Nukleonit ytimissä ovat tilassa, joka eroaa merkittävästi niiden vapaista tiloista. Lukuun ottamatta tavallista vetyydintä, kaikissa ytimissä on vähintään kaksi nukleonia, joiden välillä on erityinen voimakas ydinvoima – vetovoima, joka varmistaa ytimien stabiilisuuden samalla tavalla varautuneiden protonien hylkimisestä huolimatta.
· Nukleonin sitoutumisenergia ytimessä kutsutaan fysikaaliseksi suureksi, joka on yhtä suuri kuin työ, joka on tehtävä nukleonin poistamiseksi ytimestä välittämättä siihen kineettistä energiaa.
· Ydintä sitova energia määräytyy työn määrän mukaan,tullakseen tehdyksi,jakaa ytimen sen muodostaviksi nukleoneiksi välittämättä niille kineettistä energiaa.
Energian säilymisen laista seuraa, että ytimen muodostumisen aikana täytyy vapautua sellaista energiaa, joka on kuluttava, kun ydin hajoaa sen muodostaviksi nukleoneiksi. Ytimen sitoutumisenergia on ero kaikkien ytimen muodostavien vapaiden nukleonien energian ja niiden energian välillä ytimessä.
Kun ydin muodostuu, sen massa pienenee: ytimen massa on pienempi kuin sen muodostavien nukleonien massojen summa. Ytimen massan väheneminen sen muodostumisen aikana selittyy sitoutumisenergian vapautumisella. Jos W sv on ytimen muodostumisen aikana vapautunut energiamäärä, sitten vastaava massa
| (9.2.1) |
nimeltään massavika ja se kuvaa kokonaismassan vähenemistä ytimen muodostumisen aikana sen muodostavista nukleoneista.
Jos ytimellä on massa M myrkky muodostuu Z protoneja, joilla on massa m p ja mistä ( A – Z) neutroneja, joilla on massa m n, sitten:
| . | (9.2.2) |
Ytimen massan sijaan M myrkkyarvo ∆ m voidaan ilmaista atomimassalla M osoitteessa:
| , | (9.2.3) |
missä mH on vetyatomin massa. Käytännön laskennassa ∆ m kaikkien hiukkasten ja atomien massat ilmaistaan atomimassayksiköt (a.u.m.). Yksi atomimassayksikkö vastaa atomienergiayksikköä (a.e.e.): 1 a.u.e. = 931,5016 MeV.
Massavika toimii ydinvoiman sitoutumisenergian mittana:
| . | (9.2.4) |
Ytimen spesifinen sitoutumisenergia ω St kutsutaan sitovaksi energiaksi,nukleonia kohti:
| . | (9.2.5) |
ω St:n arvo on keskimäärin 8 MeV/nukleoni. Kuvassa 9.2 esittää ominaissidosenergian riippuvuuden massaluvusta A, joka luonnehtii nukleonien erilaisia sidosvahvuuksia eri kemiallisten alkuaineiden ytimissä. Alkuaineiden ytimet jaksollisen järjestelmän () keskiosassa, ts. alkaen - , kestävin.
Näissä ytimissä ω on lähellä 8,7 MeV/nukleoni. Kun nukleonien lukumäärä ytimessä kasvaa, spesifinen sitoutumisenergia pienenee. Jaksollisen järjestelmän lopussa sijaitsevien kemiallisten alkuaineiden atomien ytimien (esimerkiksi uraanin ytimen) ω St ≈ 7,6 MeV / nukleoni. Tämä selittää energian vapautumisen mahdollisuuden raskaiden ytimien fission aikana. Pienten massalukujen alueella on ominaissidosenergian teräviä "huippuja". Maksimit ovat tyypillisiä ytimille, joissa on parillinen määrä protoneja ja neutroneja ( , , ), minimit ytimille, joissa on pariton määrä protoneja ja neutroneja ( , , ).
Jos ytimellä on pienin mahdollinen energia, se sijaitsee sisään perusenergiatila . Jos ytimessä on energiaa, se sijaitsee sisään innostunut energiatila . Tapaus vastaa ytimen jakautumista sen muodostaviksi nukleoneiksi. Toisin kuin atomin energiatasot, jotka erotetaan elektronivolttiyksiköillä, ytimen energiatasot erotetaan toisistaan megaelektronivoltilla (MeV). Tämä selittää gammasäteilyn alkuperän ja ominaisuudet.
Tieto ytimien sitoutumisenergiasta ja ytimen pisaramallin käyttö mahdollisti joidenkin säännönmukaisuuksien toteamisen atomiytimien rakenteessa.
Atomiytimien stabiilisuuden kriteeri on protonien ja neutronien lukumäärän välinen suhde vakaassa ytimessä isobars-tiedoille (). Vähimmäisydinenergian ehto johtaa seuraavaan väliseen suhteeseen Z suu ja MUTTA:
 .
|
(9.2.6) |
Ota kokonaisluku Z suu, joka on lähinnä tällä kaavalla saatua suua.
Pienille ja keskisuurille arvoille MUTTA neutronien ja protonien määrä stabiileissa ytimissä on suunnilleen sama: Z ≈ MUTTA – Z.
Kasvun kanssa Z Protonien Coulombin hylkimisvoimat kasvavat suhteessa Z·( Z – 1) ~ Z 2 (protonien parivuorovaikutus), ja kompensoidakseen tätä hylkimistä ydinvoimalla, neutronien määrän on kasvattava nopeammin kuin protonien lukumäärä.
Katso demot napsauttamalla asianmukaista hyperlinkkiä:
