Энергия связи и дефект масс

Экспериментально установлено, что энергия ядра меньше, чем энергия частиц, из которых оно состоит ( ). Поэтому для расщепления ядра на составные части нужно затратить энергию. Энергия, которую нужно затратить для расщепления ядра, называется энергией связи ядра.

Точные масс-спектроскопические измерения показали, что масса ядра меньше массы составляющих его нуклонов. Но так как всякому изменению массы должно соответствовать изменение энергии ( - скорость света), то при образовании ядра должна выделяться энергия. Из закона сохранения энергии следует, что для расщепления ядра на составные части необходимо затратить столько же энергии, сколько ее выделяется при его образовании. Энергия связи является одной из важнейших величин, характеризующих прочность ядра. Итак, энергия связи равна: , где - энергия всех нуклонов, - энергия ядра.

.

(1)

Следовательно

.

Эта величина называется дефектом массы ядра. На эту величину уменьшается масса ядра при образовании его из нуклонов. Часто вместо энергии связи используют удельную энергию связи. Это энергия связи, приходящаяся на один нуклон . Она характеризует устойчивость атомных ядер. Чем она больше, тем устойчивее ядро. Удельная энергия связи зависит от массового числа (рис.1).

Рис.1.

Для легких ядер ( ) удельная энергия связи круто возрастает до МэВ, затем медленно возрастает до максимальной величины МэВ для элементов с , потом постепенно уменьшается у тяжелых элементов (для - 7,6 МэВ). Для сравнения энергия связи валентных электронов в атоме равна 10эВ, то есть в раз меньше.

Наиболее устойчивы ядра у средних элементов таблицы Менделеева, тяжелые и легкие менее устойчивы. Отсюда следует, что энергетически выгодны следующие процессы:

1. деление тяжелых ядер на более легкие с выделением атомной энергии.
2. слияние легких ядер в более тяжелые с выделением термоядерной энергии.

При обоих процессах выделяется огромное количество энергии.