Portál:Otázky z biofyziky (1. LF UK, VL)/5. Otázka
 | 5. Otázka | |||
| Energie vazby atomového jádra, potenciální bariéra, hmotnostní defekt | ||||
| Otázky z biofyziky (1. LF UK, VL) | ||||
| Předchozí • Další | ||||
Energie vazby atomového jádra, potenciální bariéra, hmotnostní defekt
Vazebná energie jádra charakterizuje jeho stabilitu. Tato energie drží pohromadě nukleony v jádře. Je to energie, jíž bychom museli dodat, aby došlo k rozpadu jádra (jeho rozložení na jednotlivé nukleony). Zároveň je to energie, která by se uvolnila při vzniku jádra z jednotlivých nukleonů. Vazebnou energii jádra můžeme určit dle hmotnostního defektu (viz. níže).
Přepočítáme-li vazebnou energii jádra na jeden nukleon bude se u různých atomů lišit. Vazebnou energii přepočítanou na jeden nukleon nazýváme separační energie.
Hmotnostní defekt
Hmotnostní defekt vyjadřuje úbytek hmotnosti jádra. Hmotnost jádra složeného z Nelze pochopit (SVG, alternativně PNG (MathML lze povolit skrze prohlížečový plugin): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle Z} protonů a Nelze pochopit (SVG, alternativně PNG (MathML lze povolit skrze prohlížečový plugin): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle N} neutronů by se měla podle klasické fyziky rovnat součtu jejich hmotností, tedy
- vypočítaná hmotnost Nelze pochopit (SVG, alternativně PNG (MathML lze povolit skrze prohlížečový plugin): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle = Zm_p + Nm_n}
kde Nelze pochopit (SVG, alternativně PNG (MathML lze povolit skrze prohlížečový plugin): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle m_p} značí hmotnost protonu a Nelze pochopit (SVG, alternativně PNG (MathML lze povolit skrze prohlížečový plugin): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle m_n} hmotnost neutronu. Ovšem po zvážení jádra zjistíme, že skutečná (naměřená) hmotnost je nižší než bychom očekávali, hmotností defekt Nelze pochopit (SVG, alternativně PNG (MathML lze povolit skrze prohlížečový plugin): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \Delta m} nám tedy udává rozdíl mezi hmotností jádra vypočítanou a naměřenou:
- Nelze pochopit (SVG, alternativně PNG (MathML lze povolit skrze prohlížečový plugin): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \Delta m=} (vypočítaná hmotnost) - (změřená hmotnost)
Úbytek hmotnosti, hmotnostní defekt, si vysvětlujeme tak, že část klidové energie nukleonů, která je reprezentována jejich klidovou hmotností, přechází na vazebnou energii jádra. Dle Einsteinovy teorie relativity odpovídá hmotnostnímu defektu rozdíl energie:
- Nelze pochopit (SVG, alternativně PNG (MathML lze povolit skrze prohlížečový plugin): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \Delta E=\Delta m c^2}
kde Nelze pochopit (SVG, alternativně PNG (MathML lze povolit skrze prohlížečový plugin): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle c} je rychlost svetla ve vakuu. Tento energetický rozdíl můžeme interpretovat jako vazebnou energii jádra. Čím je tedy hmotností defekt vyšší, tím je vazebná energie jádra větší a tudíž je jádro stabilnější.
Potenciální bariéra
Nukleony v jádře jsou k sobě poutány přitalivými silami silné jaderné interakce. Tyto síly rychle klesají se vzrůstající vzdáleností narozdíl od sil odpudivých, ty klesají dle Coulumbova zákona, díky tomu můžeme považovat jádro v čase za stabilní.
Pohybuje-li se k jádru částice s kladným nábojem musí překonat elektromagnetické odpudivé síly tedy potenciálovou bariéru. Potenciál odpudivých sil roste s klesající vzdáleností až do vzdálenosti efektivního poloměru jádra Nelze pochopit (SVG, alternativně PNG (MathML lze povolit skrze prohlížečový plugin): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle R} , kdy začnou převažovat síly přitažlivé, které částici přitáhnou do jádra. Potenciál jádra je největší na jeho povrchu, to odpovídá vzdálenosi efektivního poloměru jádra.
Potenciálová bariéra brání průběhu termonukleární reakce v plazmě. A to díky tomu, že i při teplotách v řádů tisíců kelvinů je kinetická energie kolidujících jader nižší než jejich potenciálová bariéra. To má za následek, že se jádra nemohou k sobě dostatečně přiblížit a nemůže tak dojít k jaderné fúzi, tedy k vytvoření sloučeného jádra a uvolnění vazebné energie.
