Nukleonen in Kernen befinden sich in Zuständen, die sich deutlich von ihren freien Zuständen unterscheiden. Mit Ausnahme des gewöhnlichen Wasserstoffkerns in allen Kernen es gibt mindestens zwei Nukleonen, zwischen denen es eine spezielle gibt nukleare starke Kraft – Anziehung, die trotz der Abstoßung gleich geladener Protonen für die Stabilität von Kernen sorgt.

· Die Bindungsenergie des Nukleons im Kern wird eine physikalische Größe genannt, die der Arbeit entspricht, die verrichtet werden muss, um das Nukleon aus dem Kern zu entfernen, ohne ihm kinetische Energie zu verleihen.

· Kernbindungsenergie bestimmt durch die Menge dieser Arbeit,getan werden,den Kern in seine Bestandteile Nukleonen aufzuspalten, ohne ihnen kinetische Energie zu verleihen.

Aus dem Energieerhaltungssatz folgt, dass bei der Bildung eines Kerns jene Energie freigesetzt werden muss, die bei der Spaltung des Kerns in seine Nukleonenbestandteile aufgewendet werden muss. Die Kernbindungsenergie ist die Differenz zwischen der Energie aller freien Nukleonen, aus denen der Kern besteht, und ihrer Energie im Kern.

Wenn ein Kern gebildet wird, nimmt seine Masse ab: Die Masse des Kerns ist kleiner als die Summe der Massen seiner konstituierenden Nukleonen. Die Abnahme der Masse des Kerns während seiner Bildung wird durch die Freisetzung von Bindungsenergie erklärt. Wenn ein W sv ist die bei der Kernbildung freigesetzte Energiemenge, dann die entsprechende Masse

namens Massendefekt und charakterisiert die Abnahme der Gesamtmasse während der Bildung eines Kerns aus seinen konstituierenden Nukleonen.

Wenn der Kern eine Masse hat M Gift aus gebildet Z Protonen mit Masse m p und von ( EIN – Z) Neutronen mit Masse m n, dann:

Anstelle der Masse des Kerns M Giftwert ∆ m kann in Atommasse ausgedrückt werden M beim:

wo mH ist die Masse des Wasserstoffatoms. In der praktischen Berechnung ist ∆ m die Massen aller Teilchen und Atome werden in ausgedrückt atomare Masseneinheiten (ähm). Eine atomare Masseneinheit entspricht einer atomaren Energieeinheit (a.e.e.): 1 a.u.e. = 931,5016 MeV.

Als Maß für die Kernbindungsenergie dient der Massendefekt:

Die spezifische Bindungsenergie des Kerns ωSt heißt Bindungsenergie,pro Nukleon:

Der Wert von ω St beträgt im Mittel 8 MeV/Nukleon. Auf Abb. 9.2 zeigt die Abhängigkeit der spezifischen Bindungsenergie von der Massenzahl EIN, die die unterschiedliche Bindungsstärke von Nukleonen in den Kernen verschiedener chemischer Elemente charakterisiert. Die Kerne der Elemente im mittleren Teil des Periodensystems (), d.h. von bis , die haltbarste.

In diesen Kernen liegt ω nahe bei 8,7 MeV/Nukleon. Mit zunehmender Zahl der Nukleonen im Kern nimmt die spezifische Bindungsenergie ab. Die Kerne von Atomen chemischer Elemente, die sich am Ende des Periodensystems befinden (z. B. der Urankern), haben ω St ≈ 7,6 MeV / Nukleon. Dies erklärt die Möglichkeit der Energiefreisetzung bei der Spaltung schwerer Kerne. Im Bereich kleiner Massenzahlen gibt es scharfe "Peaks" der spezifischen Bindungsenergie. Die Maxima sind charakteristisch für Kerne mit gerader Protonen- und Neutronenzahl ( , , ), die Minima sind charakteristisch für Kerne mit ungerader Protonen- und Neutronenzahl ( , , ).

Wenn der Kern die niedrigstmögliche Energie hat, dann ist er lokalisiert in energetischer Grundzustand . Wenn der Kern Energie hat, dann ist er lokalisiert in angeregter Energiezustand . Der Fall entspricht der Aufspaltung des Kerns in seine konstituierenden Nukleonen. Im Gegensatz zu den Energieniveaus eines Atoms, die durch Einheiten von Elektronenvolt getrennt sind, sind die Energieniveaus des Kerns durch ein Megaelektronenvolt (MeV) voneinander getrennt. Dies erklärt den Ursprung und die Eigenschaften der Gammastrahlung.

Daten zur Bindungsenergie von Kernen und die Verwendung eines Tropfenmodells des Kerns ermöglichten es, einige Regelmäßigkeiten in der Struktur von Atomkernen festzustellen.

Das Kriterium für die Stabilität von Atomkernen ist das Verhältnis zwischen der Anzahl von Protonen und Neutronen in einem stabilen Kern für Isobarendaten (). Die Bedingung für minimale Kernenergie führt zu folgendem Zusammenhang zwischen Z Mund u SONDERN:

.

(9.2.6)

Nehmen Sie eine ganze Zahl Z Mund, der dem durch diese Formel erhaltenen am nächsten kommt.

Für kleine und mittlere Werte SONDERN Die Anzahl der Neutronen und Protonen in stabilen Kernen ist ungefähr gleich: Z ≈ SONDERN – Z.

Mit Wachstum Z die Coulomb-Abstoßungskräfte von Protonen wachsen proportional Z·( Z – 1) ~ Z 2 (Paarwechselwirkung von Protonen), und um diese Abstoßung durch Kernanziehung zu kompensieren, muss die Zahl der Neutronen schneller zunehmen als die Zahl der Protonen.

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