Вопрос 35. Дефект массы и энергия связи ядра. Ядерные реакции и законы сохранения.

Чтобы разбить ядро на отдельные нуклоны, надо совершить работу по преодолению ядерных сил, то есть сообщить ядру определённую энергию. А при соединении свободных нуклонов энергия напротив, выделяется. Энергия связи ядра – это минимальная энергия, необходимая для расщепления ядра на отдельные нуклоны. Самый простой способ – использовать взаимосвязь массы и энергии: , где – это скорость света.

Если измерить массу ядра атома до распада, а затем суммарную массу осколков, выяснится, что масса различается. Это различие называется дефектом массы.  где

– это энергия связи ядра;  – дефект массы. То есть при распаде ядер нарушается закон сохранения массы – точнее, выполняется его более общий случай, закон сохранения энергии

Ядерные реакции и законы сохранения.  Атомное ядро, испытывающее распад, называется материнским, возникающее ядро - дочерним. Радиоактивный распад происходит в соответствии с так называемыми правилами смещения, позволяющими установить, какое ядро возникает в результате распада данного материнского ядра.

Правила смещения являются следствием двух законов, выполняющихся при радиоактивных распадах.

1.Закон сохранения электрического заряда:

сумма зарядов возникающих ядер и частиц равна заряду исходного ядра.

2.Закон сохранения массового числа:

сумма массовых чисел возникающих ядер и частиц равна массовому числу исходного ядра.

Альфа распад. - лучи представляют собой поток ядер . Распад протекает по схеме

– химический символ материнского ядра, - дочернего. Альфа распад обычно сопровождается испусканием дочерним ядром - лучей.

Бета – распад.

-распад или электронный распад протекает по схеме

.

Получающийся в результате элемент будет расположен в таблице на одну клетку правее (смещен) относительно исходного элемента. Бета – распад может сопровождаться испусканием - лучей.

Гамма излучение. Экспериментально установлено, что излучение не является самостоятельным видом радиоактивности, а только сопровождает - и -распады, возникает при ядерных реакциях, торможении заряженных частиц, их распаде и т.д.

Ядерной реакцией называется процесс сильного взаимодействия атомного ядра с элементарной частицей или другим ядром, приводящий к преобразованию ядра (или ядер). Взаимодействие реагирующих частиц возникает при сближении их до расстояний порядка , т.е. до расстояний, на которых возможно действие ядерных сил,  Наиболее распространенным видом ядерной реакции является реакция взаимодействия легкой частицы " " с ядром в результате которого образуется легкая частица "в" и ядро

 –исходное ядро, - конечное ядро. -частица, вызывающая реакцию, в –частица, получающаяся в результате реакции.

В качестве легких частиц а и в могут фигурировать нейтрон , протон , дейтрон , - частица, , - фотон.

В любой ядерной реакции выполняются законы сохранения:

Электрических зарядов: сумма зарядов ядер и частиц, вступающих в реакцию, равна сумме зарядов конечных продуктов (ядер и частиц) реакции; 2) массовых чисел; 3) энергии; 4) импульса; 5) момента импульса.

Энергетический эффект ядерной реакции может быть рассчитан путем составления энергетического баланса реакции. Количество выделяющейся и поглощающейся энергии называется энергией реакции и определяется разностью масс (выраженных в энергетических единицах) исходных и конечных продуктов ядерной реакции. Если сумма масс образующихся ядер и частиц превосходит сумму масс исходных ядер и частиц, реакция идет с поглощением энергии (и наоборот).