Автор Антон Лимонов задал вопрос в разделе Естественные науки
Почему масса покоя ядра всегда меньше, чем масса частиц, образовавшихся при распаде ядра? и получил лучший ответ
Ответ от
Вот представь себе весы... и просто пофантазируем.
Положи на весы один нуклон.
Весы покажут массу нуклона.
Возьмем еще один нуклон.
Поднесем его к нуклону, лежащему на весах (не кладем на весы).
Весы зафиксируют уменьшение "массы" нуклона, потому что второй нуклон его тянет вверх к себе от чаши весов.
Чем больше нуклонов мы будем подносить к нуклону на весах, тем больше уменьшится его "масса", потому что сила взаимодействия (притяжения) его с другими нуклонами увеличится и он меньше будет давить на чашу весов.
Получается, что масса свободного нуклона (того что на весах) больше массы того же нуклона, только взаимодействующего с другими.
Аналогично уменьшаются и массы других нуклонов (тех, которые мы подносили к нуклону на весах)
Это является причиной уменьшения массы ядра.
Эта разница в массе называется дефектом масс, и возникает, как мы увидели, в результате взаимодействия (притяжения) нуклонов друг с другом.
Как бы часть массы свободных нуклонов "уходит во взаимодействие" и система нуклонов имеет меньшую массу.
Далее проделай все наоборот. Уменьшай поднесенное количество нуклонов к нуклону на чаше весов. Показания весов будут расти.
> Почему масса покоя ядра уменьшается при синтезе ядра мне понятно
И почему же?
> как масса покоя свободных частиц, образовавшихся при распаде, больше массы покоя ядра
А какая разница между этими случаями?
Энергия связи, удерживающая нуклоны в ядре разная для разных ядер. Количество нуклонов в ядрах тоже разное. Для ясности картины принято рассматривать не энергию связи как таковую. А удельную энергию связи, приходящуюся на один нуклон.
Казалось бы, эта величина должна бы быть одинаковой для ядер элементов любого массового числа. Но это не так.
На рисунке приводится такой график зависимости удельной энергии связи от массового числа ядер A - и видно, что эта величина для разных ядер РАЗНАЯ.
Для легких ядер удельная энергия связи сначала круто возрастает от 1,1 МэВ/нуклон у дейтерия до 7,1 МэВ/нуклон у гелия. Затем, претерпев ряд скачков, удельная энергия медленно возрастает до максимальной величины 8,7 МэВ/нуклон у элементов с массовым числом A = 50–60, а потом сравнительно медленно снижается у тяжелых элементов.
Например, у урана она составляет 7,6 МэВ/нуклон. Уменьшение удельной энергии связи при переходе к тяжелым элементам объясняется увеличением энергии кулоновского отталкивания протонов. В тяжелых ядрах связь между нуклонами ослабевает, а сами ядра становятся всё менее прочными.
Это означает, что существуют две возможности получения положительного энергетического выхода при ядерных превращениях:
деление тяжелых ядер на более легкие;
слияние легких ядер в более тяжелые.
В обоих этих процессах может выделиться огромное количество энергии - в зависимости от того, какие именно ядра использовать.
Чем дальше объяснять - проще подсчитать. Пусть, например, ядро урана делится на два одинаковых ядра с массовыми числами 119.
У этих ядер, удельная энергия связи порядка 8,5 МэВ/нуклон.
Удельная энергия связи ядра урана 7,6 МэВ/нуклон.
Следовательно, при делении ядра урана ВЫДЕЛЯЕТСЯ энергия, равная 0,9 МэВ/нуклон или более 200МэВ на один атом урана.
Рассмотрим теперь другой процесс. Пусть при некоторых условиях два ядра дейтерия сливаются в одно ядро гелия . Удельная энергия связи ядер дейтерия равна 1,1 МэВ/нуклон, а удельная энергия связи ядра гелия равна 7,1 МэВ/нуклон.
Следовательно, при синтезе одного ядра гелия из двух ядер дейтерия ВЫДЕЛИТСЯ энергия, равная 6 МэВ/нуклон или 24 МэВ на атом гелия.
Следует обратить внимание на то, что синтез легких ядер по сравнению с делением тяжелых сопровождается примерно в 6 раз большим выделением энергии на один нуклон.
