اثر انبوه و انرژی اتصال. نقص توده مرکزی. ظهور نقص در جرم، انرژی اتصال، نیروهای هسته ای. نوترینوهای خورشیدی رابطه بین جرم و انرژی

نوکلئون ها در هسته توسط نیروهای هسته ای محکم نگه داشته می شوند. برای حذف یک نوکلئون از یک هسته، انجام آن ضروری است کارت عالی بود، یعنی انرژی قابل توجهی را به هسته منتقل می کند.

انرژی اتصال یک هسته اتمی Eb شدت برهمکنش نوکلئون‌ها در هسته را مشخص می‌کند و برابر با حداکثر انرژی است که باید صرف شود تا هسته را به نوکلئون‌های غیر متقابل جداگانه بدون اطلاع آن‌ها تقسیم کنیم. انرژی جنبشی. هر هسته دارای انرژی اتصال خاص خود است. هر چه این انرژی بیشتر باشد، هسته اتم پایدارتر است. اندازه گیری دقیق جرم هسته ای نشان می دهد که جرم سکون هسته m i همیشه است کمتر از مقدارتوده ساکن، پروتون ها و نوترون های تشکیل دهنده آن. این اختلاف جرم را نقص جرم می نامند:

این قسمت از جرم Dm است که در طول آزاد شدن انرژی اتصال از بین می رود. با اعمال قانون رابطه بین جرم و انرژی، به دست می آوریم:

که در آن m n جرم اتم هیدروژن است.

این جایگزینی برای محاسبات راحت است و خطای محاسباتی که در این مورد ایجاد می شود ناچیز است. اگر Dm را در فرمول انرژی اتصال در a.m.u جایگزین کنیم. سپس برای خیابان ایمی توان نوشت:

اطلاعات مهمدر مورد خواص هسته ها، وابستگی انرژی اتصال ویژه به عدد جرمی A است.

انرژی اتصال ویژه E بیت - انرژی اتصال هسته ای در هر 1 نوکلئون:

در شکل 116 یک نمودار هموار شده را به صورت تجربی نشان می دهد وابستگی نصب شده E ud از A.

منحنی در شکل دارای حداکثر بیان ضعیف است. عناصر با اعداد جرمی از 50 تا 60 (آهن و عناصر نزدیک به آن) بیشترین انرژی اتصال ویژه را دارند. هسته های این عناصر پایدارترین هستند.

نمودار نشان می دهد که واکنش شکافت هسته های سنگین به هسته عناصر در قسمت میانی جدول D. مندلیف و همچنین واکنش سنتز هسته های سبک (هیدروژن، هلیوم) به هسته های سنگین تر، از نظر انرژی مطلوب است. واکنش‌ها، زیرا با تشکیل هسته‌های پایدارتر (با ضربان E بزرگ) همراه هستند و بنابراین با آزاد شدن انرژی (E> 0) ادامه می‌یابند.

نیروهای هسته ای مدل های هسته

اتمی نیروها - قدرتبرهمکنش بین نوکلئون ها؛ فراهم کند مقدار زیادانرژی های اتصال هسته ها در مقایسه با سایر سیستم ها من با بیشترین هستند مثال مهم و رایج تعامل قوی(SV). زمانی این مفاهیم مترادف بودند و خود اصطلاح " تعامل قوی"برای تأکید بر بزرگی عظیم نیرو در مقایسه با سایر نیروهای شناخته شده در طبیعت معرفی شد: مغناطیسی الکتریکی، ضعیف، گرانشی. پس از کشف p -, r - و غیره. مزون ها، هایپرون ها و غیره هادرون هااصطلاح "تعامل قوی" در بیشتر مورد استفاده قرار گرفت به معنای وسیع- مانند برهم کنش هادرون ها. در دهه 1970 کرومودینامیک کوانتومی(QCD) خود را به عنوان یک میکروسکوپ به طور کلی شناخته شده است. نظریه SV. بر اساس این نظریه، هادرون ها هستند ذرات مرکب، شامل کوارک هاو گلوئون،و توسط SV آنها شروع به درک تعامل این وجوه کردند. ذرات.

مدل قطره ای هسته- یکی از اولین مدل‌های ساختار هسته اتم، که توسط نیلز بور در سال 1936 در چارچوب نظریه هسته مرکب ارائه شد، که توسط یاکوب فرنکل و متعاقباً جان ویلر، بر اساس آن کارل وایزکر برای اولین بار توسعه یافت. یک فرمول نیمه تجربی برای انرژی اتصال هسته اتم به دست آورد که به افتخار او نامیده شد فرمول Weizsäcker.

بر اساس این نظریه، هسته اتم را می توان به صورت قطره ای کروی و باردار یکنواخت از ماده هسته ای ویژه نشان داد که دارای ویژگی های خاصی مانند تراکم ناپذیری، اشباع بودن است. نیروهای هسته ای، "تبخیر" نوکلئون ها (نوترون ها و پروتون ها) شبیه یک مایع است. در این رابطه، برخی از خواص دیگر یک قطره مایع را می توان به چنین قطره هسته ای تعمیم داد کشش سطحیله کردن یک قطره به قطره های کوچکتر (شکافت هسته)، ادغام قطره های کوچک در یک قطره بزرگ (سنتز هسته). با در نظر گرفتن این خصوصیات مشترک در ماده مایع و هسته ای و همچنین خواص خاصدومی، ناشی از اصل پائولی و حضور شارژ الکتریکیمی‌توانیم فرمول نیمه تجربی Weizsäcker را به دست آوریم که به ما امکان می‌دهد انرژی اتصال یک هسته و بنابراین جرم آن را در صورتی که ترکیب نوکلئونی آن مشخص باشد محاسبه کنیم. تعداد کلنوکلئون ها (تعداد جرمی) و تعداد پروتون های هسته).

نوکلئون های درون هسته توسط نیروهای هسته ای کنار هم نگه داشته می شوند. آنها توسط انرژی خاصی نگه داشته می شوند. اندازه گیری مستقیم این انرژی بسیار دشوار است، اما می توان آن را به طور غیر مستقیم انجام داد. منطقی است که فرض کنیم انرژی لازم برای شکستن پیوند نوکلئون ها در هسته برابر با بیشتر از آنانرژی که نوکلئون ها را کنار هم نگه می دارد.

انرژی اتصال و انرژی هسته ای

اکنون اندازه گیری این انرژی اعمال شده آسان تر است. واضح است که این مقدار با دقت بسیار منعکس کننده مقدار انرژی است که نوکلئون ها را در داخل هسته نگه می دارد. بنابراین، حداقل انرژی لازم برای تقسیم یک هسته به نوکلئون های منفرد نامیده می شود انرژی اتصال هسته ای.

رابطه بین جرم و انرژی

می دانیم که هر انرژی به نسبت مستقیم با توده بدن مرتبط است. بنابراین طبیعی است که انرژی اتصال یک هسته به جرم ذرات تشکیل دهنده این هسته بستگی داشته باشد. این رابطه توسط آلبرت اینشتین در سال 1905 برقرار شد. به آن قانون رابطه بین جرم و انرژی می گویند. مطابق با این قانون، انرژی درونی یک سیستم از ذرات یا انرژی استراحت مستقیماً با جرم ذرات تشکیل دهنده این سیستم متناسب است:

جایی که E انرژی است، m جرم است،
c سرعت نور در خلاء است.

اثر نقص انبوه

حال فرض کنید که هسته یک اتم را به نوکلئون های تشکیل دهنده آن تقسیم کنیم یا تعداد معینی نوکلئون را از هسته برداریم. ما مقداری انرژی برای غلبه بر نیروهای هسته ای صرف کردیم، زیرا کارمان را انجام دادیم. در مورد فرآیند معکوس - سنتز یک هسته، یا افزودن نوکلئون به یک هسته از قبل هسته موجود، انرژی، بر اساس قانون بقا، برعکس، آزاد خواهد شد. هنگامی که انرژی استراحت یک سیستم از ذرات به دلیل هر فرآیندی تغییر می کند، جرم آنها نیز مطابق با آن تغییر می کند. فرمول ها در در این مورد به شرح زیر خواهد بود:

∆m=(∆E_0)/c^2یا ∆E_0=∆mc^2،

که در آن ∆E_0 تغییر در انرژی باقیمانده سیستم ذرات است،
∆m – تغییر در جرم ذرات.

به عنوان مثال، در مورد همجوشی نوکلئون ها و تشکیل یک هسته، با آزاد شدن انرژی و کاهش مواجه می شویم. جرم کلنوکلئون ها جرم و انرژی توسط فوتون های ساطع شده منتقل می شود. این اثر نقص انبوه است. جرم یک هسته همیشه کمتر از مجموع جرم نوکلئون های تشکیل دهنده این هسته است. از نظر عددی، نقص جرم به صورت زیر بیان می شود:

∆m=(Zm_p+Nm_n)-M_я،

که در آن M_i جرم هسته است،
Z تعداد پروتون های هسته است،
N تعداد نوترون های هسته است،
m_p - جرم یک پروتون آزاد،
m_n جرم یک نوترون آزاد است.

مقدار ∆m در دو فرمول بالا مقداری است که جرم کل ذرات هسته با تغییر انرژی آن در اثر گسیختگی یا همجوشی تغییر می کند. در مورد سنتز، این کمیت یک نقص جرمی خواهد بود.

ایزوتوپ ها

ایزوتوپ ها- انواع اتم ها (و هسته) یک عنصر شیمیایی با مقادیر مختلفنوترون ها در هسته خواص شیمیاییاتم ها تقریباً به طور انحصاری به ساختار لایه الکترونی بستگی دارند که به نوبه خود عمدتاً توسط بار هسته تعیین می شود. ز(یعنی تعداد پروتون های موجود در آن) و تقریباً به عدد جرمی آن بستگی ندارد آ(یعنی تعداد کل پروتون ها زو نوترون ها ن). همه ایزوتوپ های یک عنصر دارند همان شارژهسته ها که فقط در تعداد نوترون ها با هم تفاوت دارند.

مثال ایزوتوپ: 16 8 O، 17 8 O، 18 8 O - سه ایزوتوپ پایدار اکسیژن.

88.ساختار هسته اتم. ذرات زیر اتمی عناصر. ایزوتوپ ها.

یک اتم از یک هسته و یک الکترون "ابر" تشکیل شده است که آن را احاطه کرده است. در ابر الکترونیکی قرار دارد الکترون هاحمل منفیشارژ الکتریکی. پروتون ها، در هسته گنجانده شده است، حمل کنید مثبتشارژ.

در هر اتمی، تعداد پروتون‌های هسته دقیقاً برابر با تعداد الکترون‌های ابر الکترونی است، بنابراین اتم در کل یک ذره خنثی است که باری ندارد.

یک اتم می تواند یک یا چند الکترون را از دست بدهد یا برعکس، از دیگران الکترون بگیرد. در این صورت اتم مثبت می شود یا بار منفیو نامیده می شود یون.

ابعاد خارجی یک اتم، ابعاد یک ابر الکترونی با چگالی کمتر است که حدود 100000 برابر بزرگتر از قطر هسته است.

علاوه بر پروتون ها، هسته اکثر اتم ها شامل نوترون ها، که هیچ هزینه ای ندارند. جرم یک نوترون عملاً با جرم یک پروتون تفاوتی ندارد. پروتون و نوترون با هم نامیده می شوند نوکلئون ها.

انرژی اتصال و نقص جرم هسته ای

نوکلئون ها در هسته توسط نیروهای هسته ای محکم نگه داشته می شوند. برای حذف یک نوکلئون از یک هسته، باید کار زیادی انجام شود، یعنی انرژی قابل توجهی به هسته منتقل شود.

انرژی اتصال یک هسته اتمی Eb شدت برهمکنش نوکلئون ها در هسته را مشخص می کند و برابر با حداکثر انرژی است که برای تقسیم هسته به نوکلئون های غیر متقابل جداگانه بدون انتقال انرژی جنبشی به آنها باید صرف شود. هر هسته دارای انرژی اتصال خاص خود است. هر چه این انرژی بیشتر باشد، هسته اتم پایدارتر است. اندازه گیری های دقیق جرم های هسته ای نشان می دهد که جرم سکون هسته m i همیشه کمتر از مجموع جرم های باقی مانده پروتون ها و نوترون های سازنده آن است. این اختلاف جرم را نقص جرم می نامند:

این قسمت از جرم Dm است که در طول آزاد شدن انرژی اتصال از بین می رود. با اعمال قانون رابطه بین جرم و انرژی، به دست می آوریم:

*с2 (در اینجا به طور خلاصه در C در مجذور ضرب کنید)

سرعت نور در خلاء کجاست

یکی دیگر از پارامترهای مهم هسته، انرژی اتصال به ازای هر نوکلئون هسته است که می توان آن را با تقسیم انرژی اتصال هسته بر تعداد نوکلئون های موجود در آن محاسبه کرد:

این مقدار نشان دهنده میانگین انرژی است که باید برای حذف یک نوکلئون از یک هسته صرف شود، یا میانگین تغییر در انرژی اتصال یک هسته زمانی که یک پروتون یا نوترون آزاد به آن جذب می شود.

در شکل نموداری از وابستگی تثبیت شده تجربی Est به A نشان داده شده است.

همانطور که از شکل توضیحی مشاهده می شود، در مقادیر کوچک اعداد جرمی، انرژی اتصال ویژه هسته ها به شدت افزایش می یابد و به حداکثر (تقریباً 8.8 مگا ولت) می رسد. نوکلیدها با چنین اعداد جرمی پایدارترین هستند. با رشد بیشتر، میانگین انرژی اتصال کاهش می‌یابد، با این حال، در طیف وسیعی از اعداد جرمی، مقدار انرژی تقریباً ثابت است (MeV)، که از آن نتیجه می‌شود که می‌توانیم بنویسیم.

این رفتار میانگین انرژی اتصال نشان‌دهنده خاصیت نیروهای هسته‌ای برای رسیدن به اشباع است، یعنی امکان برهمکنش یک نوکلئون تنها با تعداد کمی از "شریک‌ها". اگر نیروهای هسته‌ای خاصیت اشباع را نداشتند، در شعاع عمل نیروهای هسته‌ای، هر نوکلئون با هر یک از نوکلئون‌های دیگر برهم‌کنش می‌کرد و انرژی برهم‌کنش متناسب با آن بود و میانگین انرژی اتصال یک نوکلئون ثابت نمی‌شد. برای هسته های مختلف، اما با افزایش افزایش می یابد.

90. نظریه های ساختار هسته اتم

در روند توسعه فیزیک، فرضیه های مختلفی برای ساختار هسته اتم مطرح شد. معروف ترین آنها موارد زیر است:

· مدل قطره ای هسته - در سال 1936 توسط نیلز بور پیشنهاد شد.

مدل قطره ای هسته- یکی از اولین مدل‌های ساختار هسته اتم، که توسط نیلز بور در سال 1936 در چارچوب نظریه هسته مرکب ارائه شد که توسط یاکوب فرنکل و متعاقباً جان ویلر توسعه یافت، بر اساس آن کارل ویزساکر برای اولین بار فرمول نیمه تجربی برای انرژی اتصال هسته اتم که به افتخار او نامیده شد فرمول Weizsäcker.

بر اساس این نظریه، هسته اتم را می توان به صورت قطره ای کروی و با بار یکنواخت از ماده هسته ای ویژه نشان داد که دارای ویژگی های خاصی مانند تراکم ناپذیری، اشباع شدن نیروهای هسته ای، تبخیر شدن نوکلئون ها (نوترون ها و پروتون ها) و شبیه بودن است. یک مایع. در این رابطه، برخی از خواص دیگر یک قطره مایع را می توان به چنین هسته قطره ای گسترش داد، به عنوان مثال، کشش سطحی، تکه تکه شدن قطره به هسته های کوچکتر (شکافت هسته)، و ادغام قطرات کوچک در یک قطره بزرگ (همجوشی). هسته ها).

· مدل پوسته هسته - پیشنهادی در دهه 30 قرن بیستم.

در مدل پوسته یک اتم، الکترون ها پر می شوند پوسته های الکترونیو هنگامی که پوسته پر می شود، انرژی اتصال برای الکترون بعدی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

· مدل تعمیم یافته بور-موتلسون.

O. m. این بر اساس فرض حرکت مستقل نوکلئون ها در میدانی با پتانسیل آهسته متغیر پیشنهاد شده است. نوکلئون های داخلی پوسته های پر شده یک "اسکلت" را تشکیل می دهند که دارای درجات آزادی جمعی است و با استفاده از مدل قطره مایع توضیح داده شده است (نگاه کنید به. مدل قطره ای هسته).نوکلئون‌های پوسته‌های بیرونی و پر نشده، در تعامل با سطح این قطره، یک قوام عمومی و معمولاً غیرکروی را تشکیل می‌دهند. پتانسیل. ماهیت آدیاباتیک تغییر در این پتانسیل این امکان را فراهم می کند که حرکت تک ذره ای نوکلئون ها را که به صورت ثابت رخ می دهد، جدا کنیم. پتانسیل، از حرکت جمعی که منجر به تغییر شکل و جهت می‌شود. زمینه های اصلی این رویکرد شبیه به جداسازی حرکت الکترون ها و هسته ها در مولکول ها است.

· مدل هسته خوشه ای

· مدل انجمن های نوکلئونی

· مدل نوری هسته

· مدل هسته ابر سیال

مدل هسته آماری

نیروهای هسته ای

نیروهای هسته‌ای نیروهایی هستند که نوکلئون‌ها را در هسته نگه می‌دارند، که نشان‌دهنده نیروهای جذاب بزرگی هستند که فقط در فواصل کوتاه عمل می‌کنند. آنها دارای خواص اشباع هستند، و بنابراین به نیروهای هسته ای یک ویژگی تبادل نسبت داده می شود. نیروهای هسته ای به اسپین بستگی دارند، به بار الکتریکی وابسته نیستند و نیروهای مرکزی نیستند.

واپاشی رادیواکتیو

واپاشی رادیواکتیو(از لات شعاع"پرتو" و activus"موثر") - تغییر خود به خود در ترکیب ناپایدار هسته های اتمی(بار Z، عدد جرمی A) با انتشار ذرات بنیادییا قطعات هسته ای روند تجزیه رادیواکتیوهمچنین به نام رادیواکتیویتهو عناصر مربوطه رادیواکتیو هستند. مواد حاوی هسته های رادیواکتیو را رادیواکتیو نیز می نامند.

مشخص شده است که تمام عناصر شیمیایی با شماره سریال، بیشتر از 82 (یعنی با بیسموت شروع می شود) و بسیاری از عناصر سبکتر (پرومتیم و تکنسیم) ندارند. ایزوتوپ های پایدارو برای برخی از عناصر مانند ایندیم، پتاسیم یا کلسیم، بخشی ایزوتوپ های طبیعیپایدار، بقیه رادیواکتیو هستند).

رادیواکتیویته طبیعی - پوسیدگی خود به خودی هسته های عناصر موجود در طبیعت.

تحقیقات نشان می دهد که هسته های اتم سازندهای پایدار هستند. این بدان معنی است که در هسته پیوند خاصی بین نوکلئون ها وجود دارد. مطالعه این ارتباط را می توان بدون نیاز به اطلاعات در مورد ماهیت و خواص نیروهای هسته ای، اما بر اساس قانون بقای انرژی انجام داد.

بیایید تعاریف را معرفی کنیم.

انرژی اتصال یک نوکلئون در هستهتماس گرفت کمیت فیزیکی، برابر با کاری است که برای حذف یک نوکلئون معین از هسته بدون انتقال انرژی جنبشی به آن باید انجام شود.

پر شده انرژی اتصال هسته ایتوسط کاری که باید انجام شود تا یک هسته به نوکلئون های تشکیل دهنده آن بدون انتقال انرژی جنبشی به آنها انجام شود، تعیین می شود.

از قانون بقای انرژی چنین استنباط می شود که وقتی یک هسته از نوکلئون های سازنده آن تشکیل می شود، انرژی باید آزاد شود. برابر با انرژیاتصالات اصلی بدیهی است که انرژی اتصال یک هسته برابر است با تفاوت بین انرژی کل نوکلئون های آزاد که یک هسته معین را تشکیل می دهند و انرژی آنها در هسته.

از نظریه نسبیت مشخص شده است که بین انرژی و جرم رابطه وجود دارد:

E = mс 2. (250)

اگر از طریق خیابان ΔEانرژی آزاد شده در طول تشکیل یک هسته را نشان می دهد، سپس این آزاد شدن انرژی، طبق فرمول (250) باید با کاهش جرم کل هسته در طول تشکیل آن از ذرات تشکیل دهنده همراه باشد:

Δm = ΔE خیابان / از 2 (251)

اگر با علامت گذاری کنیم m p، m n، m Iبه ترتیب، جرم های پروتون، نوترون و هسته، سپس Δmرا می توان با فرمول تعیین کرد:

Dm = [Zm р + (A-Z)m n]-من . (252)

جرم هسته ها را می توان با استفاده از طیف سنج های جرمی بسیار دقیق تعیین کرد - ابزار اندازه گیریجداسازی با استفاده از میدان های الکتریکی و مغناطیسی پرتوهای ذرات باردار (معمولا یون) با بارهای خاص متفاوت q/m. اندازه گیری های طیف سنجی جرمی نشان داد که در واقع، جرم یک هسته کمتر از مجموع جرم نوکلئون های تشکیل دهنده آن است.

تفاوت بین مجموع جرم نوکلئون های سازنده هسته و جرم هسته نامیده می شود. نقص جرم اصلی(فرمول (252)).

مطابق فرمول (251)، انرژی اتصال نوکلئون ها در هسته با عبارت زیر تعیین می شود:

ΔE SV = [زم ص+ (A-Z)m n - m I ]با 2 . (253)

جداول معمولاً جرم هسته ها را نشان نمی دهند من، و جرم اتم ها m a. بنابراین، برای انرژی اتصال از فرمول استفاده می کنیم:

ΔE SV =[زم اچ+ (A-Z)m n - m a ]با 2 (254)

جایی که m H- جرم اتم هیدروژن 1 H 1. زیرا m Hبیشتر آقای، توسط جرم الکترون من،سپس اولین ترم در براکت های مربعشامل جرم الکترون های Z است. اما، از آنجایی که جرم اتم است m aمتفاوت از جرم هسته منفقط با جرم Z الکترون ها، سپس محاسبات با استفاده از فرمول های (253) و (254) به نتایج یکسانی منجر می شود.

غالباً به جای انرژی اتصال هسته ها را در نظر می گیرند انرژی اتصال خاصdE NEانرژی اتصال در هر نوکلئون هسته است. این پایداری (قدرت) هسته های اتمی را مشخص می کند، یعنی بیشتر dE NE، هسته پایدارتر است . انرژی اتصال ویژه به عدد جرمی بستگی دارد آعنصر برای هسته های سبک (A 12 پوند)، انرژی اتصال ویژه به شدت به 6 ¸ 7 مگا ولت افزایش می یابد. کل خطپرش (شکل 93 را ببینید). به عنوان مثال، برای dE NE= 1.1 MeV، برای -7.1 MeV، برای -5.3 MeV. با افزایش بیشتر در عدد جرمی dE، SV آهسته تر افزایش می یابد و به حداکثر مقدار 8.7 مگا الکترون ولت برای عناصر دارای آ=50¸60، و سپس به تدریج کاهش می یابد عناصر سنگین. به عنوان مثال، برای آن 7.6 مگا ولت است. برای مقایسه توجه کنید که انرژی اتصال الکترون های ظرفیتدر اتم ها تقریباً 10 eV (10 6 برابر کمتر) است.

روی منحنی انرژی اتصال ویژه در مقابل عدد جرمی برای هسته های پایدار (شکل 93)، الگوهای زیر قابل مشاهده است:

الف) اگر سبک ترین هسته ها را دور بیندازیم، در یک تقریب خشن، به اصطلاح صفر، انرژی اتصال ویژه ثابت و تقریباً برابر با 8 مگا ولت در هر است.

نوکلئون استقلال تقریبی انرژی اتصال ویژه از تعداد نوکلئون ها نشان دهنده خاصیت اشباع نیروهای هسته ای است. این خاصیت این است که هر نوکلئون فقط می تواند با چندین نوکلئون همسایه تعامل داشته باشد.

ب) انرژی اتصال ویژه کاملاً ثابت نیست، اما حداکثر (~ 8.7 مگا الکترون ولت / نوکلئون) در آ= 56، یعنی در ناحیه هسته های آهن، و به سمت هر دو لبه کاهش می یابد. حداکثر منحنی مربوط به پایدارترین هسته است. از نظر انرژی برای سبک ترین هسته ها مناسب است که با یکدیگر ادغام شده و آزاد شوند انرژی گرما هسته ای. برعکس، برای سنگین ترین هسته ها، فرآیند شکافت به قطعات مفید است که با آزاد شدن انرژی به نام اتمی اتفاق می افتد.

پایدارترین آنها هسته های جادویی هستند که در آنها تعداد پروتون ها یا تعداد نوترون ها برابر با یکی از اعداد جادویی است: 2، 8، 20، 28، 50، 82، 126. هسته های جادویی دوگانه به ویژه پایدار، که در آن هم تعداد پروتون ها و هم تعداد نوترون ها وجود دارد. فقط پنج مورد از این هسته ها وجود دارد: , , , , .

نوکلئون ها در هسته ها در حالت هایی هستند که به طور قابل توجهی با حالت های آزاد آنها متفاوت است. به استثنای هسته هیدروژن معمولی، در تمام هسته هاحداقل دو نوکلئون وجود دارد که بین آنها یک نوکلئون خاص وجود دارد نیروی قوی هسته ای - جاذبه ای که پایداری هسته ها را با وجود دفع پروتون های دارای بار مشابه تضمین می کند.

· انرژی اتصال نوکلئوندر هسته یک کمیت فیزیکی برابر با کاری است که باید برای حذف یک نوکلئون از هسته بدون انتقال انرژی جنبشی به آن انجام شود.

· انرژی اتصال هسته ای بر اساس میزان کار تعیین می شود,که باید انجام شود,برای تقسیم یک هسته به نوکلئون های تشکیل دهنده آن بدون اینکه انرژی جنبشی به آنها بدهد.

از قانون بقای انرژی چنین استنباط می شود که در طول تشکیل یک هسته باید انرژی آزاد شود که باید در طول تقسیم هسته به نوکلئون های سازنده آن صرف شود. انرژی اتصال یک هسته تفاوت بین انرژی تمام نوکلئون های آزاد تشکیل دهنده هسته و انرژی آنها در هسته است.

وقتی یک هسته تشکیل می شود، جرم آن کاهش می یابد: جرم هسته کمتر از مجموع جرم های نوکلئون های سازنده آن است. کاهش جرم هسته در طول تشکیل آن با آزاد شدن انرژی اتصال توضیح داده می شود. اگر دبلیو sv مقدار انرژی آزاد شده در طول تشکیل یک هسته و سپس جرم مربوطه است

(9.2.1)

تماس گرفت نقص انبوه و کاهش جرم کل را در طول تشکیل یک هسته از نوکلئون های تشکیل دهنده آن مشخص می کند.

اگر هسته جرم داشته باشد مسم از زپروتون با جرم m pو از ( آ – ز) نوترون های دارای جرم m n، این که:

.

(9.2.2)

به جای جرم اصلی ممقدار سم ∆ متررا می توان بر حسب جرم اتمی بیان کرد مدر:

,

(9.2.3)

جایی که مترن- جرم اتم هیدروژن در محاسبات عملی ∆ مترجرم همه ذرات و اتم ها بر حسب بیان می شود واحدهای جرم اتمی (آ.م). یک واحد جرم اتمی مربوط می شود واحد اتمیانرژی (a.e.e.): 1 a.e.e. = 931.5016 مگا ولت.

نقص جرم به عنوان معیاری برای انرژی اتصال هسته عمل می کند:

.

(9.2.4)

انرژی اتصال هسته ای خاص ω سنت انرژی اتصال نامیده می شود,در هر نوکلئون:

.

(9.2.5)

مقدار ωb به طور متوسط ​​8 MeV/نوکلئون است. در شکل شکل 9.2 وابستگی انرژی اتصال ویژه به عدد جرمی را نشان می دهد آ، مشخص کردن قدرت های مختلف پیوندهای نوکلئونی در هسته های مختلف عناصر شیمیایی. هسته های عناصر در قسمت میانی جدول تناوبی()، یعنی از تا ، بادوام ترین.

در این هسته ها ωb نزدیک به 8.7 MeV/nucleon است. با افزایش تعداد نوکلئون ها در هسته، انرژی اتصال ویژه کاهش می یابد. هسته اتم های عناصر شیمیایی واقع در انتهای جدول تناوبی (به عنوان مثال، هسته اورانیوم) دارای نور ω ≈ 7.6 MeV/نوکلئون است. این موضوع امکان آزاد شدن انرژی در طی شکافت هسته های سنگین را توضیح می دهد. در ناحیه ای با اعداد جرمی کوچک "قله های" تیز انرژی اتصال ویژه وجود دارد. ماکسیما برای هسته‌هایی با تعداد پروتون و نوترون زوج (،،،)، و برای هسته‌هایی با تعداد فرد پروتون و نوترون، مینیمم‌ها مشخص است (،،،).

اگر هسته کمترین انرژی ممکن را داشته باشد، آنگاه واقع شده است V اغلب حالت انرژی . اگر هسته انرژی داشته باشد، آنگاه واقع شده است V حالت انرژی برانگیخته . مورد مربوط به تقسیم یک هسته به نوکلئون های تشکیل دهنده آن است. برخلاف سطوح انرژی یک اتم که با واحدهای الکترون ولت از هم جدا می شوند، سطوح انرژیهسته ها توسط یک مگاالکترون ولت (MeV) از هم جدا می شوند. این منشاء و خواص پرتو گاما را توضیح می دهد.

داده‌های مربوط به انرژی اتصال هسته‌ها و استفاده از مدل قطره‌ای هسته، ایجاد برخی نظم‌ها در ساختار هسته‌های اتمی را ممکن کرد.

معیار پایداری هسته اتمنسبت بین تعداد پروتون و نوترون است در یک هسته پایداربرای داده های ایزوبار (). شرط حداقل انرژی هسته ای منجر به رابطه زیر می شود زدهان و آ:

.

(9.2.6)

یک عدد صحیح بگیرید زنزدیک ترین دهان به دهانی که با این فرمول به دست می آید.

در مقادیر کوچک و متوسط آتعداد نوترون ها و پروتون ها در هسته های پایدار تقریباً یکسان است: ز ≈ آ – ز.

با رشد زنیروهای دافعه کولن پروتون ها به نسبت افزایش می یابد ز·( ز – 1) ~ ز 2 (برهمکنش جفت پروتونو برای جبران این دافعه با جاذبه هسته ای، تعداد نوترون ها باید افزایش یابد سریعتر از اعدادپروتون ها

برای مشاهده دموها، روی لینک مربوطه کلیک کنید: