Деление ядер.

Первое, с чем нужно разобраться, прежде чем начать обсуждать деление ядер - это энергия связи.

Определение эн.св. найти нетрудно:

Энергия связи ядра – минимальная энергия, необходимая для того, чтобы разделить ядро на
составляющие его нуклоны (протоны и нейтроны). Ядро – система связанных нуклонов,
состоящая из Z протонов (масса протона в свободном состоянии mp) и N нейтронов (масса
нейтрона в свободном состоянии mn). Для того, чтобы разделить ядро на составные нуклоны, нужно
затратить определенную минимальную энергию W, называемую энергией связи. При этом покоящееся ядро с
массой М переходит в совокупность свободных покоящихся протонов и нейтронов с суммарной массой
Zmp + Nmn. Энергия покоящегося ядра Мс2. Энергия освобождённых покоящихся нуклонов (Zmp + Nmn)с ².
В соответствии с законом сохранения энергии Мс ²+W=(Zmp + Nmn)с2. Или W=(Zmp + Nmn)с ² - Мс ².
Поскольку W<0, то М< (Zmp+Nmn), т.е. масса, начального ядра, в котором нуклоны связаны, меньше
суммы масс свободных нуклонов, входящих в его состав. W растёт с увеличением числа А нуклонов в ядре
(А = Z + N). Удобно иметь дело с удельной энергией связи = W/A, т.е. средней энергией связи, приходящейся
на один нуклон. Для большинства ядер 8 МэВ (1 МэВ = 1.6.10-13 Дж). Для разрыва химической связи нужна
энергия в 106 раз меньше.

Попробуем взглянуть на энергию связи с другой стороны.

Предположим, что А нуклонов имеют энергию Е0 = А*m*c^2, где m - это масса нуклона (не будем пока
делать различий между протонами и нейтронами). Эти А нуклонов не связаны между собой, т.е. Есв_0 = 0.


Теперь предположим, что эти А нуклонов образовали ядро, а ядро - это связанная система, Есв_я не равна 0.

Что это значит?

Нуклоны потеряли часть своей энергии, став связанными. Численно энергия, которую они
потеряли равна той энергии, которая потребуется для разрыва этой системы (см. определение).

Почему нуклоны теряют энергию?

В свободном состоянии движения нуклонов ничем не ограничены (разве что на протоны действует кулон), в
связанном же возможно не всякое движение поэтому можно говорить, что часть энергии потрачена на связь
нуклонов в систему.

Т.к. нуклоны энергию потеряли, значит она куда-то выделилась.

В случае, когда сливаются два протона

1Н + 1Н = 2Н + е+ + ve

выделяются позитрон и нейтрино, видимо вся энергия передается им - (ещё она может передаваться на
кинетическую энергию 2Н) имеется в виду избыток энергии.

Графически это можно изобразить следующим образом

Выясним, что может случиться с ядром 1 далее.

Известно, что если разделить полную Есв. различных ядер на число нуклонов в этих ядрах полученные значения будут различаться.

Есв1/А1 не равно Есв2/А2

Т.е. удельная Есв. на нуклон зависит от А.

Вид зависимости приблизительно следующий.

В среднем энергия связи равна 8Мэв на нуклон, но есть области, где ядра связаны сильнее.

Что это за области?

Когда у ядра число нуклонов одного типа равно магическому числу (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126), например у ядра He 2 протона и 2 нейтрона, у ядра Pb 82 протона. Энергия связи заметно увеличивается, это связано с различными орбитальными эффектами.

Т.о. одни состояния связаны сильнее чем другие.

Предположим, что наше ядро с А нуклонами не самое сильносвязанное и среди более лёгких ядер есть такие, у которых Есв./А выше чем у нашего.

Есть вероятность, что наше ядро распадется на два более "прочных" осколка. Построим графическое описание этого процесса. Для простоты предположим, что распад идет на два равных по массе осколка.

Имеем: Есв_2/А2 > Есв_1/А1

А2 = А1/2

Полная энергия связи осколков 2*(2Есв_2/А1)*А1/2 = 2Есв_2 больше, чем Есв_1, следовательно при делении на более сильно связанные ядра выделяется энергия.

• Поиск по сайту
• aofeed - Telegram канал чтобы следить за выходом новых статей
• aofeedchat - задать вопрос в Телеграм-группе