Глава 6. Физика атома и атомного ядра

Модель 6.6.  Энергия связи ядер

Ядра всех атомов состоят из протонов и нейтронов. Число протонов Z равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. Число нейтронов в ядре обозначается знаком N. Общее число протонов и нейтронов

A = Z + N

называется массовым числом.

Ядра с одинаковым числом протонов, но различным числом нейтронов являются ядрами различных изотопов химического элемента. Изотопы обозначаются символом химического элемента с указанием вверху массового числа A и внизу числа протонов Z

Протоны и нейтроны удерживаются в ядре так называемыми ядерными силами.

Важнейшую роль в ядерной физике играет понятие энергии связи ядра. Под энергией связи ядра понимают ту энергию, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные частицы. Она равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц. Энергию связи определяют на основе соотношения Эйнштейна между массой и энергией E = mc².

Точные измерения масс ядер показывают, что масса ядра M_я всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов. Величину

ΔM = Zmp + Nmn – Mя

называют дефектом массы. Энергия связи частиц (нуклонов) в ядре равна

Eсв = ΔMc2,

Отношение энергии связи ядра E_св к числу нуклонов A в ядре называется удельной энергией связи нуклонов в ядре

(Eсв)уд = ΔEсв / A (МэВ/нуклон)

Удельная энергия связи нуклонов в разных атомных ядрах неодинакова. Зависимость (E_св)_уд от массового числа A исследована экспериментально для всех стабильных ядер. За исключением самых легких ядер, удельная энергия связи приблизительно постоянна и равна 8 (МэВ/нуклон). Это почти в миллион раз больше энергии ионизации атома водорода.

Ядра стабильных изотопов образуются только при определенном соотношении чисел протонов и нейтронов. Точки, изображающие стабильные изотопы на плоскости (N, Z), группируются в пределах довольно узкой полосы. Для легких ядер число нейтронов приблизительно равно числу протонов, но с увеличением массового числа рост N опережает рост Z.

Компьютерная модель позволяет воссоздавать ядра изотопов любых химических элементов с различными массовыми числами. При команде Старт ядра стабильных изотопов остаются на экране в виде некоторых компактных образований, а нестабильные ядра распадаются. Таким путем можно определить число стабильных изотопов любого химического элемента. Ядра стабильных изотопов изображаются точкой с координатами Z, N в полосе стабильных изотопов. Кроме того высвечивается точка на графике зависимости удельной энергии связи (E_св)_уд от массового числа A.