ЭВ — это энергия, приобретаемая электроном при прохождении ускоряющей разности потенциалов в 1 В

Соотношение между упомянутыми единицами энергии:

1 эВ = 1,6022 ^.10^-19 Дж или 1 Дж = 6,2414 ^.10¹⁸ эВ.

Следовательно, энергетический эквивалент 1 а.е.м. вещества

Е_1аем = 9,315 ^.10⁸ эВ = 931,5 МэВ

Сумма масс покоя отдельных свободных нуклонов, составляющих ядро, несколько больше массы покоя ядра, так как нуклоны в ядре связаны между собой ядерными силами притяжения, и, поскольку для осуществления этой связи необходима энергия (которой неоткуда взяться, кроме как из самих нуклонов), на эту связь нуклонов при образовании ядра при их сближении должна каким-то образом расходоваться часть массы самих нуклонов.

Разница масс покоя составляющих ядро нуклонов и массы покоя ядра называется избытком (или дефектом) масс и обозначается Dm.

Таким образом, в общем случае избыток массы ядра с массовым числом A и числом протонов в нём z найдётся как

.

(1.6)

Энергия, потребная для разделения ядра на составляющие его нуклоны, называется энергией связи ядра. Разумеется, эта энергия численно равна энергии, затраченной при создании ядра из отдельных нуклонов, а потому в соответствии с законом А.Эйнштейна она должна равнять­ся избытку (дефекту) массы:

.

(1.7)

Энергия связи, приходящаяся на один нуклон ядраназывается удельной энергией связи.

.

(1.8)

Эта величина являетсясреднейхарактеристикой ядерных сил, стягивающих нуклоны в ядро.

Из характера зависимости e_св(A) следуют две принципиальные возможности получения ядерной энергии:

а) СИНТЕЗ лёгких нуклидов, например, дейтерия ₂D¹ по схеме:

₂D¹ + ₂D¹ ® ₄He²

У дейтерия e_св = 1,11 МэВ/нуклон, следовательно, у двух ядер дейтерия, участвующих в процессе синтеза, суммарная энергия связи

Е_св = 2 ^.1,11 + 2 ^.1,11 = 4,44 МэВ.

У продукта синтеза — гелия — e_св = 7.07 МэВ/нуклон, следовательно, энергия связи четырёх его нуклонов

Е_св = 4 ^.7,07 = 28,28 МэВ

Разница суммарных энергий связи гелия и двух ядер дейтерия будет

DЕ_св = 28,28 – 4,44 = 23,84 МэВ,

Эта энергия высвободится при синтезе ядра гелия из двух ядер дейтерия.

б) ДЕЛЕНИЕ ядер тяжёлых элементов, например, ядра²³⁵U:

²³⁵U ® ¹³⁹La + ⁹⁶Mo

(одна характерная из множества возможных схем деления ²³⁵U).

У лантана e_св = 8,4 МэВ/нуклон, у молибдена e_св = 8,5 МэВ/нуклон, следовательно, суммарная энергия связи этих двух осколков деления

Е_св = 8,4 ^.139 + 8,5 ^.96 = 1983,6 МэВ

У урана e_св = 7,6 МэВ/нуклон, следовательно, суммарная энергия связи нуклонов в нём Е_св = 7,6 ^.235 = 1786,0 МэВ.

Разница энергий связи осколков деления урана и самого ядра урана

DE_св = 1983,6 – 1786,0 = 197,6 МэВ,

Эта энергия высвободится при делении ядра урана-235 на эту пару осколков.

Энергия связи ядра, по сути своей, — энергия потенциальная. Стабильное ядро (как и всё стабильное в Природе) должно обладать минимумом потенциальной энергии. Энергетическое состояние ядра с минимумом его потенциальной энергии, благодаря чему оно длительно стабильно, называется основным состоянием.

Привнесение в стабильное ядро извне дополнительной энергии сверх уровня энергии основного состоянияобязательно выводит ядро из устойчивого состояния, делает его нестабильным (или возбуждённым, радиоактивным).

Реализуя своё природное стремление к устойчивости, возбуждённое ядро стремится скатиться к уровню основного состояния путём сбрасывания избытка энергии сверх уровня устойчивости с излучением микрочастиц из своего состава или жёсткого гамма-излучения. Этот физический процесс называется радиоактивным распадом ядра.

Автор статьи

Анастасия

Задать вопрос

Эксперт