V{maketoc}
! دید کلی:
مفاهیم ((ساختار اتمی)) و ((ساختار هسته ای|هسته ای)) این است که اتم مرکب از هسته و الکترون هایی است که آن را احاطه کرده اند. و اینکه هسته از ((پروتون)) و ((نوترون)) ساخته شده است به این پرسش اساسی می انجامد که:
آیا جرم یک ((اتم)) خنثی با مجموع جرم های پروتون ها ، نوترون ها و ((الکترون)) هایی که آن اتم خنثی را تشکیل می دهند. برابر است یا نه ؟
این پرسش را به دقت می توان پاسخ داد. زیرا جرم پروتون ، نوترون و الکترون و همچنین جرم های تقریبا تمام اتم های گوناگون معلوم اند.
! منشا انرژی همبستگی هسته:
{picture=enerjihambastegi.jpg}
''در ((فیزیک)) یک اصل کلی است که می گوید :'' برای متلاشی کردن یک سیستم یا مجموعه پایدار باید کار انجام داد. مثلا اگر سیستمی از نوترون ها و پروتون ها ، که هسته اتم را ایجاد می کنند، پایدار باشد. برای از هم سوا کردن آنها باید ((انرژی)) مصرف نمود.
جرم کلی یک ((هسته پایدار)) باید کمتر از جمع جرم های جداگانه نوترون ها و پروتون های تشکیل دهنده آن باشد. از طریق محاسبه و تجربه معین شده است که اختلافی بین مجموع جرم ((نکلئون))های هسته و جرم هسته پایدار وجود دارد. این اختلاف جرم معادل انرژیی هست که جهت متلاشی کردن کامل هسته لازم است. این انرژی موسوم به ((انرژی همبستگی اتم)) می باشد.
! محاسبه انرژی همبستگی هسته:
بررسی جرم های اتمی شناخته شده نشان می دهد که برای هر نوع اتم ، ((جرم اتمی)) همواره کمتر از مجموع جرم های ذرات تشکیل دهنده به حالت آزاد آنهاست. ساده ترین اتم که دست کم شامل یک پروتون ، یک نوترون و یک الکترون باشد دوتریم است: در این مورد جرم ها عبارتند از:
((جرم سکون)) یک ((پروتون)) = amu 1.007276
جرم سکون یک ((نوترون)) = amu 1.008665
جرم سکون یک ((الکترون)) = amu 0.000549
جرم سکون ذرات تشکیل دهنده در حالت آزاد = amu 2.016490
جرم سکون اتم ((دوتریوم)) = 2.014102amu
تفاوت (Δm= 0.002388amu)
تفاوت جرم سکون ، Δm ، ممکن است کوچک به نظر آید، لیکن به علت ضریب {TEX()} {C^2} {TEX} در رابطه {TEX()} {E=mC^2} {TEX} این تفاوت جرم با تفاوت انرژی قابل ملاحظه ای مطابقت دارد. بنابرین تفاوت جرم ( Δm ) با تفاوت انرژی ( ΔE ) با رابطه ΔE=CΔm
2 به هم مربوط می شوند. یک ضریب تبدیل مناسب برای تبدیل جرم اتمی (برحسب ((واحد جرم اتمی))) به انرژی ( برحسب مگا الکترون ولت) عبارت است از (amu=93.1Mev).
بنابرین اگر تشکیل یک اتم ((دوتریوم)) را به هنگام ترکیب یک ((پروتون)) و یک ((نوترون)) (و اتصال با یک الکترون) را در نظر بگیریم، در این فرآیند مقدار جرمی برابر با
Mev = 1amu/931Mev x 0.002388amu 2.22 به هنگام ترکیب این سیستم از ذرات ترکیب شونده آن ، پیش از آن که به صورت یک اتم ((دوتریوم)) درآمده باشد، به اطراف تابیده است.
انرژی از دست رفته موردنظر را که از محاسبه تفاوت در جرم سکون حاصل شده، می توان با نتیجه یک آزمایش مستقیم مقایسه کرد. وقتی ((هیدروژن)) با نوترون بمباران می شود. یک نوترون به صورت واکنش زیر گیر می افتد.
__
1n+
11H→
21H+γ__
در این واکنش هیچ گونه اجزای ذرهای که ((انرژی جنبشی)) زیادی داشته باشند، ایجاد نمیشود. بنابراین جرمی برابر amu0.002388 که تفاوت سبکتر شدن
21H از <up>1n+
11Hs> است، به وسیله اشعه گاما ربوده می شود. انرژی این اشعه از طریق آزمایش معین و معلوم شده که MeV22.2 یعنی درست همان مقدار پیشگویی شده است.
! برهمکنش هسته دوتریوم با ((اشعه گاما)):
واکنش معکوس ، یعنی واکنشی که در آن دوتریم با اشعه گاما بمباران می شود، نیز بررسی شدهاست:
*اگر انرژی پرتوهای اشعه کمتر از MeV22.2 باشد، این واکنش صورت نمیگیرد. اما اگر پرتوهای V با انرژی MeV22.2 یا بیشتر به کار گرفته شوند، واکنش صورت میگیرد. یعنی پروتون و نوترون از هم جدا و آشکارپذیر می شوند.
21H+γ→
1n+
11H
*به دنبال ((گیر اندازی نوترون|"گیر اندازی" یک نوترون)) به وسیله
11H ، انرژی در یک ((اشعه گاما)) آزاد می شود. این انرژی (MeV22.2) انرژی اتصال دوترون نامیده میشود. این انرژی را میتوان انرژیای دانست که وقتی یک پروتون و یک نوترون برای ایجاد یک هسته باهم ترکیب میشود، آزاد میگردد. برای حصول واکنش معکوس (وقتی
21H با ((اشعه ایکس)) بمباران میشود) انرژی باید جذب شود.
*بنابراین میتوان چنین پنداشت که انرژی اتصال مقدار انرژی لازم برای شکستن هسته به ذرات هستهای سازنده آن است.
! ((انرژی هسته ای)):
مفهوم انرژی هستهای برای تمام مواردی که اجزایی ساده به وسیله نیرویی به هم میپیوندند و یک سیستم پیچیده بهوجود میآورند، به کار میآید. مثلا ((زمین)) در مداری به دور ((خورشید)) قرار گرفته و با ((نیروی گرانشی|جاذبه گرانشی)) به آن متصل است و در این صورت برای جدا شدن و گریز از خورشید باید مقداری ((انرژی جنبشی)) اضافی به آن داده شود.
در یک اتم ((هیدروژن)) eV 13 لازم است تا ((الکترون)) از قید هستهای که با ((نیروی الکتریکی|جاذبه الکتریکی)) به آن اتصال یافته خلاص شود. به عکس ، وقتی یک ((هسته)) عریان
11H الکترونی را گیر می اندازد و به یک اتم هیدروژن خنثای پایدار معمولی مبدل میشود. سیستم مقداری انرژی برابر با eV 13 به وسیله تابش از دست میدهد و این درست ((انرژی فوتون)) گسیل یافتهای است که در این فرآیند یعنی ، فرآیند ((گیراندازی الکترون)) ، مشاهده میشود. اما فقط انرژیهای اتصال هستهای آن قدر بزرگاند که تفاوت جرم مربوط به آنها قابل اندازهگیری میشود.
! مباحث مرتبط با عنوان:
*((الکترون))
*((انرژی هسته ای))
*((انرژی همبستگی اتم))
*((پروتون))
*((ساختار اتمی))
*((ساختار هسته ای))
*((واحد جرم اتمی))
*((ساختار هسته ای))
*((سوخت هسته ای))
*((گیراندازی الکترون))
*((گیر اندازی نوترون))
*((نوترون))