Väzbová energia jadra

Väzbová energia je energia potrebná na úplné rozdelenie jadra na voľné protóny a neutróny. S hmotnostným úbytkom súvisí vzťahom B = Δmc². Na porovnávanie jadier rôznych veľkostí je mimoriadne užitočná väzbová energia na nukleón B/A.

B/AAFe / Ni

Hmotnostný úbytok celého jadra

Viazané jadro má menšiu hmotnosť než súčet hmotností rovnakých voľných nukleónov. Úbytok Δm neznamená stratu protónov alebo neutrónov; je rozdielom energie celého systému. Čím nižšie leží viazaný stav oproti oddeleným zložkám, tým viac energie treba na úplné rozobratie jadra.

Väzbová energia na nukleón

Celková B obyčajne rastie s A, takže sama nestačí na porovnanie jadier. B/A prudko rastie pri ľahkých jadrách, má široké maximum pri železe a nikle a pri veľmi ťažkých jadrách pomaly klesá. Krivka ukazuje energetický trend, no sama nie je úplným testom stability konkrétneho nuklidu.

Vypočítajte B a B/A

Fúzia ľahkých jadier

Ak sa ľahké jadrá spoja na produkt s vyšším B/A, konečný systém je pevnejšie viazaný a má menšiu pokojovú hmotnosť. Rozdiel sa môže uvoľniť ako kinetická energia a žiarenie. Kladná Q-hodnota však automaticky neznamená rýchlu reakciu: kladne nabité jadrá musia prekonať alebo tunelovať cez Coulombovu bariéru.

Pri práci s tabuľkami hmotností treba používať jednu konzistentnú konvenciu. Ak sa používajú atómové hmotnosti, hmotnosti elektrónov sa v správne vyváženej reakcii často navzájom zrušia; pri hmotnostiach jadier treba elektróny započítať osobitne. Zmiešanie oboch konvencií môže vytvoriť zdanlivú chybu rádovo veľkosti pokojovej energie elektrónu.

Štiepenie ťažkých jadier

Veľmi ťažké jadro sa môže rozdeliť na fragmenty s vyšším B/A. Produkty majú menšiu celkovú pokojovú hmotnosť a energia sa objavuje najmä ako pohyb fragmentov, neutrónov a žiarenie. Podrobnosti závisia od konkrétneho reakčného kanála, nie iba od polohy na krivke B/A.

Separačná energia a stabilita

Celková väzbová energia nepovie priamo, ako ľahko možno odobrať posledný neutrón alebo protón. Na to slúži separačná energia, rozdiel energií susedných jadier. Jej skoky odhaľujú vrstvové efekty. Stabilita závisí aj od pomeru neutrónov a protónov, párovania a dostupných rozpadových kanálov.

Vysoké B/A samo osebe nezaručuje stabilitu konkrétneho nuklidu. Jadro môže mať stále energeticky dostupný beta, alfa alebo iný rozpad do stavu s nižšou energiou. Vrstvové efekty a takzvané magické čísla preto vytvárajú lokálne odchýlky od hladkého priebehu väzbovej krivky.

Vyriešené príklady

1. Hmotnostný úbytok 0,030 u

Riešenie

B ≈ 0,030 × 931,5 = 27,9 MeV.

2. Prepočet na nukleón

Riešenie

Dla / Pro / Pri B = 56 MeV i A = 7: B/A = 8,0 MeV.

3. Smer uvoľnenia energie

Riešenie

Większa / vyšší / väčšia / večja / veća B/A produktów może oznaczać niższą masę spoczynkową układu i energię dostępną dla produktów.