Nuklearna energija vezanja

Nuklearna energija vezanja je energija koja drži nukleone (protone i neutrone) na okupu u atomskom jezgru. Ta energija ima različite vrednosti za različita jezgra, a raste s porastom atomskog broja (Z). Zbog takve razlike u energiji vezanja, neka su jezgra nestabilna i raspadaju se, pretvarajući se u druga, stabilnija jezgra. Učestalost raspada je povezana sa vremenom poluraspada, koje se određuje kao vreme koje je potrebno da se raspadne polovina jezgara nekog uzorka. Vreme poluraspada različitih jezgara može imati vrednosti od delića sekunde pa sve do nekoliko milijardi godina.^[1]

Nuklearna energija vezanja po nukleonu za neke izotope.

Među protonima, kao pozitivno naelektrisanim česticama, vlada odbojna elektromagnetna sila, dok izmeu protona i neutraona (kao nenaelektrisanih čestica) nema elektromagnetne interakcije. Sila koja drži nukleone u jezgru na okupu je rezidualna jaka nuklearna sila. Nuklearna energija vezivanja odgovara radu koji je potrebno uložiti da bi se jezgro rastavilo na nukleone.

Defekt mase

Merenja atomskih masa atomskih jezgri pomoću masenog spektrografa, pokazala su da je masa svakog atomskog jezgra uvek manja od zbira masa njegovih slobodnih nukleona (protona i neutron), od kojih je sastavljena. Razlika između zbira masa protona i neutrona, koji grade neko atomsko jezgro, i same mase tog atomskog jezgra, naziva se defekt mase. S obzirom na Ajnštajnovu ekvivalentnost mase i energije (), proizlazi da se pri stvaranju neke atomske mase, jedan deo mase pretvorio u energiju, i to u nuklearnu energiju vezivanja.^[2]

Nuklearna energija vezanja po nukleonu

Ako se vrednost nuklearne energije vezanja podeli s brojem nukleona u atomskom jezgru, dobija se nuklearna energija vezanja po nukleonu ili specifična nuklearna energija vezanja. Tako na primer ona za neon-20 iznosi 8,031 , dok za olovo-208 je 7,865 . Iako su ova dva hemijska elementa na različitim stranama periodnog sistema elemenata, nuklearna energija vezanja po nukleonu im je gotovo jednaka.

Nuklearna energija vezanja po nukleonu brzo raste u području lakih elemenata i sve do materija koje imaju atomsku masu oko 60, gde iznosi oko 9 . Nakon toga dolazi do pada vrednosti, da bi za uranijum bila oko 7 . Između atomskih masa 1 i 20 primećuje se izlomljenost krivulje, s oštrim prelazima između najmanjih i najvećih vrednosti. Najmanje vrednosti u tom području imaju litijum-6 i bor-10, jer sadrže neparan broj protona i neutrona. Najveće vrednosti u tom području imaju helijum-4, ugljenik-12 i kiseonik-16, koji imaju paran broj nukleona. Možemo zaključiti da stabilnost atomskog jezgra zavisi i od toga da li ima paran ili neparan broj nukleona. Vidljivo je da među lakim atomskim jezgrima, atomsko jezgro helijuma-4 (alfa-čestica) ima najveću nuklearnu energiju vezanja po nukleonu, pa možemo zaključiti da alfa-čestice imaju vrlo stabilno atomsko jezgro.^[3]

Osim toga, vidljivo je da najveću vrednost nuklearne energije vezanja po nukleonu imaju atomska jezgra s atomskom masom od 40 do 100. Kod njih energija vezanja iznosi oko 8,7 .

Najjače nuklearne energije vezanja po nukleonu^[4]

Atomsko jezgro			Defekt mase	Ukupna masa	Ukupna masa / nukleon	Nuklearna energija vezanja / nukleon	Nuklearna energija vezanja	Energija vezanja	Energija vezanja / nukleon
56Fe	26	30	-60,6054	55,934937	0,9988382 u	9,1538	0,528479	492,275	8,7906
58Fe	26	32	-62,1534	57,933276	0,9988496	9,1432	0,547471	509,966	8,7925
60Ni	28	32	-64,4721	59,930786	0,9988464	9,1462	0,565612	526,864	8,7811
62Ni	28	34	-66,7461	61,928345	0,9988443	9,1481	0,585383	545,281	8,7948

Nuklearna energija vezanja po nukleonu za neke lake elemente

Atomsko jezgro			Defekt mase	Ukupna masa	Ukupna masa / nukleon	Nuklearna energija vezanja / nukleon	Nuklearna energija vezanja	Energija vezanja	Energija vezanja / nukleon
	0	1	8,0716	1,008665	1,008665	0,0000	0 u	0	0
1H	1	0	7,2890 MeV	1,007825	1,007825	0,7826	0,0000000146	0,0000136	13,6
2H	1	1	13,13572	2,014102	1,007051	1,50346	0,002388	2,22452	1,11226
3H	1	2	14,9498 MeV	3,016049 u	1,005350 u	3,08815 MeV	0,0091058 u	8,4820	2,8273
3He	2	1	14,9312	3,016029	1,005343	3,09433	0,0082857	7,7181	2,5727

Za atomska jezgra koje imaju atomsku masu veću od 100, nuklearna energija vezanja po nukleonu pomalo opada, tako da pri kraju uranijum-238 ima vrednost oko 7,5 MeV.

Izvori

1. Архивирано на сајту (5. јул 2010) "Ionizirajuće zračenje u biosferi", Mile Dželalija, Kemijsko-tehnološki fakultet, Sveučilište u Splitu, 2011.
2. Архивирано на сајту (5. фебруар 2017) "4.1 FIZIKA NEK-a - Fisija", Nuklearna elektrana Krško, e-škola, 2011.
3. ^{[мртва веза]} "Uvod u nuklearnu energetiku", Prof. dr. sc. Danilo Feretić, 2011.
4. Jagdish K. Tuli: "Nuclear Wallet Cards, 7th edition", 2005, Brookhaven National Laboratory, US National Nuclear Data Center

Спољашње везе