Transcript Jakie siły działają między nukleonami

Budowa jądra atomowego
Nukleony
neutron
proton
Nukleony
Z liczba protonów (liczba porządkowa
równa także ilości elektronów w atomie)
N liczba neutronów
A liczba masowa
A=N+Z
Rozmiar jądra atomowego
R  (1.2·10-15 m) A1/3
wielkość 10-15 ma nazwę fermi
1 fermi = 1 fm = 10-15 m
Siły jądrowe
Siła wiążąca nukleony jest większa
niż siła odpychania
elektrostatycznego występująca
pomiędzy protonami.
Określamy ją mianem siły
jądrowej lub oddziaływania
silnego.
Symbol pierwiastka
Podział jąder atomowych
• Izotopy, których liczba atomowa Z jest wielkością stałą.
• Izotony, których liczba neutronów N w jądrze jest
wielkością stałą.
• Izobary, których liczba protonów i neutronów razem
wziętych jest wielkością stałą.
Przykłady jąder atomowych
Przykłady izotopów
wodór
deuter
tryt
Masy
masa protonu
mp=1,007276u=1,672623 ⋅10-27 kg
masa neutronu
mn=1,0086649u=1,674929 ⋅10-27 kg
masa elektronu
me=0,000548580u=9,10939 ⋅10-31 kg
Masa nuklidów
Masa atomu
Z*m protonu +
(A-Z) *m neutronu +
Z* m elektronu
Masa obliczeniowa jądra atomowego
W rzeczywistości masa jądra nie jest sumą mas
jego składników. Nazywamy to deficytem masy.
Gdy powstaje atom z części jego cząstek składowych
zostaje wydzielona część energii spoczynkowej. Gdy
energia ciała ulega zmianie to zmienia się również masa
tego ciała. Wydzielona energia na podstawie wzoru
Einsteina wyraża się wzorem: E=Dm*c2
Zatem, aby atom rozłożyć na części składowe należy mu
dostarczyć energii Ew zwanej energią wiązania.
Energia wiązania jąder helu
M(jądra helu ) = 4.0026033 u
Całkowita masa jego składników równa jest sumie mas
dwu atomów wodoru (protony) i dwu neutronów:
2M(protony ) + 2M(neutrony ) = 2·1.0078252 u +
2·1.0086654 u = 4.0329812 u
Różnica wynosi: 0.0303779 u
Masa helu jest mniejsza od masy składników o wartość
0.0303779 u
Energia wiązania jąder
atomowych
Dm=(masa protonów + masa neutronów) – masa jądra atomu
Energią wiązania jądra atomowego nazywamy różnicę
sumy mas poszczególnych składników wchodzących w
skład jądra atomowego w stanie nie związanym i masy
jądra, czyli masy składników w stanie związanym.
Energia wiązania jadra atomowego jest większa od
energii wiązania atomów i cząstek.
Energia wiązania jąder atomowych
przypadająca na jeden nukleon
Energią wiązania jądra atomowego przypadająca na
jeden nukleon nazywa się średnią lub właściwą energią
wiązania.
Liczymy ją dzieląc energię wiązania przez liczbę masową
A (liczbę protonów i neutronów w jądrze)
Średnia energia wiązania
Wnioski
• Początkowo DE/A wzrasta ze wzrostem A, ale potem
przybiera w przybliżeniu stałą wartość około 8 MeV.
• DE/A nie jest proporcjonalne do A.
• Wynika głownie z krótkiego zasięgu sił jądrowych.
Najsilniej są wiązane nukleony w jądrach
pierwiastków ze środkowej części układu
okresowego.
Wnioski
• Wykres przedstawia energię jaką należałoby
dostarczyć, aby rozłożyć jądro atomowe na
pojedyncze składniki.
• Jądra H mają najniższą energię właściwą.
• W reakcji syntezy termojądrowej powstają jądra helu
He, ich energia wiązania jest dużo większa
• Duży defekt masy można wykorzystać do produkcji
energii elektrycznej .
Wnioski
• Jak można zauważyć średnia energia wiązania jąder
atomowych rośnie w obszarze jąder lekkich
wykazując lokalne maksima przy A=4,8,12,16,....
• W pobliżu A=60 uzyskuje płaskie maksimum
Emax=8.8MeV.
• Powoli maleje dla dużych A>60 osiągając w końcu
energię Eciężkie=7.6MeV
• Wykazuje lokalne wzrosty dla liczby Z lub
N=2,8,20,(28),50,(64),82,126, które to nazywamy
liczbami magicznymi.
Energia wiązania dla wybranych atomów
Z
1
0
n
1
1
H
2
1
H
3
1
H
3
2
He
4
2
He
9
4
Be
12
6
C
16
8
O
63
29
Cu
120
50
Sn
184
74
W
238
92
U
0
1
1
1
2
2
4
6
8
2
9
5
0
7
4
9
2
A
Masa (u)
1 1.0086654
1 1.0078252
2 2.0141022
3 3.0160500
3 3.0160299
4 4.0026033
9 9.0121858
12 12.0000000
16 15.994915
63 62.929594
DE
(MeV)
----2.22
8.47
7.72
28.3
58.0
92.2
127.5
552
DE/A
----1.11
2.83
2.57
7.07
6.45
7.68
7.97
8.50
120
119.9021
1020
8.02
184
183.9510
1476
8.02
238
238.05076
1803
7.58