69. Енергія зв’язку ядер. Дефект мас. Питома енергія зв’язку. Ядерні сили.
Вимірювання мас атомів і ядер відбувається за допомогою мас-спектрографа – приладу, який дозволяє розділити заряджені частинки за їх питомими зарядами, тобто за відношенням заряду частинки до її маси.
Точні вимірювання показали, що маса будь-якого ядра менша від мас вільних протонів і нейтронів, що входять до складу цього ядра. Дефектом мас називають різницю між сумарною масою всіх нуклонів ядра у вільному стані і масою ядра. Але маса й енергія пов’язані між собою. За формулою Ейнштейна, енергія частинки дорівнює добутку маси на квадрат швидкості світла. Отже, повна енергія вільних протонів і нейтронів буде більшою ніж, повна енергія ядра атома.
Енергія зв’язку – це мінімальна енергія, необхідна для роз’єднання ядра на окремі нуклони. Ця енергія витрачається на виконання роботи проти дії ядерних сил притягання між нуклонами. Знайти енергію зв’язку можна, помноживши дефект мас на квадрат швидкості світла.
Відношення енергії зв’язку ядра до числа нуклонів у ядрі називають питомою енергією зв’язку, тобто енергією, яка припадає на один нуклон.
Дефе?кт ма?ссы — разность между массой покоя атомного ядра данного изотопа, выраженной в атомных единицах массы, и массовым числом данного изотопа. В современной науке для обозначения этой разницы пользуются термином избыток массы
Ядерные силы относятся к так называемым сильным взаимодействиям и существенно отличаются по своим свойствам от электромагнитных и гравитационных. В полной мере природа ядерных сил до настоящего времени не выяснена. Даже для простейшей системы из двух нуклонов неизвестна зависимость ядерных сил от расстояния между нуклонами. Короткодействие ядерных сил и свойство насыщения, многообразие свойств ядерных сил не позволяют создать законченную теорию, подобную квантовой электродинамики для расчета свойств атомов.Перечислим свойства ядерных сил
1. Огромная энергия связи нуклонов в ядре свидетельствует о том, что между нуклонами действуют силы притяжения, что подтверждается существованием стабильных ядер.
Эти силы самые интенсивные в природе. Например, энергия связи простейшего ядра - 4Не - составляет 2,22 МэВ, а простейшего атома – водорода – равна 13,6 эВ.2. Ядерные силы – короткодействующие. Ядерные силы удерживают нуклоны на расстояниях ~ (1,2 ÷ 1,4) ·10 13см. При расстояниях между нуклонами, превышающих 2·10 13см действие ядерных сил не обнаруживается, тогда как на расстояниях меньших 1·10 13см, притяжение нуклонов заменяется отталкиванием.
3. На расстояниях, где между протонами действуют ядерные силы притяжения, они превосходят кулоновские силы отталкивания приблизительно в 100 раз, действие которых на этих расстояниях также очень велико. Короткодействие ядерных сил приводит к резкому разграничению областей, где действуют только дальнодействующие кулоновские силы, или только ядерные, которые подавляют кулоновские силы на малых расстояниях.
4. Ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов взаимодействующих нуклонов и от взаимной ориентации орбитального и спинового моментов каждого из нуклонов.
5. Интенсивность ядерного взаимодействия не зависит от электрического заряда нуклонов.
6. Постоянство средней энергии связи на нуклон указывает на свойство насыщения ядерных сил.
7. Ядерные силы имеют нецентральный характер. Центральными называются силы, которые действуют вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие тела.