть протонов и нейтронов. Рассмотрим некоторые характеристики атомного ядра.
Массовым числом называют общее число нуклонов то есть протонов и нейтронов в ядре атома. Зарядовым числом называют число протонов в ядре атома химического элемента. Значение зарядового числа равно порядковому номеру химического элемента в таблице Менделеева. Согласно современным представлениям о составе атомного ядра химическим элементом называется набор атомов с одинаковым зарядом ядра, то есть с равным количеством протонов в его составе.
Ответы на вопросы "Физика атомного ядра. § 82. Энергия связи нуклонов в ядре"
Рассчитаем энергию связи нуклонов в ядре. Удельная энергия связи (то есть энергия связи, приходящаяся на один нуклон. менее стабильное больше энергия связи атомного ядра, тем болеестабильное ядро.Лёгкие ядра имеют тенденцию к слиянию (синтезу).
43. Виды радиоактивного распада. Α – распад, схема распада, закономерности распада.
- Энергия связи. Дефект масс
- Связанных вопросов не найдено
- § 57. Энергия связи. Дефект массы
- Общая информация об энергии связи ядра
Убывание удельной энергии связи в тяжелых ядрах
Энергия связи ядра. Атомное ядро, согласно нуклонной модели, состоит из нуклонов — протонов и нейтронов. Энергия связи и дефект массы ядра связаны между собой уравнением Эйнштейна. Изображение Что называется энергией связи ядра? Чем больше энергия связи, тем прочнее ядро атома. Удельная энергия связи равна той энергии, которую надо сообщить каждому нуклону атомного ядра, чтобы ядро распалось на отдельные нуклоны. Энергия связи ядра равна энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц.
Энергия связи атомных ядер
Процессы деления и слияния ядра Ядерное деление происходит спонтанно у нестабильных ядер, тяжелых элементов, под действием радиационного распада. Это процесс особенно важен в контексте атомных реакторов и ядерной энергетики. При делении ядра выделяется колоссальное количество энергии в виде тепла и радиации. С другой стороны, процесс слияния ядра, или ядерный синтез, происходит внутри звезд, в частности, внутри Солнца. В результате слияния легких ядер образуется ядро более тяжелого элемента, при этом также выделяется энергия связи. Процессы деления и слияния ядра играют ключевую роль в ядерной физике и астрофизике. Они позволяют понять и объяснить механизмы, лежащие в основе энергетических процессов, происходящих во Вселенной.
На сайте собрана огромная база знаний, которая поможет вам быстро и легко найти ответы на интересующие вас вопросы. Одной из главных особенностей сайта является его актуальность. Администрация регулярно обновляет базу данных, добавляя новые вопросы и ответы на самые разные темы. Благодаря этому вы всегда можете быть уверены в том, что найдете на сайте самую актуальную информацию. Кроме того, на сайте Sally-Face. На сайте собраны ответы на самые разные вопросы, начиная от технических и заканчивая медицинскими.
Устойчивость ядер зависит от отношения числа нейтронов к числу протонов. Это самые мощные силы в природе, их ещё называют «богатырь с короткими рукавами». Они относятся к сильным взаимодействиям. Свойства ядерных сил: 2 примерно в 100 раз больше кулоновских сил; 3 зарядовая независимость; 4 короткодействующие, проявляются на расстояниях порядка 10-12 -10-13 см; 5 взаимодействуют с конечным числом нуклонов. Масса любого атомного ядра всегда меньше, чем масса составляющих его частиц: Дефект масс - разность масс нуклонов, составляющих ядро, и массы ядра: Энергия связи — это минимальная энергия, необходимая для полного расщепления ядра на отдельные частицы: Удельная энергия связи — это полная энергия связи ядра, деленная на число нуклонов: Это интересно… Молодой физик Эрнест Резерфорд около ста лет назад разобрался в явлении ионизации газов только что открытыми радиоактивными веществами. В своих опытах в роли электроскопа, быстро разряжавшегося при ионизации воздуха, он использовал...
Резерфорд приводил её в рабочее состояние, поглаживая ее основания «теплым сухим кисетом» для табака. Вот это уровень экспериментальной техники всего лишь вековой давности! Алхимикам не удалось преобразовать ядра атомов, то есть из одного химического элемента получить другой, потому что энергия связи в ядрах в расчете на одну частицу , примерно в миллион раз! В 1915 году американский физик Уильям Харкино первым сделал предположение, что устойчивость атомных ядер обеспечивается энергией связи. Он также первым ввёл понятие «дефект масс». Английский же ученый Фрэнсис Астон сконструировал масс-спектрограф.
На нём он сделал точнейшие измерения.
В дейтроне ядре дейтерия: D, или 2Н удельная энергия связи наименьшая 1,112 МэВ. Энергия любой химической связи составляет единицы эВ.
В связи с этим с точки зрения запасов энергии 1 г ядерного топлива эквивалентен примерно 1 т топлива химического. Получить ядерную энергию можно двумя способами: синтезом легких ядер и делением тяжелых ядер. В обоих процессах показаны стрелками на рис.
Ядерные силы. Нуклоны внутри ядра удерживаются ядерными силами. Их происхождение связано с особым взаимодействием, получившим в физике название сильного.
Укажем здесь для сравнения, что энергия кулоновского отталкивания двух протонов в ядре, равная , 2. Некоторые другие свойства ядерных сил можно установить, используя уже известные результаты. Так, например, очевидно, что ядерные силы — это силы короткодействующие: на расстояниях, существенно превышающих характерные размеры ядра, они равны нулю.
На расстоянии порядка нескольких фм ядерные силы — силы притяжения. В противном случае нуклоны не образовывали бы связанные системы — атомные ядра. Зависимость потенциала сильного взаимодействия Us от расстояния между нуклонами показана на рис.
Ядерные силы обладают свойством насыщения. Такое поведение W означает, что каждый нуклон внутри ядра взаимодействует не со всеми, а лишь с ближайшими нуклонами. Еще одним свойством ядерных сил является их зарядовая независимость.
Как показывают опыты по нуклон-нуклонному рассеянию, взаимодействие n-n, p-p и n-p одинаково[21], если в каждом случае учесть влияние сил электромагнитной природы главным образом, кулоновское отталкивание в случае протонов. К тому же выводу приводит рассмотрение энергии в зеркальных ядрах, то есть таких, которые «получаются»друг из друга путем замены всех протонов на нейтроны и наоборот например, 39К и 39Са. Протонно-нейтронная диаграмма.
Всего существует в природе или получено искусственно около 3000 различных нуклидов. Диапазон изменений Z и A для известных ядер: 1—118 и 1—293, соответственно. Условно нуклиды можно разделить на две группы.
Некоторые из них существуют в природе в малых количествах вследствие непрерывного образования при распаде долгоживущих нуклидов или в ядерных реакциях. Большинство же радиоактивных нуклидов получается искусственно. На рис.
Каждому стабильному или долгоживущему нуклиду на плоскости NZ соответствует точка, совокупность которых называется линией, или дорожкой стабильности. Как будет показано в следующем разделе, за такой ход дорожки стабильности отвечает кулоновское отталкивание протонов в ядре. Сплошная линия на диаграмме ограничивает область известных ядер, а пунктирная — всю область ядер, которые по теоретическим оценкам можно получить искусственно их от 5 до 6 тысяч.
При поглощении свободного нейтрона, ядро деформируется, приобретает вытянутую форму. В результате кулоновские силы по краям получившегося эллипса увеличиваются, стремясь расщепить ядро. Ядерные силы, напротив, с увеличением расстояния между границами ядра уменьшаются. Ядро под действием кулоновских сил растягивается все больше, пока окончательно не разделится на две части.
Искусственное деление ядер можно наблюдать в ускорителях частиц и ионов. Значение полученной энергии позволяет преодолеть силу отталкивания между положительно заряженной частицей и протоном в ядре. Реакция превращения имеет вид: Формула 4 Более простым способом деления оказался нейтронный способ, так как нейтрон не обладает зарядом и не подвержен действию кулоновских сил. При поглощении нейтрона алюминием наблюдается следующая реакция: Формула 5 На практике широко применяется деление ядер урана с помощью нейтронов.
Именно на этой реакции основана работа атомных электростанций. Отметим, что испускание нейтронов во время деления делает возможной цепную реакцию. Вылетевшие нейтроны поглощаются соседними ядрами, которые также выделяют нейтроны, поглощаемые следующими ядрами, и так далее. Слияние ядер Соединяться друг с другом могут ядра легких элементов.
Такое взаимодействие может осуществляться только при очень высоких температурах, поэтому такие реакции называют термоядерными.
Лекция 2. Энергия связи ядра. Ядерные силы
Энергия связи, приходящаяся на один нуклон в ядре, т. е. энергия, которую необходимо затратить, чтобы удалить из ядра один нуклон называется удельной энергией связи. больше энергии выделится в реакции термоядерного синтеза этого ядра с другими ядрами. Энергия связи ядра на много порядков превосходит энергию связи электронов с атомом.
Энергия атомного ядра
Изображение Что называется энергией связи ядра? Однако поскольку энергии связи нуклонов в ядре на 5 – 6 порядков превышают энергии связи электронов в атомах, это приближение не скажется на точности дальнейших расчетов энергий связи ядер. Энергия связи атомных ядер 2. Энергией связи ядра атома называется энергия, необходимая для полного разделения ядра на нуклоны. Чем больше энергия связи ядра, тем оно прочнее. Максимальную энергию связи на каждый нуклон имеют ядра атомов элементов, которые составляют среднюю часть таблицы элементов Д. И. Менделеева.