Nucleonii din nuclei se află în stări care diferă semnificativ de stările lor libere. Cu excepția nucleului obișnuit de hidrogen, în toate nucleele există cel puţin doi nucleoni între care există o specială forță nucleară puternică – atracție, care asigură stabilitatea nucleelor ​​în ciuda respingerii protonilor cu încărcare similară.

· Energia de legare a nucleonuluiîn nucleu se numește o mărime fizică egală cu munca care trebuie făcută pentru a îndepărta nucleonul din nucleu fără a-i conferi energie cinetică.

· Energia de legare a miezului determinată de volumul lucrării respective,să fie făcut,pentru a împărți nucleul în nucleonii săi constitutivi fără a le conferi energie cinetică.

Din legea conservării energiei rezultă că în timpul formării unui nucleu trebuie eliberată o astfel de energie care trebuie consumată atunci când nucleul se desparte în nucleonii săi constitutivi. Energia de legare nucleară este diferența dintre energia tuturor nucleonilor liberi care formează nucleul și energia lor din nucleu.

Când se formează un nucleu, masa acestuia scade: masa nucleului este mai mică decât suma maselor nucleonilor săi constitutivi. Scăderea masei nucleului în timpul formării acestuia se explică prin eliberarea energiei de legare. În cazul în care un W sv este cantitatea de energie eliberată în timpul formării nucleului, apoi masa corespunzătoare

numit defect de masă si caracterizeaza scaderea masei totale in timpul formarii unui nucleu din nucleonii sai constituenti.

Dacă nucleul are o masă M otrava formata din Z protoni cu masă m p si de la ( A – Z) neutroni cu masa m n, apoi:

În loc de masa nucleului M valoarea otravirii ∆ m poate fi exprimat în termeni de masă atomică M la:

Unde mH este masa atomului de hidrogen. În calculul practic, ∆ m masele tuturor particulelor și atomilor sunt exprimate în termeni de unități de masă atomică (a.u.m.). O unitate de masă atomică corespunde unei unități de energie atomică (a.e.e.): 1 a.u.e. = 931,5016 MeV.

Defectul de masă servește ca măsură a energiei de legare nucleară:

Energia specifică de legare a nucleului ω Sf se numește energie de legare,pe nucleon:

Valoarea lui ω St este de 8 MeV/nucleon în medie. Pe fig. 9.2 arată dependența energiei specifice de legare de numărul de masă A, care caracterizează diferitele forțe de legătură ale nucleonilor din nucleele diferitelor elemente chimice. Nucleele elementelor din partea mijlocie a sistemului periodic (), i.e. de la până la , cel mai durabil.

În aceste nuclee, ω este aproape de 8,7 MeV/nucleon. Pe măsură ce numărul de nucleoni din nucleu crește, energia de legare specifică scade. Nucleele atomilor elementelor chimice situate la capatul sistemului periodic (de exemplu, nucleul uraniului) au ω St ≈ 7,6 MeV / nucleon. Aceasta explică posibilitatea eliberării de energie în timpul fisiunii nucleelor ​​grele. În regiunea numerelor de masă mici, există „vârfuri” ascuțite ale energiei specifice de legare. Maximele sunt caracteristice nucleelor ​​cu număr par de protoni și neutroni ( , , ), minimele sunt caracteristice nucleelor ​​cu număr impar de protoni și neutroni ( , , ).

Dacă nucleul are cea mai mică energie posibilă, atunci este localizat în starea energetică de bază . Dacă nucleul are energie, atunci este localizat în stare de energie excitată . Cazul corespunde divizării nucleului în nucleonii săi constitutivi. Spre deosebire de nivelurile de energie ale unui atom, care sunt separate de unități de electronvolți, nivelurile de energie ale nucleului sunt separate unul de celălalt printr-un megaelectronvolt (MeV). Aceasta explică originea și proprietățile radiațiilor gamma.

Datele privind energia de legare a nucleelor ​​și utilizarea unui model de picătură a nucleului au făcut posibilă stabilirea unor regularități în structura nucleelor ​​atomice.

Criteriul de stabilitate a nucleelor ​​atomice este raportul dintre numărul de protoni și neutroni într-un nucleu stabil pentru date izobare (). Condiția pentru energie nucleară minimă conduce la următoarea relație între Z gura si DAR:

.

(9.2.6)

Luați un număr întreg Z gura cea mai apropiată de cea obţinută prin această formulă.

Pentru valori mici si medii DAR numărul de neutroni și protoni din nucleele stabile este aproximativ același: Z ≈ DAR – Z.

Odată cu creșterea Z forțele de respingere coulombiane ale protonilor cresc proporțional Z·( Z – 1) ~ Z 2 (interacțiunea perechilor de protoni), iar pentru a compensa această repulsie prin atracție nucleară, numărul de neutroni trebuie să crească mai repede decât numărul de protoni.

Pentru a vizualiza demonstrații, faceți clic pe hyperlinkul corespunzător: