§ 62 Энергия связи. Дефект массы
Чтобы разобщить ядро и превратить его в отдельные нуклоны — в протоны и нейтроны, — нужно затратить энергию, достаточную для преодоления ядерных сил притяжения. Минимальная энергия, необходимая для полного «разборки» ядра, называется энергией связи. Если же нуклоны, наоборот, объединяются в ядро, то выделяется ровно такое же количество энергии.
Экспериментальные данные показывают, что масса любого ядра меньше суммы масс всех входящих в него протонов и нейтронов, если считать их по отдельности. Это расхождение называют дефектом массы. Он вычисляется по формуле:
Δm = (Z·mp + N·mn) – Mя
где
Z — число протонов,
N — число нейтронов,
mp и mn — массы протона и нейтрона,
Mя — масса ядра.
Энергия связи ядра определяется выражением:
Eсв = Δm·c²
Например, для ядра дейтерия дефект массы составляет 0,0024 а.е.м., что соответствует энергии связи примерно 3,6·10^-13 Дж.
В ядерных реакциях соблюдается закон сохранения энергии. Если итоговая масса продуктов реакции меньше массы исходных частиц, то разница выделяется в виде энергии. Если же масса увеличивается, то реакция требует затрат энергии. Именно превращение части массы в энергию является основой всех процессов, связанных с ядерной энергией.