|
Как вы знаете, ядра атомов состоят из нуклонов, связанных ядерными силами (см. § 15-в). Несмотря на то что они «короткодействующие», для разделения ядра на отдельные нуклоны нужно совершить работу. Энергия, равная этой работе, в физике имеет собственное название – энергия связи ядра атома. Как её можно рассчитать?
Во второй четверти XX века экспериментально выяснили, что суммарная масса отдельных нуклонов больше, чем масса образованного ими ядра. Например, масса ядра азота-14 составляет 14,003 а.е.м., при этом общая масса всех его нуклонов – 14,115 а.е.м., то есть существует дефект масс – их разница в 0,112 а.е.м.
Этот факт объяснила знаменитая формула А. Эйнштейна о возможности взаимных превращений массы и энергии излучения. Применение этой формулы к ядерным процессам показало, что энергия связи нуклонов пропорциональна возникающему при их слиянии в ядро дефекту масс:
| |
Eсв – энергия связи частиц ядра, Дж Dm – разность масс нуклонов и ядра, кг с – скорость света в вакууме, ≈ 3·108 м/с |
Например, для ядра атома изотопа азота-14 вычисления дают значение:
( 0,112 · 1,7 · 10-27 кг ) × ( 3 · 108 м/с )2 = 1,7 · 10-11 Дж
Именно такая работа должна быть совершена внешними силами, чтобы разделить ядро азота-14 на отдельные нуклоны.
Как вы уже знаете (см. §15-г), существуют ядерные реакции, в которых ядра делятся на «осколки» – группы нуклонов, являющиеся ядрами более лёгких элементов. Такие реакции могут идти с выделением энергии. Так, при распаде ядра урана-235 осколками могут являться ядра бария и криптона, ксенона и стронция, цезия и рубидия. Например:
В этой реакции выделяется 3,3 · 10-11 Дж энергии на каждый распавшийся атом. Казалось бы, это очень малая энергия. Однако в любом теле число атомов огромно, поэтому при распаде ядер в 1 грамме изотопа урана-235 выделится энергия, в 30000 раз большая, чем при сгорании 1 грамма угля.
- Нуклоны в ядре удерживаются благодаря ядерным силам, поэтому ...
- Мы намерены выяснить способ, которым может быть вычислена ...
- Откуда физикам известно о существовании дефекта масс?
- Из формулы Эйнштейна применительно к ядерным процессам следует: ...
- Коэффициентом пропорциональности является возведённая в квадрат ...
- Подсчёты энергии связи для одного ядра дают ...
- Поскольку любое тело состоит из гигантского числа атомов, ...
- Реакции, когда ядра делятся на нуклоны – редкость, чаще всего образуются ...
- Например, «осколки» в виде ядер цезия и рубидия могут возникать ...
- При записи ядерной реакции обычно указывают её «энергетический выход» ...
|
|