Дефект массы является мерой энергии связи нуклонов в ядре

Зависимость удельной энергии связи от массового числа приведена на рис. 48.

Рис.48

С увеличением числа нуклонов в ядре (А) удельная энергия возрастает и достигает максимума при массовом числе А порядка 50-60, что соответствует в таблице Менделеева элементам от хрома (Cr) до цинка (Zn) и для этих элементов составляет величину порядка = 8,7 МэВ/нуклон.

Дальнейший рост массового числа приводит к медленному уменьшению энергии связи и для самого тяжелого природного элемента урана (U) она равна 7,5 МэВ/нуклон.

Огромная энергия связи нуклонов в ядре указывает на то, что между нуклонами существует интенсивное взаимодействие, которое носит характер притяжения. Это взаимодействие во много раз сильнее кулоновского отталкивания протонов. По природе оно не является электромагнитным или гравитационным – его называют сильным или ядерным взаимодействием.

Отличительными особенностями этого взаимодействия являются:

1. Короткодействие.

Радиус действия ядерных сил составляет величину порядка м (один ферми), но уже на расстоянии м их действие практически не проявляется. На расстояниях меньших м притяжение нуклонов сменяется их отталкиванием.

2. Зарядовая независимость.

Это означает, что пары протон-протон, протон-нейтрон и нейтрон-нейтрон взаимодействуют одинаково.

3. Зависимость от взаимной ориентации спинов.

Например: протон и нейтрон образуют ядро тяжелого водорода (дейтрон) только при антипараллельной ориентации их спинов.

4. Нецентральность.

Линия действия ядерных сил не проходит через центры инерции взаимодействующих нуклонов.

5. Свойство насыщения.

Это означает, что каждый нуклон может взаимодействовать с ограниченным количеством своих соседей. Об этом свидетельствует слабое изменение энергии связи при росте числа нуклонов. После значений массового числа А > 50 удельная энергия связи не растет.

По современным представлениям сильное ( или ядерное) взаимодействие обусловлено тем, что нуклоны виртуально обмениваются частицами, которые называются мезонами.

В квантовой механике виртуальными называются частицы, которые не могут быть обнаружены за время их существования.

В 1935 году Хидэки Юкава высказал гипотезу о том, что в природе существует пока необнаруженная частица, масса которой в 200-300 раз больше массы электрона и что именно эти частицы обеспечивают сильное взаимодействие.

В 1947 году Пауэл и Оккиалини обнаружили частицы, названные -мезонами, которые и оказались носителями ядерных сил.

Первая ядерная модель была предложена советским физиком Френкелем и развита в работах Бора. По этой модели ядро построено из нуклонов как капля из молекул.

Капельная модель ядра позволила довольно точно рассчитать энергию связи ядра; энергию кулоновского отталкивания протонов; указала на наличие у ядра «поверхностной энергии», аналогичной энергии поверхностного натяжения у капли. Все это позволило оценить полную энергию ядра.

В 1950 году Майером была предложена более детальная модель ядра, называемая «оболочечной». В основе этой модели лежит представление о независимости движения