Содержание

Главная >> Физика. 11 класс. Пурышева

Глава 8. Атомное ядро

Энергия связи ядер

При расщеплении тяжёлых ядер, например урана, образуются ядра более лёгких элементов, у которых энергия связи больше, — это элементы из центральной части таблицы Д. И. Менделеева. Выделяющаяся в этом процессе энергия равна разности энергий связи вновь образовавшихся элементов и распавшегося ядра.

При синтезе двух лёгких ядер может образоваться новое, более тяжёлое ядро, энергия связи которого существенно больше. При таком ядерном процессе также выделяется значительная энергия.

Расчёт энергии связи

3. Рассчитаем энергию связи, выделяющуюся, например, при образовании ядра гелия — из составляющих его протонов и нейтронов (два протона и два нейтрона).

При удалении одного нуклона из ядра какого-либо элемента внешними силами совершается работа. В результате энергия системы «оставшееся ядро — вылетевший нуклон» увеличится на величину ΔЕ, равную совершённой внешними силами работе. В соответствии с законом взаимосвязи массы и энергии увеличивается и масса этой системы:

Из этого следует, что масса ядра всегда меньше суммы масс составляющих его частиц, взятых отдельно.

Учитывая, что масса ядра гелия равна m_я = 6,64656 • 10^-27 кг, масса протона m_р = 1,67265 • 10^-27 кг и масса нейтрона m_n = 1,67495 • 10^-27 кг, можно подсчитать, на сколько масса ядра гелия меньше суммы масс составляющих его частиц:

Δm = (2 • 1,67265 + 2 • 1,67495 - 6,64656) • 10^-27 кг = 4,864 • 10^-29 кг.

Эту величину, равную разности суммы масс нуклонов и массы состоящего из них ядра, называют дефектом массы.

Следовательно, при образовании ядра гелия должна выделиться энергия

ΔЕ = Δmc² = 4,864 • 10^-29 кг • (3 • 10⁸)² м²/с² ≈ 4,4 • 10^-12 Дж = 27,5 МэВ.

Точно такую же энергию необходимо сообщить ядру гелия для того, чтобы оно распалось на составляющие его протоны и нейтроны.

Таким образом, энергия связи рассчитывается по формуле

ΔЕ = (Zmp + Nmn — mя)с2.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите силы, действующие между нуклонами в ядре.

2. Чем отличаются ядерные силы от всех других известных сил?

3. Какую энергию называют энергией связи; удельной энергией связи?

4. Почему энергия связи лёгких ядер сравнительно мала?

5. При каких ядерных процессах выделяется энергия? Почему?

6. Дайте определение дефекта массы.

7. Как можно рассчитать энергию связи ядра?

Упражнение 36

1. Рассчитайте энергию связи ядра дейтерия если масса ядра дейтерия 3,34456 • 10^-27 кг.

2. Чему равна удельная энергия связи ядра атома азота

Ответы

1. 1,71 МэВ.

2. 7,4 МэВ.

<<< К началу