Фізика - Великий довідник школяра - 2019

Квантова оптика
Склад ядра атома. Дефект маси. Енергія зв’язку атомних ядер

Тривалий час фізики вважали, що до складу ядер важких атомів можуть входити поряд із протонами електрони. Лише в 1932 р. український фізик Д. Д. Іваненко і німецький фізик В. Гейзенберг теоретично довели, що ядра всіх атомів, крім водню , містять крім протонів і нейтрони. Існування нейтрона експериментально виявив у 1932 р. англійський фізик Дж. Чедвік. Нейтрон не має результуючого заряду, за масою близький до протона, але все ж дещо масивніший: ; ; (, і — маси нейтрона, протона і електрона відповідно).

І протон, і нейтрон — нуклони, ядерні частинки (від англ. nucleus — ядро). Більшість хімічних елементів може існувати у вигляді кількох ізотопів (речовин, у ядрах атомів яких міститься однакове число протонів , але різне число нейтронів ).

Символічно ядро позначається , де (зарядове число), (масове число). Приклади ізотопів: ізотопи водню («звичайний» водень або протій), (дейтерій), (тритій); ізотопи урану , (У хімії термін «ізотопи» — збиральний, окремо кажуть «нуклід»).

Маса «готового» ядра менша від суми мас його нуклонів.

Різниця називається дефектом мас ядра. Дефекту мас відповідає енергія зв’язку Eзв нуклонів у ядрі (енергія, з якою вони утримуються там або яка потрібна для поділу всього ядра на окремі нуклони). Цю енергію прийнято виражати в позасистемних одиницях енергії — електрон-вольтах (1еВ дорівнює Дж, отже Дж). Як правило, розглядають питому енергію зв’язку .

З графіка залежності питомої енергії зв’язку від масового числа A очевидні два способи вивільнення внутрішньоядерної енергії: поділ важких ядер (наприклад, ) на більш легкі; злиття легких ядер, наприклад ізотопів водню, у більш важкі — синтез більш важких ядер (наприклад, гелію).