Состав атомного ядра и его размеры. Ядерные силы. Модели ядра. Энергия связи и дефект массы ядра. Удельная энергия связи.

Ядро состоит из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов (нейтральных частиц). Протоны и нейтроны называются нуклонами.

Обозначение ядра элемента , A – массовое число (сумма протонов и нейтронов в ядре), Z –зарядовое число (число протонов).

Нуклоны внутри ядра удерживаются короткодействующими ядерными силами, которые относятся к сильному взаимодействию.

Дефектом массы ∆ m называют разность масс покоя всех нуклонов, составляющих ядро и самого ядра.

,

Где m_p, m_n, m_я – массы протона, нейтрона и ядра, соответственно.

Энергия связи ядра – это энергия, которую надо сообщить ядру, чтобы разъединить его на нуклоны.

Удельная энергия связи - энергия связи на один нуклон –

Для всех элементов периодической таблицы Менделеева, зависимость удельной энергии связи элементов от их массового числа имеет вид:

Рис.1. Зависимость удельной энергии связи элементов от их массового числа

Максимальную удельную энергию связи (8, 6 МэВ/нуклон) имеют элементы с массовыми числами от 50 до 60, т. е. железо и близкие к нему по порядковому номеру элементы. Ядра этих элементов наиболее устойчивы.

У тяжелых ядер удельная энергия связи уменьшается за счет растущей с увеличением Z кулоновской энергии отталкивания протонов. Кулоновские силы стремятся разорвать ядро. Поэтому для них характерны реакции деления. При этом на один нуклон выделяется энергия, равная разности удельных энергий связи между конечным и начальным элементом (рис.1). Из рис.1 видно, что еще большая энергия может выделиться при реакции синтеза более тяжелых ядер из более легких.

Изменение энергии при ядерной реакции определяется соотношением

где å M ₁—сумма масс частиц до реакции и å M ₂—сумма масс частиц после реакции. Если å M ₁ > å M ₂, то реакция идет с выделением энергии, если же å M ₁ < å M ₂, то реакция идет с поглощением энергии.