Енергія зв’язку ядра
Енергія зв’язку ядра — енергія, яку потрібно надати, щоб повністю розділити ядро на вільні протони й нейтрони. Та сама величина вивільняється при утворенні ядра з вільних нуклонів і відповідає дефекту маси.
Від дефекту маси до енергії
Якщо Δm визначити як суму мас вільних нуклонів мінус масу зв’язаного ядра, то B=Δmc². Велике B означає, що повне розділення ядра потребує значної енергії. Це не просто бухгалтерія: масові вимірювання дозволяють дуже точно визначати ядерні енергії.
Енергія зв’язку на нуклон
Для порівняння ядер різного розміру використовують B/A. Крива швидко зростає для легких ядер, має широкий максимум у районі заліза й нікелю та повільно спадає для дуже важких. Саме форма цієї кривої пояснює енергетичну вигоду синтезу легких і поділу важких ядер.
Стабільність не зводиться до одного числа
Велике B або B/A означає сильне зв’язування, але не гарантує абсолютної радіоактивної стабільності. Важливо, чи існує енергетично дозволений канал розпаду, які квантові числа мають стани і які бар’єри треба подолати. Тому деякі сильно зв’язані ядра все одно радіоактивні.
Короткодійність ядерної сили
Сильна взаємодія між нуклонами має короткий радіус дії, тому кожен нуклон ефективно взаємодіє переважно з близькими сусідами. Це створює насичення: B/A не зростає безмежно з A. Натомість кулонівське відштовхування між усіма протонами стає дедалі важливішим у великих ядрах.
Напівемпірична формула мас
Корисна модель розкладає зв’язування на об’ємний, поверхневий, кулонівський, асиметричний і парний внески. Вона не описує всі оболонкові деталі, але пояснює, чому великі ядра втрачають частину вигоди від об’ємного зв’язування і чому парні конфігурації часто додатково стабілізовані.
Енергія відокремлення
Часто важливіша не повна B, а енергія, потрібна для видалення одного нейтрона чи протона. Різкі зміни енергій відокремлення вказують на оболонкові замикання або наближення до меж існування ядер. Це дає тоншу інформацію, ніж одне середнє B/A.
Енергія реакції
У ядерній реакції порівнюють сумарні маси спокою до і після. Якщо продукти мають меншу масу, Q додатне, а різниця з’являється як кінетична енергія або гамма-випромінювання. Закон збереження енергії при цьому виконується точно.
Чому залізо не є універсальним фіналом
Максимум B/A поблизу заліза й нікелю не означає, що всі реакції самі собою ведуть прямо до заліза. Для конкретної реакції важливі зарядові бар’єри, доступні канали, температура, густина і час. У зорях шлях нуклеосинтезу визначається цілою мережею реакцій.
Вправа
Чому і синтез легких ядер, і поділ дуже важких ядер можуть виділяти енергію?
Розв’язання
Обидва процеси можуть вести нуклони до області з більшою енергією зв’язку на нуклон. Кінцеві ядра мають меншу сумарну масу спокою, а різниця вивільняється як енергія.