انرژی بستگی هسته

انرژی بستگی هسته چیست؟

زمان مطالعه: ۲ دقیقه

 

در طی یک واکنش شیمیایی الکترون های آزاد از اتمی به اتم دیگر منتقل می شود. در برخی واکنش ها انرژی آزاد می شود و برخی دیگر از واکنش ها نیز انرژی می گیرند تا انجام شوند.

برای مثال جداسازی اتم های اکسیژن و هیدروژن در مولکول آب نیازمند دریافت انرژی است. این در حالیست که برای تشکیل آب از اتم های اکسیژن و هیدروژن، انرژی به صورت گرما و آب آزاد می شود.

در واقع، آرایش الکترون در اطراف هسته دارای انرژی است. هرگاه در واکنشی تغییر آرایش الکترون ها از انرژی زیاد به کم باشد طی این فرآیند انرژی آزاد خواهد شد و اگر از انرژی کم به زیاد باشد، می بایست برای انجام چنین فرآیندی به آن انرژی بدهیم.

آرایش نوکلئون ها در هسته نیز با انرژی زیادی همراهست. آیا می توان با تغییر در آرایش نوکلئون ها به انرژی حاصل از آن دست یافت؟

“پیر کوری” اولین شخصی بود که انرژی تولید شده توسط عناصر رادیواکتیو را اندازه گیری کرد. او انرژی مقداری ماده رادیوم را اندازه گرفت و به این نتیجه رسید که ۲۸ گرم عنصر رادیوم در یک ساعت، ۴۰۰۰ کالری انرژی را به صورت پرتوزایی آزاد می کند.

این میزان انرژی تولید شده تنها برای یک ساعت اولیه بوده و در ساعت های بعدی باز هم انرژی آزاد خواهد کرد. طوری که با گذشت ۱۰ ساعت ۴۰۰۰۰ کالری انرژی آزاد می شود.

با گذشت چند روز انرژی حاصل شده از سوختن ۲۸ گرم رادیوم با انرژی حاصل از سوختن همان مقدار نفت یعنی ۲۸ گرم مقایسه کنیم (که معادل ۳۲۵۰۰ کالری است)، قابل مقایسه نخواهد بود.

از همین رو انرژی هسته ای بسیار حائز اهمیت است. اما می خواهیم بدانیم انرژی آزاد شده در واپاشی رادیوم از کجا حاصل می شود؟

انرژی بستگی هسته ای

هسته ی اتم ها متشکل از نوترون و پروتون است. از همین رو در محاسبه جرم هسته انتظار داریم با مجموع جرم نوترون ها و پروتون های آن برابر باشد. اما این انتظار بر خلاف مشاهدات انجام شده است.

بر طبق اندازه گیری های دقیق انجام شده، جرم هسته از مجموع جرم نوکلئون ها کمتر است.

Mnucleus< ZMP + NMN

علت اختلاف جرم چیست؟

این اختلاف جرم به این علت است که بخشی از جرم هسته به صورت انرژی تابش شده است. که این انرژی تابش شده، همان انرژی بستگی هسته است.

∆Mnucleus = (ZMP + NMn) – M

جدا کردن نوکلئون ها نیازمند مصرف انرژی است. به همین ترتیب کنار هم قرار گرفتن نوکلئون ها انرژی آزاد خواهد کرد. بر طبق نظریه نسبیت انیشتین نیز جرم و انرژی می توانند به یکدیگر تبدیل شوند. و طبق رابطه زیر با یکدیگررابطه دارند.

E = mc۲

که در این رابطه m جرم ماده، c سرعت نور و E نیز انرژی معادل جرم است.

پس می توان نتیجه گرفت مقداری جرم در به انرژی تبدیل شده است که همان انرژی آزاد شده در فرآیند واپاشی است که به محیط داده شده است.

محاسبه انرژی بستگی هسته

  • انرژی برحسب ژول (جرم کیلوگرم)

  B = [ (ZMP + NMN ) – Mnucleus] ˟ C۲

  • انرژی برحسب مگا الکترون ولت (جرم برحسب U)

B = [ (ZMP + NMN ) – Mnucleus ] ˟ ۹۳۱.۵

 Z: عدد اتمی

Mp: جرم پروتون

N: تعداد نوترون ها

Mn: جرم نوترون ها

C: سرعت نور

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *