Главная >> Физика 9 класс. Генденштейн. Кайдалов

§ 20. Ядерные реакции

Энергия связи ядра

Под выделением энергии в ядерной реакции понимают увеличение суммарной кинетической энергии ядер и частиц, происходящее в результате реакции. За счет чего же возникает эта энергия, если закон сохранения энергии остается справедливым?

Выделение энергии в ядерных реакциях обусловлено изменением энергии взаимодействия нуклонов. Как вы уже знаете, между нуклонами действуют ядерные силы. Это силы притяжения. Чтобы разделить ядро на отдельные нуклоны, необходимо совершить работу, то есть сообщить ядру некоторую энергию.

Энергию, необходимую для расщепления ядра на отдельные нуклоны, называют энергией связи ядра.

Для нахождения энергии связи ядра используют соотношение между массой m тела и его полной энергией¹ Е. Оно имеет вид

Е = mс²,

¹ Имеется в виду энергия тела в системе отсчета, связанной с этим телом.

где с — скорость света. Это соотношение открыл А. Эйнштейн² в начале 20-го века. Из него следует, что когда энергия тела изменяется на ΔЕ, масса тела изменяется на

² Выдающийся физик 20-го века Альберт Эйнштейн (1879—1955) жил и работал в Швейцарии, Германии и США.

Из-за наличия энергии связи масса ядра М_я меньше суммы масс составляющих его нуклонов, поэтому точное измерение массы ядра позволяет определить энергию связи. Расчеты и опыты показывают, что выделение энергии в ядерных реакциях происходит тогда, когда энергия связи увеличивается.

Энергию связи, приходящуюся на один нуклон, называют удельной энергией связи. Таким образом, выделение энергии происходит в таких ядерных реакциях, в которых удельная энергия связи увеличивается.

Опыты показывают, что наибольшая удельная энергия связи у ядер с массовыми числами от 50 до 60 (ядро железа и ядра, близкие к нему по массовому числу). Поэтому при образовании из «тяжелых» ядер с большим массовым числом «средних» по массовому числу ядер удельная энергия связи увеличивается, а значит, энергия выделяется. Это и есть уже знакомые вам реакции деления.

Перейдем теперь к легким ядрам. Среди них наибольшая удельная энергия связи у ядер гелия (α-частиц). Она намного больше, чем у ядер дейтерия (это ядро изотопа водорода состоит из одного протона и одного нейтрона) и ядер трития (это ядро изотопа водорода состоит из одного протона и двух нейтронов).

Следовательно, при образовании ядра гелия из ядра дейтерия и ядра трития должна выделяться большая энергия. И, действительно, опыты показали, что в реакции

выделяется очень большая энергия. Как вы знаете, образование ядра с большей массой из менее массивных ядер называют реакцией синтеза. Именно с реакцией синтеза ученые связывают надежды на преодоление человечеством энергетического кризиса.