Branduolio ryšio energija
Branduolio ryšio energija – energija, kurios reikia branduoliui visiškai išardyti į laisvus protonus ir neutronus. Ji susijusi su masės defektu: surišto branduolio masė yra mažesnė už tų pačių atskirtų nukleonų masių sumą, o skirtumas energijai perskaičiuojamas formule E = Δmc².
Nuo masės defekto iki ryšio energijos
Jei branduolį sudaro Z protonų ir N neutronų, Δm = Zmₚ + Nmₙ − mbranduolio. Tada ryšio energija B = Δmc². Teigiama B yra energija, kurią reikia suteikti, kad branduolys būtų visiškai išskirtas į laisvus nukleonus.
Naudojant lentelėse pateiktas atomų mases būtina nuosekliai tvarkyti elektronų mases. Negalima vienoje pusėje naudoti neutralaus atomo masės, o kitoje – plikų protonų, nepadarius atitinkamos pataisos.
Ryšio energija vienam nukleonui leidžia lyginti skirtingo dydžio branduolius
Bendra B paprastai didėja kartu su A, todėl plačiam palyginimui naudingesnė B/A. Ji greitai didėja lengvuose branduoliuose, pasiekia platų maksimumą geležies–nikelio srityje ir labai sunkiuose branduoliuose pamažu mažėja.
Procesas, perkeliantis nukleonus į didesnę B/A, paprastai veda į žemesnės energijos surištą būseną. Tai paaiškina bendrą energijos išsiskyrimo kryptį lengvųjų branduolių sintezėje ir labai sunkių branduolių dalijimesi.
Kodėl kreivė yra tokios formos
Stiprioji branduolinė sąveika yra trumpojo nuotolio ir apytikriai prisotinama: nukleonas stipriausiai sąveikauja su artimais kaimynais, o ne vienodai su visais branduolio nukleonais. Protonų Kulono stūma yra ilgesnio nuotolio ir didėjant Z tampa vis svarbesnė.
Paviršiaus efektai, neutronų ir protonų santykis, poravimasis bei branduoliniai sluoksniai sukuria smulkesnius nukrypimus. Dėl to tikroji B/A kreivė nėra tobula lygi funkcija.
Didelė B/A savaime negarantuoja stabilumo
Nuklidas gali būti gana stipriai surištas ir vis tiek turėti energetiškai leidžiamą radioaktyvų virsmą į žemesnės energijos būseną. Stabilumas priklauso nuo to, ar tokia būsena pasiekiama ir kokia yra kvantinė perėjimo tikimybė.
B/A yra vidurkis, tinkamas tendencijoms, bet tai nėra energija, reikalinga konkrečiam protonui ar neutronui pašalinti. Atskyrimo energijos priklauso nuo tikslių pradinių ir galutinių branduolių.
Išspręsti pavyzdžiai
1. Visa ryšio energija
Sprendimas
Jei A = 20, o B/A = 8,0 MeV, tuomet B = 20 × 8,0 = 160 MeV.
2. Masės defektas
Sprendimas
28,3 MeV ryšio energija atitinka Δm ≈ 28,3 / 931,5 = 0,0304 u.
3. Energijos kryptis
Sprendimas
Jei tokiam pačiam bendram A produktų B/A = 8,4 MeV, o pradinių branduolių 7,6 MeV, produktai surišti stipriau ir procesas gali išskirti energiją.