Ядерная связывающая энергия

Ядерная стабильность лучше всего выражается количественно с точки зрения энергии связи ядра. Рассмотрим атом гелия-4, который имеет по два протона, нейтрона и электрона. Сумма известных масс этих частиц больше измеренной массы нейтрального гелия-4 на 0, 0305 атомных единиц массы.

Разница между расчетными и экспериментально измеренными атомными массами называется дефектом массы. Причина этого различия заключается в большом количестве энергии, выделяющейся при образовании гелия-4. Эквивалентность массы Эйнштейна и энергии помогает оценить изменение энергии, связанное с потерей массы.

Преобразование массы в килограммы и решение уравнения приводит к получению основных единиц СИ для джоулей. Очевидно, что крошечное изменение массы сопровождается выделением огромного количества энергии. Энергия, выделяющаяся при связывании нуклонов, равна энергии, необходимой для разрушения этого ядра на составляющие его протоны и нейтроны, и называется энергией связи ядра.

Для гелия это 2, 74 тераджоуля на моль. Деление на число Авогадро дает 4, 55 пикоджоулей для энергии связи ядра на одно ядро гелия. Это также часто выражается в электронвольтах.

Для гелия-4 это оказывается равным 28, 4 мегаэлектронвольт на ядро. Если разделить его на количество нуклонов, 4, получится энергия связи ядра на нуклон. График зависимости энергии связи ядра на нуклон от массового числа показывает сравнительную стабильность нуклидов.

Элементы с массовыми числами от 40 до 100 имеют самую высокую энергию связи на нуклон, а железо-56 имеет самую низкую массу на нуклон. Для достижения стабильности тяжелые ядра стремятся фрагментировать ядра среднего размера в результате экзотермического процесса, называемого делением, тогда как более легкие ядра соединяются в процессе синтеза.