אנרגיית קשר גרעינית

פגם מסה ואנרגיית קשר

לגרעין המכיל Z פרוטונים ו-N נייטרונים אפשר לכתוב בקירוב Δm = Zmₚ + Nmₙ − mגרעין ולאחר מכן B = Δmc². אם משתמשים במסות אטומיות ניטרליות, יש לטפל במסות האלקטרונים בעקביות כדי למנוע שגיאה שיטתית.

אנרגיית הקשר נכתבת כחיובית משום שהיא האנרגיה שיש להשקיע כדי להפריד את הנוקלאונים. הירידה באנרגיית המנוחה במצב הקשור אינה אובדן אנרגיה: בעת יצירת הגרעין האנרגיה הועברה כפוטונים, תנועה או אנרגיה של סביבה אחרת.

אנרגיית קשר לכל נוקלאון

כדי להשוות גרעינים בגדלים שונים משתמשים ב-B/A, אנרגיית הקשר הממוצעת לכל נוקלאון. גרעין גדול יכול להיות בעל B כוללת גדולה רק משום שיש בו יותר נוקלאונים, ואילו B/A מודדת את עומק הקשר הממוצע.

B/A עולה במהירות בגרעינים קלים, מגיעה לערכים גבוהים באזור ברזל–ניקל ואז יורדת בהדרגה בגרעינים כבדים. לכן היתוך של גרעינים קלים וביקוע של גרעינים כבדים יכולים לעבור לתוצרים קשורים יותר ולשחרר אנרגיה.

עקומת אנרגיית הקשר ויציבות

הכוח הגרעיני החזק קצר טווח ורווי בקירוב: נוקלאון נקשר בעיקר לשכניו הקרובים. לעומתו הדחייה החשמלית בין כל הפרוטונים נעשית משמעותית יותר ככל שהגרעין גדול, ולכן היא תורמת לירידת B/A בצד הכבד של העקומה.

אין לקרוא את עקומת B/A כטבלת מחציות חיים. יציבות תלויה גם ביחס N/Z, במבנה קליפות גרעיני, בזיווג נוקלאונים, בתנע זוויתי ובערכי Q של ערוצי דעיכה אפשריים. שני גרעינים בעלי B/A דומה יכולים להתנהג באופן שונה מאוד.

מדוע אנרגיית קשר לבדה אינה קובעת יציבות

יציבות גרעינית אינה נקבעת רק לפי אנרגיית הקישור הממוצעת לנוקלאון. גם מבנה הקליפות הגרעיניות, זיווג נוקלאונים, יחס N/Z, תנע זוויתי ומחסומי דעיכה משפיעים על השאלה אם נוקליד מסוים יציב או רדיואקטיבי.

לכן B/A הוא כלי מצוין להבנת מגמות רחבות והסיבה האנרגטית לכך שהיתוך של גרעינים קלים וביקוע של גרעינים כבדים יכולים לשחרר אנרגיה, אך לניתוח דעיכה מסוימת יש להשתמש במסות האיזוטופים בפועל ובערך Q של התהליך.

דוגמאות פתורות

אנרגיית קשר כוללת

אנרגיה לנוקלאון

השוואת מצבים