Содержание

Главная >> Физика. 11 класс. Пурышева

Глава 8. Атомное ядро

§ 47. Энергия связи ядер

Ядерные силы

1. В состав ядра входят протоны и нейтроны, между которыми действуют некоторые особые силы, отличающиеся как от электромагнитных сил, так и от гравитационных. Простые факты свидетельствуют о прочности атомных ядер: окружающие тела не распадаются на частицы и существуют длительное время. Однако известно, что заряженные тела взаимодействуют друг с другом. Благодаря электрическим силам одноимённо заряженные протоны должны взаимно отталкиваться. Действуют между нуклонами, как и между всеми материальными телами, и гравитационные силы притяжения. Но силы гравитационного взаимодействия между двумя нуклонами ничтожно малы, поскольку очень малы массы частиц. Расчёты показывают, что гравитационные силы взаимодействия между протонами в 10³⁶ раз меньше электрических. Не могут оказать существенного влияния на частицы ядра и магнитные силы, так как они ещё меньше электрических.

Отсюда следует, что внутри ядер между нуклонами действуют особые силы, которые называют ядерными силами. Эти силы действуют между любыми нуклонами — между протонами, между нейтронами, между протонами и нейтронами.

Характерной особенностью ядерных сил является их короткодействие: на расстояниях 10^-15 м они примерно в 100 раз больше сил электростатического взаимодействия, но уже на расстояниях 10^-14 м они оказываются ничтожно малыми.

Энергия связи

2. Чтобы вырвать нуклон из ядра, требуется очень большая энергия. Эта энергия необходима для совершения определённой работы против ядерных сил, удерживающих протоны и нейтроны в ядре.

Энергию, необходимую для полного разделения ядра на отдельные нуклоны, называют энергией связи ядра.

Верным, на основании закона сохранения энергии, является и обратное утверждение: энергия связи ядра равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц.

Для ядра каждого химического элемента характерна собственная энергия связи, зависящая от числа входящих в его состав протонов и нейтронов. Разделив полную энергию связи ядра на число нуклонов в нём, можно получить удельную энергию связи. Эта физическая величина характеризует устойчивость атомных ядер и определяется экспериментально.

На рисунке 151 представлена зависимость удельной энергии связи нуклона в ядре Е_уд от массового числа А.

Для лёгких ядер удельная энергия связи сравнительно мала из-за малого числа нуклонов. Так, удельная энергия связи для ядра дейтерия равна приблизительно 1 МэВ/нуклон. Наибольшей удельной энергией связи обладают стабильные ядра, расположенные в средней части таблицы Д. И. Менделеева, — от Максимальной энергией связи 8,795 МэВ обладает никель Это самый стабильный из всех известных в природе элементов. Далее с ростом массового числа А энергия связи несколько убывает. Это объясняется тем, что число протонов в тяжёлых ядрах велико. Увеличивающиеся электрические силы отталкивания приводят к уменьшению энергии связи тяжёлого ядра.

Как видно из графика (см. рис. 151), наименее устойчивыми являются лёгкие ядра и ядра тяжёлых элементов. Именно эта особенность строения ядер и характерных для них ядерных сил была положена в основу практического использования ядерной энергии в процессе деления тяжёлых ядер и синтеза лёгких.

Окончание >>>