VAZEBN┴ ENERGIE JADER

JadernΘ sφly

Jakmile se zjistilo, ₧e jßdro atomu se sklßdß z proton∙ a neutron∙, vznikla otßzka, jakΘ sφly dr₧φ tyto Φßstice pohromad∞ v atomovΘm jßd°e. 

Stavba atomu - schΘmatick² obrßzek atomu kyslφku. Tento atom kyslφku mß 8 proton∙, 8 neutron∙ a 8 elektron∙. Tento izotop mß v p°φrodnφ sm∞si zastoupenφ 99,76 %.

Je z°ejmΘ, ₧e tyto sφly nemohou b²t elektrickΘ, nebo¥ dva kladn∞ nabitΘ protony se podle Coulombova zßkona odpuzujφ. Ani p°ita₧livß gravitaΦnφ sφla toho mnoho nezachrßnφ, proto₧e po v²poΦtu zjistφme, ₧e je asi 1036krßt slabÜφ ne₧ odpudivß elektrickß. Z°ejm∞ jde o nov² druh sil, kterΘ se naz²vajφ jadernΘ sφly. O vysv∞tlenφ jejich podstaty se v²znamn∞ zaslou₧il japonsk² fyzik H. Yukawa v roce 1935. P°ita₧livΘ jadernΘ sφly jsou asi tisφckrßt siln∞jÜφ ne₧ sφly elektromagnetickΘ, ale majφ velmi nepatrn² dosah. ZaΦφnajφ p∙sobit teprve tehdy, kdy₧ jsou nukleony tak t∞sn∞ u sebe, ₧e se tΘm∞° dot²kajφ (je to podobnΘ jako u lepiv²ch bonbon∙, kterΘ takΘ dr₧φ spolu teprve tehdy, kdy₧ se dot²kajφ). DalÜφ vlastnostφ t∞chto sil je, ₧e jsou nßbojov∞ nezßvislΘ. To znamenß, ₧e majφ stejnou velikost mezi dv∞ma protony, dv∞ma neutrony i mezi protonem a neutronem.

Hmotnostnφ schodek a vazebnß energie

V roce 1919 sestrojil britsk² chemik F. W. Aston nov² typ hmotnostnφho spektrografu (p°φstroje, kter²m se dß zjiÜ¥ovat p°esnß hmotnost izotop∙ prvk∙ podle jejich pohybu v elektrick²ch a magnetick²ch polφch). P°i m∞°enφch zjistil, ₧e hmotnost atomov²ch jader je o n∞co ni₧Üφ ne₧ souΦet hmotnostφ jednotliv²ch nukleon∙, kterΘ jßdra tvo°φ. Rozdφlu mezi ob∞ma hmotnostmi °φkßme hmotnostnφ schodek jßdra. K vysv∞tlenφ tohoto poznatku nßm staΦφ op∞t vzorec Alberta Einsteina.

NßzornΘ vysv∞tlenφ hmotnostnφho schodku. VolnΘ nukleony jsou t∞₧Üφ ne₧ jßdro z nich vytvo°enΘ. Rozdφl hmotnostφ naz²vßme hmotnostnφ schodek.

AtomovΘ jßdro je vßzan² systΘm Φßstic. P°edstavme si, ₧e bychom cht∞li jßdro rozd∞lit na jednotlivΘ nukleony. Museli bychom p°ekonat soudr₧nost nukleon∙ vßzan²ch jadern²mi silami a dodat jim energii. Jestli₧e vÜak Φßstici dodßme energii, vzroste jejφ hmotnost. VolnΘ nukleony musφ b²t tedy t∞₧Üφ ne₧ vßzanß soustava nukleon∙. Naopak p°i spojenφ proton∙ a neutron∙ do jednoho jßdra sni₧uje jejich energii prßce p°ita₧liv²ch jadern²ch sil, dochßzφ k uvoln∞nφ stejn∞ velkΘ energie a k ·bytku hmotnosti. Energie voln²ch nukleon∙ je tedy v∞tÜφ ne₧ energie jßdra, kterΘ z nich slo₧φme, o rozdφl naz²vajφcφ se vazebnß energie.
To platφ i obecn∞: ka₧dß Φßstice ve vesmφru pat°φ k n∞jakΘmu systΘmu (jßdro, atom, molekula, krystal, planeta ...). Pokud chceme Φßstici od systΘmu odd∞lit, musφme jφ dodat energii v∞tÜφ, ne₧ kterou je v systΘmu vßzßna. P°inßle₧itost Φßstice k n∞jakΘmu systΘmu je tedy charakterizovßna vazebnou energiφ E_v, kterou Φßstice musφ za vstup do systΘmu "zaplatit". P°itom snφ₧φ svou hmotnost o hodnotu m = E_v . c^-2.
Podle toho vazebnou energii, jßdra chßpeme i jako mφru jeho stability. ╚φm je vazebnß energie jßdra v∞tÜφ, tφm je nesnadn∞jÜφ rozlo₧it ho na jednotlivΘ volnΘ nukleony.

Princip hmotnostnφho spektrografu. Ionty jsou nejprve urychleny elektrick²m polem a potom prochßzejφ magnetick²m polem, kterΘ je orientovßno kolmo na sm∞r jejich pohybu. Polom∞r zak°ivenφ drah iont∙ je p°φmo ·m∞rn² hmotnosti Φßstic.

╪ekn∞me si jeÜt∞ pßr slov o vazebn²ch energiφch atomu a molekuly. Podle p°edchozφho v²kladu bude vazebnß energie atomu E_va energie pot°ebnß k odd∞lenφ elektronovΘho obalu od jßdra atomu a vazebnß energie molekuly E_vm energie pot°ebnß k odd∞lenφ jednotliv²ch atomu molekuly od sebe. O jak velkΘ hodnoty energie jde? M∞°enφm a v²poΦty byly zφskßny nßsledujφcφ v²sledky:
Vazebnß energie jader je velkß, pohybuje se od 2,22 MeV (pro deuteron -jßdro t∞₧kΘho vodφku ²/₁H) a₧ po 1800 MeV (pro t∞₧kß jßdra).
Vazebnß energie atomu nep°evyÜuje 0,12 MeV, vazebnß energie elektronu v atomu vodφku je 13,6 eV. Vazebnß energie atom∙ v molekulßch je pouze n∞kolik eV.