พลังงานยึดเหนี่ยวนิวเคลียร์

พลังงานยึดเหนี่ยวนิวเคลียร์คือพลังงานที่ต้องใช้แยก นิวเคลียส ออกเป็น โปรตอน และ นิวตรอน อิสระทั้งหมด ค่าเดียวกันนี้สัมพันธ์กับ ข้อบกพร่องมวล ของ นิวเคลียส ที่ถูกยึดเหนี่ยว พลังงานยึดเหนี่ยวต่อ นิวเคลียส B/A ใช้ดูแนวโน้มเสถียรภาพได้ดี แต่ไม่ได้ตัดสินทุก ช่องทางการสลายตัว

ข้อบกพร่องมวล และ พลังงานที่มีผลผูกพัน

ถ้าผลรวมมวลของ Z โปรตอน และ N นิวตรอน อิสระมากกว่ามวล นิวเคลียส อยู่ Δm จะมี B=Δแมค² มวลไม่ได้หายไป แต่ระบบ ผูกพัน มี พลังงานที่เหลือทั้งหมด ต่ำกว่า

การคำนวณด้วย มวลอะตอม ต้องจัดการ มวลอิเล็กตรอน ให้สอดคล้องกัน ถ้าผสม มวลนิวเคลียร์ กับ มวลอะตอม โดยไม่แก้จะเกิด ข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบ

พลังงานที่มีผลผูกพัน ต่อ นิวเคลียส

B/A เป็นค่าพลังงานยึดเหนี่ยวเฉลี่ยต่อ นิวเคลียส เส้นโค้งเพิ่มเร็วจาก นิวเคลียส เบา ขึ้นสูงแถว Fe/Ni แล้วลดช้าใน นิวเคลียส หนัก

รูปร่างนี้มาจาก ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง ที่ระยะสั้นและ อิ่มตัว, ผลกระทบพื้นผิว, ความไม่สมดุลของนิวตรอน-โปรตอน, การจับคู่ และ การขับไล่คูลอมบ์ ระยะไกลระหว่าง โปรตอน

B/A ไม่ใช่คำตอบทั้งหมดเรื่อง ความมั่นคง

นิวไคลด์ ที่มี B/A สูงยังอาจ การสลายตัว ได้ถ้ามี สถานะสุดท้าย ที่พลังงานต่ำกว่าและ กฎควอนตัม/สิ่งกีดขวาง อนุญาต

อัลฟาสลายตัว เป็นตัวอย่างชัด: Q อาจเป็นบวกแต่ ครึ่งชีวิต ยังยาวมากเพราะ คลัสเตอร์อัลฟ่า ต้อง อุโมงค์ ผ่าน สิ่งกีดขวางคูลอมบ์

พลังงานแยก

พลังงานแยกหนึ่งนิวตรอน S_n หรือ พลังงานแยกโปรตอนหนึ่งตัว S_p บอกพลังงานที่ต้องใช้ดึง นิวเคลียส ตัวสุดท้ายออก ค่าเหล่านี้ไวต่อ ปิดเปลือก และ เส้นหยด

สอง นิวเคลียส ที่ B/A คล้ายกันจึงอาจมี พลังงานแยก ต่างกันมาก การใช้ B/A เพียงค่าเดียวกับ เกณฑ์ปฏิกิริยา อาจทำให้ผิด

ค่า Q ของปฏิกิริยา

Q=(m_เริ่มต้น−m_สุดท้าย)c² ถ้า Q>0 มวลที่เหลือสุดท้าย ต่ำกว่า และความต่างปรากฏเป็น พลังงานจลน์, รังสี หรือ การกระตุ้น

เส้นโค้งพลังงานผูกพัน บอกทิศ พลัง แต่ไม่บอก อัตราการเกิดปฏิกิริยา โดยตรง สิ่งกีดขวางคูลอมบ์, ความน่าจะเป็นในการจับนิวตรอน และ ช่องทางที่อนุญาต ยังควบคุม จลนศาสตร์

ภาพกึ่งเชิงประจักษ์ และ ผลกระทบของเปลือก

แนวโน้ม พลังงานที่มีผลผูกพัน สามารถประมาณด้วย เงื่อนไขการหยดของเหลว เช่น ปริมาณ, พื้นผิว, คูลอมบ์, ความไม่สมดุล และ การจับคู่ แต่ โมเดล นี้ให้เพียงแนวโน้มเรียบ

การปิดเปลือก ทำให้ มวลที่วัดได้ เบี่ยงจาก แนวโน้มราบรื่น และสร้าง พลังงานแยกเลขมหัศจรรย์ จึงเป็น สอบสวน ที่ไวต่อ โครงสร้างเปลือก มากกว่า B/A เฉลี่ย

การทำนาย นิวไคลด์ ใกล้ เส้นหยด ต้องใช้ แบบจำลองนิวเคลียร์ ที่ละเอียด เพราะ นิวเคลียส เหล่านี้อาจมี นิวคลีออนที่ถูกผูกไว้อย่างอ่อน และโครงสร้าง กระจาย

แบบฝึกหัด

ข้อบกพร่องมวล

Δm=0.020 u

เฉลย: B≈18.63 MeV

ต่อ นิวเคลียส

B=492 MeV, A=56

เฉลย: B/A≈8.79 MeV

ฟิวชั่น กับ ฟิชชัน

ทำไมทั้งคู่ปล่อยพลังงานได้?

เฉลย: เพราะ ผลิตภัณฑ์ สามารถไปสู่ B/A สูงขึ้นและ มวลที่เหลือทั้งหมด ต่ำลง