Mini-kurzus
Magkötési energia
A magkötési energia az az energia, amelyet legalább be kellene fektetni ahhoz, hogy egy atommagot teljesen különálló protonokra és neutronokra bontsunk. Ugyanez az energia szabadul fel, amikor a nukleonok megfelelő kötött magállapotba rendeződnek.
Tömeghiányból energia
Ha Z proton és N neutron külön tömegeinek összege nagyobb a kész mag tömegénél, a különbség Δm. A kötési energia B=Δmc². A kisebb kötött tömeg annak jele, hogy a rendszer alacsonyabb teljes energiájú állapotban van.
Miért fontos az egy nukleonra jutó érték?
Nagyobb mag természetesen nagyobb teljes kötési energiával rendelkezhet pusztán azért, mert több nukleont tartalmaz. Stabilitások összevetésére ezért gyakran B/A értéket használunk. Ez azt mutatja, átlagosan mennyire erősen kötött egy nukleon a magban.
A kötési energia görbéje
A B/A gyorsan nő a nagyon könnyű magoktól, majd a vas–nikkel környékén közel maximumot ér el, és a nagyon nehéz magok felé lassan csökken. Ez az alak egyszerre magyarázza a könnyű magok fúziójából és a nehéz magok hasadásából nyerhető energiát.
Fúzió
Ha két könnyű mag olyan terméket alkot, amelynek nagyobb az egy nukleonra jutó kötési energiája, a végső állapot alacsonyabb energiájú. A különbség mozgási energia és sugárzás formájában felszabadulhat. Csillagok energiatermelésének alapja ilyen kötési energia-különbség.
Hasadás
Nagyon nehéz mag kettéhasadva közepes tömegű fragmentumokat adhat, amelyek nukleonjai átlagosan erősebben kötöttek. Emiatt a termékek össztömege kisebb lehet, és energia szabadul fel. A folyamatot neutronkibocsátás is kísérheti, ami láncreakciót tehet lehetővé.
Nem azonos a bomlási hajlammal
A nagy B/A önmagában nem mondja meg, hogy egy adott izotóp radioaktív-e vagy milyen gyorsan bomlik. A bomlási csatorna energiája, kvantumszámai, gátjai és átmeneti valószínűségei is számítanak. A „erősen kötött” és a „végtelenül stabil” nem ugyanaz.
Párosítás és héjeffektus
A magstabilitás finom részleteit a nukleonok párosítása és a maghéjak is befolyásolják. Bizonyos proton- vagy neutronszámoknál zárt héjak alakulnak ki, ami extra stabilitást adhat. Ezért a kötési energia görbéje nem teljesen sima.
Elválasztási energia
A teljes kötési energia mellett gyakran azt kérdezzük, mennyi energia kell egyetlen neutron vagy proton eltávolításához. Ez az elválasztási energia érzékenyen tükrözi a maghéjak és a párosítás hatását. Két hasonló B/A értékű izotóp egyes nukleonjainak elválasztási energiája ezért érezhetően különbözhet.
Próbáld ki
Két hipotetikus mag közül az egyik B/A=7,2 MeV, a másik B/A=8,5 MeV. Melyik nukleonjai vannak átlagosan erősebben kötve?
Megoldás
A 8,5 MeV/nukleon értékű magban nagyobb az egy nukleonra jutó kötési energia, tehát átlagosan több energiát kellene befektetni egy nukleon teljes kiszabadításához.