Năng lượng liên kết hạt nhân
Năng lượng liên kết hạt nhân là năng lượng cần để tách hoàn toàn một hạt nhân thành proton và neutron tự do. Nó gắn với độ hụt khối: hạt nhân liên kết có khối lượng nghỉ nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclôn tự do tương ứng.
Từ độ hụt khối đến năng lượng liên kết
Δm=Zmp+Nmn−mhạt nhân và B=Δmc². Nếu dùng khối lượng nguyên tử trong bảng thay vì khối lượng hạt nhân trần, phải xử lý khối lượng electron nhất quán ở hai vế. Liên kết làm giảm năng lượng nghỉ của hệ; muốn tách hạt nhân phải đưa năng lượng đó trở lại.
Năng lượng liên kết trên mỗi nuclôn giúp so sánh các hạt nhân khác kích thước
Tổng năng lượng liên kết B thường tăng theo A, nên B/A hữu ích hơn khi so sánh rộng. Nó tăng nhanh với hạt nhân nhẹ, đạt cực đại rộng quanh vùng sắt–niken rồi giảm dần đối với hạt nhân rất nặng. Một quá trình có thể giải phóng năng lượng nếu sản phẩm nằm cao hơn trên đường cong B/A.
Vì sao đường cong có dạng đó
Tương tác hạt nhân mạnh có tầm ngắn và gần bão hòa: một nuclôn tương tác mạnh nhất với các nuclôn lân cận. Lực đẩy Coulomb giữa các proton có tầm xa hơn và ngày càng quan trọng khi Z tăng. Hiệu ứng bề mặt, tỉ lệ neutron–proton, ghép cặp và cấu trúc lớp tạo thêm các chi tiết.
B/A cao không đảm bảo tuyệt đối ổn định
Một nuclide có thể liên kết khá chặt nhưng vẫn có chuyển mức phóng xạ về trạng thái năng lượng thấp hơn. Độ bền phụ thuộc cả khả năng năng lượng lẫn xác suất lượng tử của chuyển mức. B/A là giá trị trung bình để xem xu hướng; năng lượng tách một proton hoặc neutron cụ thể có thể khác đáng kể.
Ví dụ có lời giải
1. Tổng năng lượng liên kết
Lời giải
A=20, B/A=8,0 MeV thì B=160 MeV.
2. Độ hụt khối
Lời giải
B=28,3 MeV tương ứng Δm≈0,0304 u.
3. Chiều năng lượng
Lời giải
Sản phẩm 8,4 MeV/nuclôn so với chất phản ứng 7,6 MeV/nuclôn liên kết chặt hơn nên quá trình có thể giải phóng năng lượng.