Nukleóny v jadrách sú v stavoch, ktoré sa výrazne líšia od ich voľných stavov. S výnimkou obyčajného vodíkového jadra, vo všetkých jadrách sú tam aspoň dva nukleóny, medzi ktorými je špeciál jadrová silná sila – príťažlivosť, ktorá zaisťuje stabilitu jadier napriek odpudzovaniu rovnako nabitých protónov.

· Väzbová energia nukleónu v jadre sa nazýva fyzikálna veličina rovnajúca sa práci, ktorú je potrebné vykonať na odstránenie nukleónu z jadra bez toho, aby sa mu odovzdala kinetická energia.

· Energia viazania jadra určuje množstvo tejto práce,treba urobiť,rozdeliť jadro na jeho základné nukleóny bez toho, aby sa im odovzdala kinetická energia.

Zo zákona zachovania energie vyplýva, že pri tvorbe jadra sa musí uvoľniť taká energia, ktorá sa musí minúť, keď sa jadro rozdelí na nukleóny, z ktorých sa skladá. Jadrová väzbová energia je rozdiel medzi energiou všetkých voľných nukleónov, ktoré tvoria jadro, a ich energiou v jadre.

Keď sa vytvorí jadro, jeho hmotnosť sa zníži: hmotnosť jadra je menšia ako súčet hmotností nukleónov, ktoré ho tvoria. Pokles hmotnosti jadra pri jeho vzniku sa vysvetľuje uvoľnením väzbovej energie. Ak W sv je množstvo energie uvoľnenej pri tvorbe jadra, potom zodpovedajúca hmotnosť

volal hromadný defekt a charakterizuje pokles celkovej hmotnosti počas tvorby jadra z jeho základných nukleónov.

Ak má jadro hmotnosť M jed vytvorený z Z protóny s hmotnosťou m p a od ( A – Z) neutróny s hmotnosťou m n, potom:

Namiesto hmotnosti jadra M hodnota jedu ∆ m možno vyjadriť pomocou atómovej hmotnosti M na:

kde mH je hmotnosť atómu vodíka. V praktickom výpočte je ∆ m hmotnosti všetkých častíc a atómov sú vyjadrené v atómové hmotnostné jednotky (a.u.m.). Jedna atómová hmotnostná jednotka zodpovedá jednotke atómovej energie (napr.): 1 a.u.e. = 931,5016 MeV.

Hmotnostný defekt slúži ako miera jadrovej väzbovej energie:

Špecifická väzbová energia jadra ω sv sa nazýva väzbová energia,na nukleón:

Hodnota ω St je v priemere 8 MeV/nukleón. Na obr. 9.2 je znázornená závislosť špecifickej väzbovej energie od hmotnostného čísla A, ktorý charakterizuje rôznu silu väzby nukleónov v jadrách rôznych chemických prvkov. Jadrá prvkov v strednej časti periodickej sústavy (), t.j. od do , najtrvanlivejšie.

V týchto jadrách je ω blízko 8,7 MeV/nukleón. So zvyšujúcim sa počtom nukleónov v jadre klesá špecifická väzbová energia. Jadrá atómov chemických prvkov nachádzajúcich sa na konci periodického systému (napríklad jadro uránu) majú ω St ≈ 7,6 MeV / nukleón. To vysvetľuje možnosť uvoľnenia energie počas štiepenia ťažkých jadier. V oblasti malých hmotnostných čísel sú ostré "vrcholy" špecifickej väzbovej energie. Maximá sú charakteristické pre jadrá s párnym počtom protónov a neutrónov ( , , ), minimá sú charakteristické pre jadrá s nepárnym počtom protónov a neutrónov ( , , ).

Ak má jadro najnižšiu možnú energiu, tak sa nachádza v základný energetický stav . Ak má jadro energiu, potom sa nachádza v vzrušený energetický stav . Prípad zodpovedá rozdeleniu jadra na jeho základné nukleóny. Na rozdiel od energetických hladín atómu, ktoré sú oddelené jednotkami elektrónvoltov, energetické hladiny jadra sú od seba oddelené megaelektrónvoltom (MeV). To vysvetľuje pôvod a vlastnosti gama žiarenia.

Údaje o väzbovej energii jadier a použitie kvapkového modelu jadra umožnili stanoviť niektoré zákonitosti v štruktúre atómových jadier.

Kritérium stability atómových jadier je pomer medzi počtom protónov a neutrónov v stabilnom jadre pre izobarové údaje (). Podmienka minimálnej jadrovej energie vedie k nasledujúcemu vzťahu medzi Zústa a ALE:

.

(9.2.6)

Vezmite celé číslo Zústa najbližšie k ústam získaným týmto vzorcom.

Pre malé a stredné hodnoty ALE počet neutrónov a protónov v stabilných jadrách je približne rovnaký: Z ≈ ALE – Z.

S rastom Z coulombovské odpudivé sily protónov rastú proporcionálne Z·( Z – 1) ~ Z 2 (párová interakcia protónov) a na kompenzáciu tohto odpudzovania jadrovou príťažlivosťou sa počet neutrónov musí zvyšovať rýchlejšie ako počet protónov.

Ak chcete zobraziť ukážky, kliknite na príslušný hypertextový odkaz: