مفهوم اصلی انرژی اتصال هسته ای چیست؟ استدلال در مورد انرژی اتصال درون هسته. آیا جرم ذرات درون اتمی برابر با جرم یک اتم است؟

چرا هسته یک اتم پایدار است؟ چه چیزی نوترون ها را که بار ندارند و پروتون های دارای بار مثبت را درون خود نگه می دارد؟

این پدیده را نمی توان از نظر تأثیر الکترومغناطیسی بین ذرات باردار توضیح داد. نوترون ها باری را حمل نمی کنند، بنابراین نیروهای الکترومغناطیسی روی آنها اثر نمی گذارد. خب، پروتون ها، ذرات باردار مثبت، باید یکدیگر را دفع کنند. اما این اتفاق نمی افتد. ذرات از هم جدا نمی شوند و هسته متلاشی نمی شود. چه نیروهایی نوکلئون ها را مجبور می کنند به هم بچسبند؟

نیروهای هسته ای

نیروهایی که پروتون ها و نوترون ها را در داخل هسته نگه می دارند نامیده می شوند نیروهای هسته ای. بدیهی است که آنها باید به طور قابل توجهی از نیروهای الکترواستاتیک دافعه و نیروهای جاذبه گرانشی ذرات تجاوز کنند. نیروهای هسته ای قوی ترین نیروهای موجود در طبیعت هستند. به طور تجربی ثابت شده است که قدر آنها 100 برابر بیشتر از نیروهای دافعه الکترواستاتیکی است. اما آنها فقط در یک فاصله کوتاه، در داخل هسته عمل می کنند. و اگر این فاصله حتی مقدار بسیار کمی از قطر هسته بیشتر باشد، عمل نیروهای هسته ای متوقف می شود و اتم تحت تأثیر نیروهای دافعه الکترواستاتیک شروع به متلاشی شدن می کند. بنابراین این نیروها کوتاه مدت.

نیروهای هسته ای نیروهای جاذبه هستند. آنها به باردار بودن یا نبودن ذره بستگی ندارند، زیرا در داخل هسته هم پروتون های باردار و هم نوترون های بدون بار را نگه می دارند. بزرگی این نیروها برای یک جفت پروتون، یک جفت نوترون یا یک جفت نوترون-پروتون یکسان است. تعامل نیروهای هسته ای نامیده می شود تعامل قوی.

انرژی اتصال هسته ای نقص انبوه

به لطف نیروهای هسته ای، نوکلئون های موجود در هسته بسیار محکم بسته شده اند. برای قطع این ارتباط، باید کار انجام دهید، یعنی مقدار مشخصی انرژی صرف کنید. حداقل انرژی لازم برای جداسازی یک هسته به ذرات منفرد نامیده می شود انرژی اتصال هسته ای اتم. هنگامی که نوکلئون های منفرد در هسته یک اتم ترکیب می شوند، انرژی برابر با انرژی اتصال آزاد می شود. این انرژی بسیار زیاد است. به عنوان مثال، اگر 2 واگن زغال سنگ را بسوزانید، انرژی آزاد خواهید کرد که تنها با سنتز 4 گرم از عنصر شیمیایی هلیوم به دست می آید.

چگونه انرژی اتصال را تعیین کنیم؟

برای ما واضح است که جرم کل یک پرتقال برابر است با مجموع جرم تمام برش های آن. اگر وزن هر تکه 15 گرم باشد و در یک پرتقال 10 برش وجود داشته باشد، وزن پرتقال 150 گرم است، به نظر می رسد که جرم هسته باید برابر با مجموع جرم های نوکلئون باشد. که از آن تشکیل شده است. در واقعیت، همه چیز اشتباه می شود. آزمایشات نشان می دهد که جرم هسته کمتر از مجموع جرم ذرات موجود در آن است. چه طور ممکنه؟ بخشی از توده به کجا ناپدید می شوند؟

اجازه دهید قانون هم ارزی جرم و انرژی را به یاد بیاوریم که قانون رابطه جرم و انرژی نیز نامیده می شود و با فرمول انیشتین بیان می شود:

E= mc 2 ;

جایی که E - انرژی، متر - وزن، با - سرعت نور.

m = E/c 2 .

طبق این قانون، جرم ناپدید نمی‌شود، بلکه با ترکیب نوکلئون‌ها و تشکیل هسته به انرژی آزاد می‌شود.

تفاوت بین جرم یک هسته و جرم کل تک تک نوکلئون های موجود در آن نامیده می شود نقص انبوه و نشان دهند Δ متر .

یک توده در حال استراحت حاوی ذخیره عظیم انرژی است. و هنگامی که نوکلئون ها در یک هسته ترکیب می شوند، انرژی آزاد می شود ΔE = Δm ج 2 ، و جرم هسته با مقدار کاهش می یابد Δ متر یعنی نقص جرم مقداری معادل انرژی است که در هنگام تشکیل یک هسته آزاد می شود.

Δ m = ΔE/c 2 .

نقص انبوه را می توان به روش دیگری نیز تعریف کرد:

Δ m = ز m p + ن m n - M i

جایی که Δ متر - نقص انبوه،

M i - جرم هسته،

m p - جرم پروتون،

m n - جرم نوترون،

ز - تعداد پروتون های هسته

ن - تعداد نوترون ها در هسته

M i< ز m p + ن m n .

معلوم می شود که همه عناصر شیمیایی به استثنای پروتیوم، اتم هیدروژن، که در هسته آن تنها یک پروتون وجود دارد و یک نوترون واحد وجود ندارد، دارای نقص جرمی هستند. و هر چه تعداد نوکلئون ها در هسته یک عنصر بیشتر باشد، نقص جرم آن بیشتر می شود.

با دانستن جرم ذراتی که در یک واکنش هسته ای برهم کنش می کنند و همچنین ذراتی که در نتیجه آن تشکیل می شوند، می توان میزان انرژی هسته ای آزاد شده و جذب شده را تعیین کرد.

>> انرژی اتصال هسته های اتمی

§ 105 انرژی اتصال هسته اتمی

مهمترین نقش در تمام فیزیک هسته ای را مفهوم انرژی اتصال هسته ای ایفا می کند. انرژی پیوندی این امکان را فراهم می کند که پایداری هسته ها را توضیح دهیم و بفهمیم چه فرآیندهایی منجر به آزاد شدن انرژی هسته ای می شود. نوکلئون ها در هسته توسط نیروهای هسته ای محکم نگه داشته می شوند. برای حذف یک نوکلئون از یک هسته، کار بسیار زیادی باید انجام شود، یعنی انرژی قابل توجهی به هسته منتقل شود.

انرژی اتصال یک هسته به عنوان انرژی لازم برای تقسیم کامل یک هسته به نوکلئون های منفرد درک می شود. بر اساس قانون بقای انرژی، همچنین می توان ادعا کرد که انرژی اتصال یک هسته برابر با انرژی است که در هنگام تشکیل یک هسته از قطعات جداگانه آزاد می شود.

انرژی اتصال هسته اتم بسیار بالاست. اما چگونه می توان آن را تعیین کرد؟

در حال حاضر، محاسبه انرژی اتصال از نظر تئوری امکان پذیر نیست، همانطور که می توان برای الکترون های یک اتم این کار را انجام داد. محاسبات مربوطه را فقط می توان با اعمال رابطه انیشتین بین جرم و انرژی انجام داد:

E = mс 2. (13.3)

دقیق‌ترین اندازه‌گیری‌های جرم هسته‌ای نشان می‌دهد که جرم باقی مانده هسته M21 همیشه کمتر از مجموع جرم‌های پروتون‌ها و نوترون‌های تشکیل‌دهنده آن است:

M I< Zm p + Nm n . (13.4)

همانطور که می گویند یک نقص توده ای وجود دارد: یک اختلاف توده

M = Zm p + Nm n - M i

مثبت به طور خاص، برای هلیوم، جرم هسته 0.75٪ کمتر از مجموع جرم دو پروتون و دو نوترون است. بر این اساس، برای هلیوم در مقدار ماده یک مول M = 0.03 گرم.

کاهش جرم در هنگام تشکیل یک هسته از نوکلئون ها به این معنی است که انرژی این سیستم از نوکلئون ها با مقدار انرژی اتصال Eb کاهش می یابد:

E St = Ms 2 = (Zm p + Nm n - M i) s 2. (13.5)

اما انرژی E St و جرم M کجا ناپدید می شوند؟

هنگامی که یک هسته از ذرات تشکیل می شود، ذرات دوم به دلیل عمل نیروهای هسته ای در فواصل کوتاه، با شتاب بسیار زیاد به سمت یکدیگر می شتابند. کوانتوم های گسیل شده در این مورد دارای انرژی Eb و جرم هستند.

انرژی ارتباطی- این انرژی است که در هنگام تشکیل یک هسته از ذرات منفرد آزاد می شود و بر این اساس این انرژی است که برای تقسیم هسته به ذرات تشکیل دهنده آن لازم است.

چقدر انرژی اتصال را می توان با این مثال قضاوت کرد: تشکیل 4 گرم هلیوم با آزاد شدن انرژی مشابه در هنگام احتراق 1.5-2 واگن زغال سنگ همراه است.

اطلاعات مهم در مورد خواص هسته ها در وابستگی انرژی اتصال ویژه به جرم عدد A موجود است.

انرژی اتصال خاصانرژی اتصال در هر نوکلئون هسته است. به صورت تجربی تعیین می شود. از شکل 13.11 به وضوح مشاهده می شود که بدون احتساب سبک ترین هسته ها، انرژی اتصال ویژه تقریباً ثابت و برابر با 8 مگا الکترون ولت بر نوکلئون است. توجه داشته باشید که انرژی اتصال بین الکترون و هسته در اتم هیدروژن، برابر با انرژی یونیزاسیون، تقریبا یک میلیون بار کمتر از این مقدار است. منحنی در شکل 13.11 دارای حداکثر تعریف ضعیفی است.

حداکثر انرژی اتصال ویژه (8.6 MeV/نوکلئون) در عناصری با اعداد جرمی 50 تا 60، یعنی آهن و عناصر نزدیک به آن در عدد اتمی یافت می‌شود. هسته های این عناصر پایدارترین هستند.

برای هسته های سنگین، انرژی اتصال ویژه به دلیل افزایش انرژی دافعه کولن پروتون ها با افزایش Z کاهش می یابد. نیروهای کولن تمایل دارند هسته را پاره کنند.

ذرات موجود در هسته به شدت به یکدیگر متصل هستند. انرژی اتصال ذرات توسط نقص جرمی تعیین می شود.

1-انرژی اتصال یک هسته چیست؟
2. چرا هسته مس از هسته اورانیوم پایدارتر است!

محتوای درس یادداشت های درسیفن آوری های تعاملی روش های شتاب ارائه درس فریم پشتیبانی می کند تمرین کارها و تمرین ها کارگاه های خودآزمایی، آموزش ها، موارد، کوئست ها سوالات بحث تکلیف سوالات بلاغی از دانش آموزان تصاویر صوتی، کلیپ های ویدئویی و چند رسانه ایعکس، عکس، گرافیک، جداول، نمودار، طنز، حکایت، جوک، کمیک، تمثیل، گفته ها، جدول کلمات متقاطع، نقل قول افزونه ها چکیده هاترفندهای مقاله برای گهواره های کنجکاو کتاب های درسی پایه و اضافی فرهنگ لغات اصطلاحات دیگر بهبود کتب درسی و دروستصحیح اشتباهات کتاب درسیبه روز رسانی یک قطعه در کتاب درسی، عناصر نوآوری در درس، جایگزینی دانش منسوخ شده با دانش جدید فقط برای معلمان درس های کاملبرنامه تقویم برای سال دروس تلفیقی

برای اینکه هسته‌های اتم پایدار باشند، پروتون‌ها و نوترون‌ها باید توسط نیروهای عظیمی، چندین برابر بیشتر از نیروهای دفع پروتون‌ها توسط کولن، درون هسته‌ها نگه داشته شوند. نیروهای نگهدارنده نوکلئون ها در هسته نامیده می شوند اتمی . آنها نمایانگر شدیدترین نوع تعامل شناخته شده در فیزیک هستند - به اصطلاح برهمکنش قوی. نیروهای هسته ای تقریباً 100 برابر بیشتر از نیروهای الکترواستاتیک و ده ها مرتبه بزرگتر از نیروهای برهمکنش گرانشی بین نوکلئون ها هستند. یکی از ویژگی های مهم نیروهای هسته ای، کوتاه برد بودن آنهاست. همانطور که آزمایش‌های رادرفورد در مورد پراکندگی ذرات α نشان داد، نیروهای هسته‌ای تنها در فواصل به ترتیب اندازه هسته (10-12-10-13 سانتی‌متر) به طرز محسوسی ظاهر می‌شوند. در فواصل زیاد، عمل نیروهای کولن نسبتاً کم کم خود را نشان می دهد.

بر اساس داده‌های تجربی، می‌توان نتیجه گرفت که پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته نسبت به برهمکنش قوی یکسان رفتار می‌کنند، یعنی نیروهای هسته‌ای به وجود یا عدم وجود بار الکتریکی روی ذرات بستگی ندارند.

مهمترین نقش در فیزیک هسته ای را مفهوم بازی می کند انرژی اتصال هسته ای .

انرژی اتصال یک هسته برابر با حداقل انرژی است که باید برای تقسیم کامل هسته به ذرات منفرد صرف شود. از قانون بقای انرژی چنین استنباط می شود که انرژی اتصال برابر با انرژی است که در هنگام تشکیل یک هسته از ذرات منفرد آزاد می شود.

انرژی اتصال هر هسته را می توان با اندازه گیری دقیق جرم آن تعیین کرد. در حال حاضر، فیزیکدانان یاد گرفته اند که جرم ذرات - الکترون، پروتون، نوترون، هسته و غیره - را با دقت بسیار بالا اندازه گیری کنند. این اندازه گیری ها نشان می دهد جرم هر هسته م منهمیشه کمتر از مجموع جرم پروتون ها و نوترون های سازنده آن است:

این انرژی در هنگام تشکیل یک هسته به شکل تابش کوانتای γ آزاد می شود.

به عنوان مثال، بیایید انرژی اتصال یک هسته هلیوم را محاسبه کنیم، به عنوان مثال، انرژی یونیزاسیون 13.6 ولت است.

در جداول مرسوم است که نشان داده شود انرژی اتصال خاص ، یعنی انرژی اتصال در هر نوکلئون. برای یک هسته هلیوم، انرژی اتصال ویژه تقریباً 7.1 MeV/نوکلئون است. در شکل 6.6.1 نموداری از انرژی اتصال ویژه در مقابل عدد جرمی را نشان می دهد آ. همانطور که از نمودار مشاهده می شود، انرژی اتصال ویژه نوکلئون ها برای هسته های مختلف اتم یکسان نیست. برای هسته های سبک، انرژی اتصال ویژه ابتدا به شدت از 1.1 MeV/نوکلئون برای دوتریوم به 7.1 MeV/نوکلئون برای هلیوم افزایش می یابد. سپس، پس از انجام یک سری پرش، انرژی ویژه به آرامی به حداکثر مقدار 8.7 MeV/نوکلئون برای عناصر با عدد جرمی افزایش می‌یابد. آ= 50-60، و سپس برای عناصر سنگین نسبتاً آرام کاهش می یابد. به عنوان مثال، برای اورانیوم 7.6 MeV/nucleon است.

کاهش انرژی اتصال ویژه پس از انتقال به عناصر سنگین با افزایش انرژی دافعه کولن پروتون ها توضیح داده می شود. در هسته های سنگین، پیوند بین نوکلئون ها ضعیف می شود و خود هسته ها کمتر قوی می شوند.

چه زمانی ریه های پایدارهسته ها، جایی که نقش برهمکنش کولن کم است، تعداد پروتون ها و نوترون ها زو نمعلوم می شود که یکسان است (،،،). تحت تأثیر نیروهای هسته ای، جفت پروتون-نوترون تشکیل می شود. اما برای هسته های سنگین حاوی تعداد زیادی پروتون، به دلیل افزایش انرژی دافعه کولن، نوترون های اضافی برای اطمینان از پایداری مورد نیاز است. در شکل شکل 6.6.2 نموداری است که تعداد پروتون ها و نوترون ها را در هسته های پایدار نشان می دهد. برای هسته های متعاقب بیسموت ( ز> 83)، به دلیل تعداد زیاد پروتون ها، پایداری کامل به طور کلی غیرممکن است.

از شکل 6.6.1 واضح است که پایدارترین آنها از نظر انرژی هسته های عناصر در قسمت میانی سیستم تناوبی هستند. این بدان معناست که دو احتمال برای بدست آوردن بازده انرژی مثبت از تحولات هسته ای وجود دارد:

1. تقسیم هسته های سنگین به هسته های سبکتر.

2. همجوشی هسته های سبک به هسته های سنگین تر.

هر دوی این فرآیندها مقادیر زیادی انرژی آزاد می کنند. در حال حاضر، هر دو فرآیند به طور عملی انجام شده است: واکنش های شکافت و واکنش های گرما هسته ای.

بیایید یک تخمین انجام دهیم. برای مثال، اجازه دهید یک هسته اورانیوم به دو هسته یکسان با اعداد جرمی 119 تقسیم شود. برای این هسته ها، همانطور که از شکل مشاهده می شود. 6.6.1، انرژی اتصال ویژه حدود 8.5 مگا الکترون ولت / نوکلئون است. انرژی اتصال ویژه هسته اورانیوم 7.6 مگا ولت بر نوکلئون است. در نتیجه، شکافت هسته اورانیوم انرژی برابر با 0.9 مگا الکترون ولت / نوکلئون یا بیش از 200 مگا ولت در هر اتم اورانیوم آزاد می کند.

حال بیایید روند دیگری را در نظر بگیریم. اجازه دهید، تحت شرایط خاص، دو هسته دوتریوم در یک هسته هلیوم ادغام شوند. انرژی اتصال ویژه هسته های دوتریوم 1.1 MeV/نوکلئون و انرژی اتصال ویژه هسته های هلیوم 7.1 MeV/نوکلئون است. در نتیجه، سنتز یک هسته هلیوم از دو هسته دوتریوم، انرژی برابر با 6 مگا الکترون ولت / نوکلئون یا 24 مگا ولت در هر اتم هلیوم آزاد می کند.

لازم به ذکر است که سنتز هسته های سبک، در مقایسه با شکافت هسته های سنگین، با آزادسازی انرژی تقریباً 6 برابر بیشتر در هر نوکلئون همراه است.

انرژی اتصال هسته ای
انرژی اتصال

انرژی اتصال هسته ای - حداقل انرژی لازم برای تقسیم یک هسته به نوکلئون های تشکیل دهنده آن (پروتون ها و نوترون ها). هسته سیستمی از نوکلئون های متصل است که از پروتون های Z (جرم پروتون در حالت آزاد m p) و نوترون های N (جرم نوترون در حالت آزاد m n) تشکیل شده است. برای تقسیم یک هسته به نوکلئون های تشکیل دهنده آن، حداقل انرژی W که به آن انرژی اتصال می گویند، باید صرف شود. در این حالت، یک هسته در حال سکون با جرم M به مجموعه‌ای از پروتون‌ها و نوترون‌های در حال استراحت آزاد با جرم کل Zm p + Nm n تبدیل می‌شود. انرژی یک هسته در حالت سکون مک 2 است. انرژی نوکلئون های آزاد شده در حالت سکون (Zm p + Nm n)с 2. مطابق با قانون بقای انرژی Mc 2 + W = (Zm p + Nm n)c 2. یا W = (Zm p + Nm n)c 2 - Ms 2. از آنجایی که W > 0، پس M< (Zm p + Nm n), т.е. масса, начального ядра, в котором нуклоны связаны, меньше суммы масс свободных нуклонов, входящих в его состав.
W با افزایش تعداد نوکلئون های A در هسته افزایش می یابد (A = Z + N). مقابله با انرژی اتصال ویژه ε = W/A راحت است، یعنی. میانگین انرژی اتصال در هر نوکلئون برای اکثر هسته ها ε ≈ 8 MeV (1 MeV = 1.6·10 -13 J). برای شکستن یک پیوند شیمیایی، 106 برابر کمتر به انرژی نیاز است.

هسته اتمی. انرژی ارتباط. قدرت هسته ای.

ساختار و مهمترین خواص هسته اتم.

هسته بخش مرکزی اتم است که تقریباً کل جرم اتم و بار الکتریکی مثبت آن در آن متمرکز است. همه هسته های اتم از ذرات بنیادی تشکیل شده اند: پروتون ها و نوترون ها که دو حالت بار از یک ذره - نوکلئون - در نظر گرفته می شوند.

یک پروتون دارای بار الکتریکی مثبت است که در مقدار مطلق برابر با بار یک الکترون است. یک نوترون بار الکتریکی ندارد. بار هسته مقدار Ze است که e مقدار بار پروتون است، Z شماره سریال عنصر شیمیایی در سیستم تناوبی مندلیف است که برابر با تعداد پروتون های هسته است و عدد بار نامیده می شود. .

تعداد نوکلئون های یک هسته A=N+Z نامیده می شود عدد جرمی. ن -تعداد نوترون ها در هسته به نوکلئون ها (پروتون و نوترون) عدد جرمی برابر با یک نسبت داده می شود.

هسته هایی با Z یکسان اما A متفاوت، ایزوتوپ نامیده می شوند. هسته هایی که برای A یکسان، Z متفاوت دارند، ایزوبار نامیده می شوند. هسته یک عنصر شیمیایی X با علامت نشان داده می شود که در آن X نماد عنصر شیمیایی است.

در مجموع حدود 300 ایزوتوپ پایدار از عناصر شیمیایی و بیش از 2000 ایزوتوپ رادیواکتیو طبیعی و مصنوعی تولید شده است.

اندازه هسته با شعاع هسته مشخص می شود که به دلیل محو شدن مرز هسته معنای متعارفی دارد. یک فرمول تجربی برای شعاع هسته وجود دارد که تناسب حجم هسته را با تعداد نوکلئون های موجود در آن نشان می دهد. چگالی ماده هسته ای از مرتبه قدر 1017 کیلوگرم بر متر مکعب است و برای همه هسته ها ثابت است. به طور قابل توجهی از چگالی متراکم ترین مواد معمولی فراتر می رود.

انرژی اتصال هسته ای نقص انبوه

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، همه هسته ها حداقل دو نوکلئون دارند که بین آنها پیوند هسته ای خاصی وجود دارد. تعامل قوی- جاذبه - تضمین پایداری هسته ها، با وجود دفع پروتون های دارای بار مشابه.

برای اینکه هسته‌های اتم پایدار باشند، پروتون‌ها و نوترون‌ها باید توسط نیروهای عظیمی، چندین برابر بیشتر از نیروهای دفع پروتون‌ها توسط کولن، درون هسته‌ها نگه داشته شوند. آنها نمایانگر شدیدترین نوع تعامل شناخته شده در فیزیک هستند - به اصطلاح تعامل قوی. نیروهای هسته ای تقریباً 100 برابر بیشتر از نیروهای الکترواستاتیک و ده ها مرتبه بزرگتر از نیروهای برهمکنش گرانشی بین نوکلئون ها هستند. یکی از ویژگی های مهم نیروهای هسته ای، کوتاه برد بودن آنهاست. نیروهای هسته ای کوتاه برد هستند، یعنی. همانطور که آزمایش‌های رادرفورد در مورد پراکندگی ذرات α نشان داد، تنها در فواصل به ترتیب اندازه هسته (10-12 ÷10-13 سانتی‌متر) به طور قابل توجهی خود را نشان می‌دهند. در فواصل زیاد، عمل نیروهای کولن نسبتاً کم کم خود را نشان می دهد.

بر اساس داده‌های تجربی، می‌توان نتیجه گرفت که پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته نسبت به برهمکنش قوی یکسان رفتار می‌کنند، یعنی نیروهای هسته‌ای به وجود یا عدم وجود بار الکتریکی روی ذرات بستگی ندارند.

مهمترین نقش در فیزیک هسته ای را مفهوم بازی می کند انرژی اتصال هسته ای. انرژی اتصال یک هسته برابر با حداقل انرژی است که باید برای تقسیم کامل هسته به ذرات منفرد صرف شود.از قانون بقای انرژی چنین استنباط می شود که انرژی اتصال برابر با انرژی است که در هنگام تشکیل یک هسته از ذرات منفرد آزاد می شود.

انرژی اتصال هر هسته را می توان با اندازه گیری دقیق جرم آن تعیین کرد. در حال حاضر، فیزیکدانان یاد گرفته اند که جرم ذرات - الکترون، پروتون، نوترون، هسته و غیره - را با دقت بسیار بالا اندازه گیری کنند. این اندازه گیری ها نشان می دهد جرم هر هسته M I همیشه کمتر از مجموع جرم پروتون ها و نوترون های آن است.:

ممن< Zm p+ نیوتن متر n

(3.18.1)
اینجا تی- جرم پروتون، - جرم نوترون. اختلاف توده

این انرژی در هنگام تشکیل یک هسته به شکل تابش کوانتای γ آزاد می شود.

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.

شکل 3.18.1 وابستگی انرژی اتصال ویژه به عدد جرمی را نشان می دهد. تعداد نوکلئون ها در هسته همانطور که از شکل 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. هسته هایی 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، و میانگین انرژی اتصال یک نوکلئون نبود. برای هسته های مختلف ثابت است، اما با ارتفاع افزایش می یابد

از این واقعیت که انرژی اتصال متوسط ​​برای هسته‌هایی با اعداد جرمی بیشتر یا کمتر از 50-60 کاهش می‌یابد، نتیجه می‌شود که برای هسته‌های کوچک، فرآیند همجوشی از نظر انرژی مطلوب است - همجوشی حرارتی، که منجر به افزایش تعداد جرم می‌شود، و برای هسته با هسته های بزرگ - فرآیند شکافت. در حال حاضر هر دوی این فرآیندها که منجر به آزاد شدن انرژی می شود انجام شده است. اولین مورد بدون کنترل در یک بمب هیدروژنی می رود. دومی در بمب اتمی غیر قابل کنترل است و در راکتورهای هسته ای قابل کنترل است که به طور گسترده برای تولید انرژی استفاده می شود.

انرژی اتصال یک هسته چندین مرتبه بیشتر از انرژی پیوند الکترون ها با یک اتم است. بنابراین انرژی آزاد شده در طی واکنش های هسته ای بسیار بیشتر از انرژی به دست آمده از وسایل دیگر است. بیایید مثال بزنیم. اگر دو هسته دوتریوم (ایزوتوپ هیدروژن) با هم ترکیب شوند و یک هسته هلیوم تشکیل دهند، 24 مگا ولت انرژی آزاد می شود. شکافت یک هسته با جرم شماره 240 (انرژی اتصال ویژه 7.5 مگا ولت) به دو هسته با جرم شماره 120 (انرژی اتصال ویژه 8.5 مگا ولت) انرژی 240 مگا ولت آزاد می کند. برای مقایسه: ترکیب یک اتم کربن با دو اتم اکسیژن (احتراق زغال سنگ) با آزاد شدن انرژی 5 eV همراه است.