Прочность ядер.

Физики для удобства вводят некоторую среднюю характеристику прочности ядра атома, которую называют «энергией связи нуклона в ядре», и которая равна полной энергии связи, деленной на число нуклонов в ядре. Для обозначения энергии связи нуклона используем символ «E₁». Для гелия E₁ = 28,3/4 = 7,1 МэВ.

Экспериментально обнаружено, что для более тяжелых ядер энергия связи нуклона вначале возрастает (то есть ядра становятся прочнее), достигает своего максимума в 8,5 МэВ примерно в середине таблицы Менделеева для элементов, расположенных вблизи олова, и затем начинает равномерно уменьшаться до значения 7,6 МэВ для ядра урана. Это можно пояснить такой аналогией: если в некоторой конструкции ставить стену за стеной и соединять их арками, прочность будет расти. Если продолжать добавлять к имеющимся аркам кирпич за кирпичом, конструкция будет становиться громоздкой и ее прочность начнет уменьшаться. Где-то в районе олова прочность нуклонной конструкции подходит к своему максимальному значению, так как конструкция из такого количества нуклонов становится слишком громоздкой, и с добавлением новых нуклонов начинает уменьшаться. Синтезированные искусственно ядра и вовсе нестабильны и тут же рассыпаются. Для того, чтобы конструкция из множества нуклонов стала вновь стабильной, необходимо полностью изменить устройство ядра – вместо сложенной вместе кучки должно появиться что-то другое. Можно вспомнить, что высокие башни, сделанные из ажурных, как паутина, конструкций, прочнее сплошных – при равной массе сплетенные конструкции могут быть в несколько раз выше. Может быть и человеку удастся когда-нибудь не просто добавлять в ядро нуклон за нуклоном, а строить из них прочные ажурные конструкции?

Для сравнения скажем, что энергия химической связи между двумя атомами водорода в молекуле водорода равна 4,5 эВ, то есть в полтора миллиона раз меньше, а для испарения воды, то есть для преодоления притяжения между молекулами воды, достаточно затратить и вовсе всего лишь 0,1 эВ.

Дальше нас ждет самое, пожалуй, интересное – ядерные реакции, модель атома Бора, квантовая механика, корпускулярно-волновой дуализм, радиоактивность и многое-многое другое, что в полной мере выросло и окрепло в начале двадцатого века.

Дополнительные сведения:

*) Ядра с одинаковым числом нейтронов, но разным числом протонов, называются «изотонами» (не путать с изотоПами)

*) Количество нейтронов в ядре называется его «изотопическим числом» и обозначается буквой «N»

*) «⁷₃Li» – так обозначают изотопы – то есть такие элементы, у которых число протонов в ядре одинаково, а число нейтронов отличается. Верхняя цифра – массовое число, а нижняя – зарядовое число атома. Получается, что разность между верхней и нижней цифрой равна количеству нейтронов в ядре, т.е. изотопическому числу. Пример: если обозначить буквой «p» протон, то что получится в результате реакции отнятия у атома кислорода протона (¹⁶₈O – p), и какова будет запись результата? Отнятие у кислорода протона превращает его в азот (N). Верхняя цифра – массовое число ядра, так что из нее надо отнять единицу. Нижняя цифра – зарядовое число ядра, значит и оттуда надо отнять единицу – все просто: