Készítette: B. Horváthová

kötési energia

Az atommagok összetett rendszerek. T nukleonokból állnak. j. neutronok és protonok. Csak a hidrogénatom magja egyszerű rendszer. Az atommagok összetétele nemcsak a fizika, hanem a kémia szempontjából is fontos. A mag elektromos töltése qj = + Ze, e = 1602 * 10 -19 C, csak a protonszámtól függ.

Nuklidok olyan atomok alkotják, amelyeknek a magja azonos Z protonszámmal és azonos A nukleonszámmal rendelkezik. Izotópok egy elem különböző nuklidjai, azonos protonszámmal és különböző nukleonszámmal rendelkeznek, ezért különböző tömegűek is.

Érdekes kiszámítani az atommagok tömegének összegét a m 'j = Zmp + Nmn magban, összehasonlítani őket a mj tényleges, kísérletileg meghatározott tömegével mj A mag tömege mindig kisebb, mint a protonok és neutronok tömege. mj 2, ahol? m a rendszer nyugalmi súlyának változása.

A Z protonokból és N neutronokból álló sejt Ej kötési energiája tömegveszteséggel jár Bj az Ej = Bjc 2, Bj = Zmp + Nmp - mj összefüggés köti.

Minél nagyobb a Bj, ahhoz képest Zmp + Nmn minél könnyebb a sejtmag, annál erősebben kötődnek a sejtmagok. Energia Ej a magot kell ellátnunk, ha azt külön nukleonokká akarjuk bontani. Ugyanolyan nagy energiájú Ej szabadul fel a mag egyes nukleonokból történő szintézise során. Nukleononként egy mennyiségű kötési energiát vezetünk be εj = Ej/A, minél nagyobb az εj kötési energia, annál nehezebb egy adott magot felosztani egyedi nukleonokra.

A grafikonon a nukleononkénti kötési energiát láthatjuk az A különböző magszámú magokban. Néhány mag nagyon stabil. A nukleononkénti kötési energia különböző értékei különböző magok számára magyarázzák azokat a folyamatokat, amelyek révén a magok belső energiájának egy része felszabadul. Ilyen folyamatok zajlanak a csillagok belsejében, ahol az energia felszabadul, ha a könnyebb magokat nehezebbekké szintetizálják. A kisebb kötési energiájú atommagok nagyobb kötési energiájú magokra változnak, és az energiakülönbség felszabadul. A nukleáris reaktorokban a nehéz uránmagok könnyebbekre oszlanak, az egy nukleonra jutó alacsonyabb kötési energia értékű magok átkerülnek a magasabb kötési energia értékű magokra, és a kötési energiák különbsége felszabadul.

Hatalmas εj értékek jelzik a mag erők nagyságát, amelyek a magban lévő nukleonokat megkötik, annak ellenére, hogy a pozitív töltésű protonok erősen elektrosztatikusan taszítják. A két nukleon között ható vonzó nukleáris erők hatósugara rövid, 10-15 m nagyságrendű.

A nukleáris erők vizsgálata az atomfizika egyik nehéz feladata. Az atommag-elméletben azt is figyelembe kell vennünk, hogy a nukleonok mikrorészecskék és a kvantumfizika törvényei szerint viselkednek. Az atommagban zajló folyamatokat gyakran csak bizonyos valószínűséggel lehet jellemezni.

Számos nukleáris folyamatban a magok részecskék összetétele megváltozik. Két esemény van: a könnyű magok szintézise (A 56, általában A> 200).

E reakciók során energia szabadul fel. Itt az Er szimbólum azt az energiát jelöli, amelyet táplálni kell, ha a reakció megvalósul. Ha az energia negatív, akkor felszabadul a reakcióban. A reakciókban a felszabaduló energia oly módon nyilvánul meg, hogy a reakció termékeinek kinetikus energiája nagyobb legyen, mint a reakcióba belépő magoké.

A magok szintézisének megvalósulásához szükséges, hogy a reakcióba belépő pozitív töltésű magok megközelítsék egymást az atomerők hatótávolságával megegyező távolságban. A magok elektrosztatikus taszításának leküzdéséhez a részecskéknek sok energiára van szükségük, néhány MeV-re. A szükséges energiát például forró gázban szerezhetik be. Ezután a termonukleáris fúzióról beszélünk. A kontrollált termonukleáris reakció ígéretes energiaforrás. A mai napig nem sikerült kielégítően magas plazma hőmérsékletet és sűrűséget elérni. A kísérleteket a Tokamak nevű létesítményekben végzik. A mágneses mező az edény belsejében lévő plazmát keskeny nyalakká préseli, és eltávolítja a falaktól. Ugyanis minden edény megolvad és elpárolog, amikor a forró plazmával érintkezik.

Az ábra egy Tokamak, 1-fém gyűrűs edény, 2-plazma, 3 magos elektromágnes egyszerűsített diagramját mutatja, a tekercsben lévő áramimpulzus elektromos áramot indukál a plazmában a gyűrű kerülete mentén, és ennek mágneses mezője az áram elmozdítja a plazmát az érfalaktól.

A neutron felfedezése után a fizikusok rájöttek, hogy egy olyan elektromos neutront, amely nem rendelkezik elektromos töltéssel, nem taszítják el a magból, ezért hatékonyan képes kiváltani a nukleáris reakciókat.

A neutronok hatására kiváltott magtranszformációkat Fermi kezdte vizsgálni. Ezekben a kísérletekben azt tapasztalta, hogy amikor egy tartály vizet vagy paraffint tett a neutronforrás és a besugárzott minta közé, a minta radioaktivitása megnőtt. Vízen vagy paraffinon áthaladva a neutronok energiájuk egy részét átadják az anyag könnyű magjainak, és lelassulnak. A nukleáris reakciók kiváltásában ezek a lassú neutronok hatékonyabbak, mint az eredeti neutronok. Ezeket az ismereteket az atomreaktorok építésénél használták fel.

Az uránmagok kilövésekor az uránmagok két közepesen nehéz magra oszlanak.

instabil magok, amelyek később később szétesnek. Egy adott reakciónak több végállapota van, de két közös tulajdonságuk van: Mindegyik reakcióban körülbelül 200 MeV szabadul fel, amelynek mintegy 80% -a a végállapotban lévő magok és neutronok kinetikus energiája, és a legtöbb reakcióban a neutronok újra kialakult. Az uránmagok hasadása ezért óriási energiaforrás.

Ezt az energiát a fegyveriparban, de az atomerőművekben is felhasználták.

1) Magyarázza el a mag súlycsökkenését!.

2) Mi az a magszintézis?

3) Melyek a hasadási reakciók?

Képmelléklet:

tankönyv Fizika a gimnázium 4. évfolyamához, J. Pišút et al.

Referenciák:

J. Pišút et al. - Fizika a gimnázium 4. évfolyamára