Квантовая физика
Атом и ядро

Строение ядра. Энергия связи

Мякишев «Физика 11», физика ядра
◆

Что нужно помнить из 7–9 класса

база 7–9 класса
В ядре ZZ протонов и A−ZA - Z нейтронов. Изотопы — ядра одного элемента с разным числом нейтронов.
Короткое напоминание2

ZZ задаёт элемент и число электронов в нейтральном атоме, AA — общее число нуклонов.

Нуклоны удерживают ядерные силы: очень мощные, но действующие лишь на расстояниях порядка размера ядра.

Подробно — в уроке ОГЭ
1

Состав ядра

В ядре ZZ протонов и N=A−ZN = A - Z нейтронов. ZZ задаёт элемент, AA — общее число нуклонов.
ZAX,N=A−Z{}^{A}_{Z}X, \qquad N = A - ZZZ — зарядовое число, AA — массовое
Изотопы2

Изотопы — ядра одного элемента с разным числом нейтронов: 235U{}^{235}\mathrm{U} и 238U{}^{238}\mathrm{U}.

Химия у них одинаковая (её задаёт ZZ), а ядерные свойства разные: один делится тепловыми нейтронами, другой практически нет.

Не путай AA и ZZ. Заряд определяет элемент, массовое число — изотоп. Нейтронов ровно A−ZA - Z.
2

Что удерживает ядро

Протоны отталкиваются электрически, но ядерное взаимодействие много сильнее — правда, действует лишь на расстояниях порядка размера ядра.
Свойства ядерных сил3

Не зависят от заряда: протон–протон, протон–нейтрон и нейтрон–нейтрон притягиваются одинаково.

Короткодействующие: за пределами ядра практически исчезают.

Поэтому у тяжёлых ядер нейтронов больше, чем протонов: они добавляют притяжение, не добавляя отталкивания.

3

Дефект масс и энергия связи

Масса ядра меньше суммы масс свободных нуклонов. Разница и есть мера энергии связи.
Eсв=Δm⋅c2E_{\text{св}} = \Delta m \cdot c^2Δm\Delta m — дефект массы
Удельная энергия связи3

Делят энергию связи на число нуклонов — получают удельную энергию связи, меру прочности ядра.

Она максимальна у элементов середины таблицы, в районе железа.

Отсюда сразу следует, что энергию даёт и деление тяжёлых ядер, и синтез лёгких: и то и другое приближает к железу.

Масса ядра не равна сумме масс нуклонов. Если так посчитать, энергия связи получится нулевой. И «прочнее всех» не уран: у тяжёлых ядер удельная энергия связи уже падает.
⚗
Опыт в Физлабе
Атом и ядро: дефект масс
Сравни массу собранного ядра с суммой масс нуклонов.
Открыть опыт
Разобранные примеры
Сколько нейтронов в ядре урана 92238U^{238}_{92}\text{U}?разбор
  1. Верхнее число — массовое AA (протоны плюс нейтроны), нижнее — заряд ZZ (протоны).
  2. N=A−Z=238−92=146N=A-Z=238-92=146.
Ответ: 146146
Дефект масс ядра гелия равен 0,03040{,}0304 а.е.м. Найдите энергию связи.разбор
  1. Eсв=Δmc2E_{\text{св}}=\Delta m c^2; удобно считать через 11 а.е.м. =931,5=931{,}5 МэВ.
  2. E=0,0304⋅931,5≈28,3E=0{,}0304\cdot931{,}5\approx28{,}3 МэВ.
  3. Масса ядра МЕНЬШЕ суммы масс нуклонов — эта разница и есть энергия связи.
Ответ: ≈28,3\approx28{,}3 МэВ
Модель Бора. Линейчатые сп…Радиоактивность. Закон рад…