logo
ПОПКОВ В

4. Энергия связи

Рассмотрим систему взаимодействующих между собой частиц, находящихся в покое относительно друг друга. В соответствии с законом сохранения энергии

M0c2 = + Eвз, (2.3.31)

где М0 – масса покоя системы частиц как целого; m0i – массы покоя частиц, входящих в систему; Евз – энергия взаимодействия. Если взаимодействие между частицами носит характер притяжения, то Евз < 0. Отсюда следует, что М0 < , т.е. масса в теории относительности не является аддитивной величиной. Величина называется дефектом массы.

Известно, что ядро атома состоит из протонов и нейтронов, между которыми действуют ядерные силы, имеющие характер притяжения. Поэтому масса ядра меньше суммы масс протонов и нейтронов, входящих в ядро. Разница между суммой масс протонов и нейтронов и массой ядра называется дефектом массы ядра:

∆Мяд = Zm0p + Nm0n – Mяд, (2.3.32)

где ∆Мяд – дефект массы ядра, Z – число протонов в ядре, m0p – масса покоя протона, N – число нейтронов в ядре, m0n – масса покоя нейтрона, Мяд – масса покоя ядра. Величину

Есв = ∆Мядс2 (2.3.33)

называют энергией связи ядра. Энергия связи ядра равна той работе, которую необходимо совершить, чтобы разобрать ядро на составные части. Энергия связи обеспечивает устойчивость атомного ядра.

Если ядро тяжелого элемента, находящегося в конце таблицы Менделеева, расщепить на две примерно равные части, то получаются два ядра элементов, расположенных примерно в середине таблицы Менделеева. При этом сумма масс покоя всех продуктов деления ядра оказывается меньше массы покоя исходного ядра. Поэтому полная энергия покоя ядер, образовавшихся в результате деления, меньше энергии покоя исходного ядра. Разница в энергиях выделяется в виде кинетической энергии продуктов деления и образующегося при этом излучения. Эту энергию называют атомной или ядерной и используют в атомных (ядерных) реакторах и атомных бомбах. Например, в реакции

92U235 + n → 55 Cs140 + 37Rb94 + 2n (2.3.34)

разница между суммой масс покоя урана и нейтрона и суммой масс покоя продуктов деления составляет 4‧10-28 кг. В результате реакции выделяется 36‧10-12 Дж энергии в виде кинетической энергии осколков деления и энергии электромагнитного излучения.