Kärnbindningsenergi

Kärnbindningsenergi är den energi som krävs för att helt separera en kärna i fria protoner och neutroner. Den bundna kärnan har lägre vilomassa än samma nukleoner var för sig.

Från massdefekt till bindningsenergi

Δm = Zmp + Nmn − mkärna

B = Δmc²

För Z protoner och N neutroner gäller Δm = Zmp + Nmn − mkärna och B = Δmc². Om tabeller med atommassor används måste elektronmassorna behandlas konsekvent på båda sidor.

separerade nukleonerbunden kärnaenergi frigörs
Kärnbindningsenergi är den energi som krävs för att helt separera en kärna i fria protoner och neutroner. Den bundna kärnan har lägre vilomassa än samma nukleoner var för sig.

Bindningsenergi per nukleon är ett jämförelsemått

B/A stiger snabbt för lätta kärnor, når ett brett maximum i järn–nickelområdet och minskar långsamt för mycket tunga kärnor. Därför kan fusion av lätta kärnor och fission av mycket tunga kärnor frigöra energi när produkterna blir starkare bundna.

järn–nickelområdetfusion kan gå uppfission kan gå uppmasstal A
Bindningsenergi per nukleon är ett jämförelsemått

Varför kurvan har denna form

Den starka kärnkraften är kortverkande och ungefär mättande: en nukleon växelverkar främst med närliggande nukleoner. Coulombrepulsionen mellan protoner är mer långräckviddig och blir viktigare när Z växer. Yteffekter, neutron-protonbalans, parning och skalstruktur ger finare detaljer.

Högt B/A garanterar inte stabilitet

En nuklid kan vara starkt bunden och ändå ha en energetiskt tillåten radioaktiv övergång. Stabiliteten beror också på övergångens kvantmekaniska sannolikhet. B/A är ett medelvärde för trender, inte energin för att avlägsna en viss nukleon; separationsenergier beror på de konkreta start- och slutkärnorna.

Lösta exempel

1. Total bindningsenergi

Lösning

Om A = 20 och B/A = 8,0 MeV är B = 160 MeV.

2. Massdefekt

Lösning

28,3 MeV bindningsenergi motsvarar Δm ≈ 28,3/931,5 = 0,0304 u.

3. Energiriktning

Lösning

Om reaktanterna har 7,6 MeV per nukleon och produkterna 8,4 MeV per nukleon vid samma totala A är produkterna starkare bundna, så processen kan frigöra energi.