Удельная энергия связи

Энергия связи, приходящаяся на один нуклон ядра, называется удельной энергией связи:

ε_св = E_св /A. (9.8)

Эта величина является мерой устойчивости ядер: чем больше ε_св, тем устойчивее ядро.

В экспериментальной зависимости ε_св от количества нуклонов в ядре(рис.1.3) можно подметить следующие закономерности:

Рис. 1.3.

1. Если отбросить самые легкие ядра (А<12), то в грубом приближении удельная энергия связи почти постоянна и составляет около 8 МэВ на нуклон. Это свидетельствует о том, что каждый нуклон может взаимодействовать только с несколькими соседними нуклонами. В этом отношении ядерные силы похожи на силы, обуславливающие химическую валентность, а ядро - на каплю жидкости.

2. Удельная энергия связи не строго постоянна, а имеет максимум (»8,7 МэВ) при А»56, т.е. в области ядер железа, и спадает к обоим краям. Максимум кривой соответствует наиболее прочным ядрам (28 < А < 138).

Легчайшим ядрам энергетически выгодно сливаться друг с другом в более тяжёлые, с выделением термоядерной энергии. Для наиболее тяжёлых ядер, наоборот, выгоден процесс деления на более лёгкие ядра (осколки), идущий с выделением энергии, получившей название атомной или ядерной (см. п. 4.1).

Спадание кривой ε_св при малых А можно объяснить ролью поверхностных эффектов. Нуклоны, находящиеся на поверхности ядра, не полностью используют свои связи, что приводит к возникновению поверхностного напряжения, уменьшающего величину Е_св/A, причём роль поверхностных эффектов возрастает при переходе к лёгким ядрам.

Уменьшение ε_св при переходе к тяжёлым ядрам (для урана U ε_св=7,6 МэВ) объясняется электростатическим (кулоновским) отталкива-нием протонов. Поскольку F_кул ~ А² , то вклад кулоновских эффектов в ε_св возрастает при переходе к более тяжёлым ядрам.

3. В области малых массовых чисел имеются острые «пики» удельной энергии связи. Максимумы характерны для ядер с чётными числами протонов и нейтронов ( Не, С, О) (см. п. 1.7.2). Минимумы характерны для ядер с нечётными количествами протонов и нейтронов ( Li, B, N).