Ker so nukleoni v jedru vezani z jedrskimi silami, je potrebno porabiti veliko energije, da se jedro loči na sestavne protone in nevtrone. Enaka energija se sprosti, ko se prosti protoni in nevtroni združijo in tvorijo jedro. To energijo imenujemo vezavna energija jedra. Po Einsteinovi teoriji relativnosti energija ustreza masi. Zato mora biti masa jedra manjša od vsote mas njegovih sestavnih prostih protonov in nevtronov. Razliko med vsoto preostalih mas prostih protonov in nevtronov, iz katerih je jedro nastalo, in maso jedra imenujemo napaka jedrne mase. Vezna energija je: E sv = Z 2×D m
D m– defekt jedrske mase.
Energija vezave je izražena v megaelektronvoltih (MeV) (MeV=10 6 EV). Ker je enota atomske mase (amu) enaka 1,66 × 10 -27 kg, je mogoče določiti ustrezno energijo:
Z masnim spektrografom smo izmerili mase vseh izotopov in izračunali vrednosti masnega defekta in vezavne energije za vsa jedra, ki se uporabljajo za izračun jedrskih reakcij. Če v neki reakciji dobimo jedra in delce, katerih skupna masa je manjša od mase prvotnih jeder in delcev, potem se v takih reakcijah sprosti energija; če je več, se absorbira in do take reakcije ne bo prišlo spontano.
Izvedimo energijski izračun jedrske reakcije pretvorbe radija v radon: 
. Energija vezave prvotnega jedra je 1731,6 MeV, skupna energija vezave nastalih jeder pa 1708,2+28,3=176,5 MeV in več energije povezava prvotnega jedra pri 4,9 MeV. Zato se pri tej reakciji sprosti energija 4,9 MeV, kar je v glavnem kinetična energija g-delci.
Velik pomen ima vezavno energijo na nukleon. Večje kot je, močnejše je jedro. Najbolj trpežna srednja jedra. Lahka jedra svoje vezavne energije ne izrabljajo dovolj. Težka jedra oslabijo Coulombove odbojne sile, ki za razliko od jedrskih sil delujejo med vsemi nukleoni jedra. Iz tega sledi pomemben sklep: energija se sprosti, ko nastanejo srednja jedra. To se lahko zgodi, ko težko jedro v jedrskih reaktorjih razdelimo na dve srednji ali ko srednje jedro sintetiziramo iz dveh lažjih. To so reakcije termonuklearne fuzije, ki potekajo na soncu in zvezdah.
TEŽAVE ZA ENOTO 25
1. V kaj se spremeni izotop torija, katerega jedro je podvrženo trem zaporednim razpadom?
rešitev:
Pri oddaji a-delca se naboj jedra zmanjša za 2 enoti, masno število pa za 4 enote, kar pomeni, da se pri oddaji 3 a-delcev naboj jedra zmanjša za 2 × 3 = 6 enot, in masno število za 4 × 3 = 12 enot in pomeni, da dobljeni izotop na podlagi tabele ugotovimo, da gre za polonij oz. 
2. Ko je dušik obstreljen z nevtroni, nastaneta dva izotopa, od katerih je eden izotop vodika. Izotop katerega elementa nastane med to jedrsko reakcijo.
V tem primeru pride do jedrske reakcije, pri kateri nastane neznani izotop X.
Pri jedrskih reakcijah se število nukleonov in naboj ohranita, zato je vsota indeksov in nadkriptov konstantna.
Z uporabo periodnega sistema ugotovimo, da dobimo ogljik:
Torej: 
3.
Dodaj jedrska reakcija: 
Ugotovimo, da ima neznani delec nabojno število 1 in maso 1, kar pomeni, da je izotop vodika, tj. proton, tj. imamo: 
4. Poiščite energijo, ki ustreza 1 amu. Izrazite ga v MeV.
rešitev:
E = mc 2
m= 1 amu = 1,66 × 10 -27 kg
Z= 3 × 10 8 m/s
E= 1,66 × 10 -27 × (3 × 10 8) 2 = 14,94 × 10 -11 J
1 EV = 1,6 × 10 -19 J
To pomeni: 1 am.u. ustreza 931 MEV.
5. Izračunajte energijo tritijevega jedra, če je masa protona enaka gospod= 1,00814 amu, masa nevtrona m n= 1,00898 in maso atoma tricija A= 3,01700 amu
podano:
gospod= 1,00814 a.u.m.
m n = 1,00898
A = 3,01700 amu
__________________
E St – ?
rešitev:
Jedro tricija: sestavljeno iz enega protona in dveh nevtronov, katerih skupna masa je: m p + 2m n = 1,00814 + 2 × 1,00898 = =3,02610
To pomeni, da je masna napaka:
D m= 3,02610 - 3,01700 a.m.u. = 0,00910 amu
Ker 1 a.u.m. - 931 MEV; to E St= 931 × D m oz
E St= 931 × 0,00910 (MEV) = 8,5 MEV
Odgovori: 8,5 MEV
6. Energija se med reakcijo sprosti ali absorbira:
Vezno energijo vsakega jedra je bilo mogoče izračunati, lahko pa uporabite tudi posebno tabelo:
Skupna masa jeder in delcev pred reakcijo: 39,2 + 28,3 = 67,5 MEV
po reakciji: 64,7 + 0 = 64,7 MEV
To pomeni, da se pri taki reakciji absorbira energija: 67,5 - 64,7 = 2,8 MEV
7.
Določite energijo reakcije: 
pred reakcijo: 2,2 + 2,2 = 4,4 MEV
po reakciji: 8,5 MEV
sproščena energija: 8,5 - 4,4 = 4,1 MeV
8. Radioaktivnega kobalta je 4 g. Koliko gramov kobalta razpade v 216 dneh, če je njegova razpolovna doba 72 dni?
podano:
m 0 = 4 g
t= 216 dni.
T= 72 dni.
D m – ?
rešitev:
Ker je masa snovi neposredno sorazmerna s številom atomov, potem: DN = N 0 - N;
Pomeni: 
To pomeni: in
Odgovori: 3,5 g.
9. Tam je 8 kg radioaktivnega cezija. Določite maso nerazpadlega cezija po 135 letih radioaktivnega razpada, če je njegova razpolovna doba 27 let.
Do nedavnega so ljudje verjeli, da je atom en sam, nedeljiv delec. Kasneje je postalo jasno, da je sestavljen iz jedra in elektronov, ki se vrtijo okoli njega. Hkrati je osrednji del spet veljal za nedeljivega in celega. Danes vemo, da je sestavljen iz protonov in nevtronov. Poleg tega ima lahko ista snov, odvisno od števila slednjih, več izotopov. Torej, tritij je snov, kako jo pridobiti in uporabiti?
Tritij - kaj je to?
Vodik je najpreprostejša snov v naravi. Če govorimo o njegovi najpogostejši obliki, o kateri bomo podrobneje razpravljali spodaj, potem je njen atom sestavljen iz samo enega protona in enega elektrona. Lahko pa sprejme tudi »odvečne« delce, ki nekoliko spremenijo njegove lastnosti. Tako je jedro tritija sestavljeno iz protona in dveh nevtronov. In če proti, potem je največ preprosta oblika vodik - tega ne moremo reči za njegovo "izboljšano" različico - v naravi ga najdemo v majhnih količinah.
Vodikov izotop tritij (ime izhaja iz grške besede za "tretji") so leta 1934 odkrili Rutherford, Oliphant in Harteck. In res so ga zelo dolgo in vztrajno poskušali najti. Takoj po odkritju devterija in težke vode leta 1932 so znanstveniki začeli iskati ta izotop s povečanjem občutljivosti preučevanja navadnega vodika. Toda kljub vsemu so bili njihovi poskusi zaman - tudi v najbolj koncentriranih vzorcih niso mogli zaslediti niti namiga o prisotnosti snovi, ki je preprosto morala obstajati. Toda na koncu je bilo iskanje vseeno okronano z uspehom - Oliphant je element sintetiziral s pomočjo Rutherfordovega laboratorija.
Na kratko, definicija tritija je naslednja: radioaktivni izotop vodika, katerega jedro je sestavljeno iz protona in dveh nevtronov. Torej, kaj je znanega o njem?
O vodikovih izotopih
Prvi element periodnega sistema je tudi najpogostejši v vesolju. Poleg tega ga v naravi najdemo v obliki enega od treh izotopov: protija, devterija ali tritija. Jedro prvega je sestavljeno iz enega protona, kar mu daje ime. Mimogrede, to je edini stabilen element, ki nima nevtronov. Naslednji v nizu izotopov vodika je devterij. Njegovo atomsko jedro je sestavljeno iz protona in nevtrona, njegovo ime pa izhaja iz grške besede za "drugi".
V laboratoriju so bili pridobljeni tudi še težje izotope vodika z masnimi števili od 4 do 7. Njihov razpolovni čas je omejen na delčke sekund.
Lastnosti
Atomska masa tritija je približno 3,02 a. e.m. Po njihovem fizične lastnosti ta snov se skoraj ne razlikuje od navadnega vodika, tj. normalne razmere je lahek plin brez barve, okusa in vonja, ima visoko toplotno prevodnost. Pri temperaturi približno -250 stopinj Celzija postane lahka in tekoča brezbarvna tekočina. Razpon, znotraj katerega se nahaja v danem agregatnem stanju, je precej ozek. Tališče je približno 259 stopinj Celzija, pod tem vodik postane snegu podobna masa. Poleg tega se ta element precej dobro raztopi v nekaterih kovinah.
Vendar pa obstajajo nekatere razlike v lastnostih. Prvič, tretji izotop ima manjšo reaktivnost, in drugič, tritij je radioaktiven in zato nestabilen. je nekaj več kot 12 let. Med procesom radiolize se spremeni v tretji izotop helija z emisijo elektrona in antinevtrina.
potrdilo o prejemu
V naravi se tritij nahaja v majhnih količinah in najpogosteje nastaja v zgornje plasti atmosfero ob trku kozmičnih delcev in na primer atomov dušika. Vendar pa obstaja tudi industrijska metoda pridobivanje tega elementa z obsevanjem litija-6 z nevtroni v
Sintetiziranje tritija v prostornini, katere masa je približno 1 kilogram, stane približno 30 milijonov dolarjev.
Uporaba
Tako smo izvedeli nekaj več o tritiju - kaj je in njegove lastnosti. Toda zakaj je to potrebno? Ugotovimo malo nižje. Po nekaterih podatkih je svetovno komercialno povpraševanje po tritiju približno 500 gramov na leto, dodatnih 7 kilogramov pa se porabi za vojaške potrebe.
Po podatkih Ameriškega inštituta za energetske raziskave in okolju, od leta 1955 do 1996 je bilo v Združenih državah proizvedenih 2,2 funta super težkega vodika. Leta 2003 so bile skupne zaloge tega elementa približno 18 kilogramov. Za kaj se uporabljajo?
Prvič, tritij je potreben za ohranjanje bojne učinkovitosti jedrskega orožja, ki ga, kot vemo, nekatere države še vedno imajo. Drugič, termonuklearna energija ne more brez nje. V nekaterih se uporablja tudi tritij znanstvena raziskava, na primer, v geologiji se uporablja za datiranje naravnih voda. Drugi namen je napajanje za osvetlitev ozadja v uri. Poleg tega se trenutno izvajajo poskusi za ustvarjanje radioizotopskih generatorjev z ultra nizko močjo, na primer za napajanje avtonomnih senzorjev. Pričakuje se, da bo v tem primeru njihova življenjska doba približno 20 let. Stroški takšnega generatorja bodo približno tisoč dolarjev.
Kot originalni spominki obstajajo tudi obeski za ključe z majhna količina tritij v notranjosti. Oddajajo sijaj in izgledajo precej eksotično, še posebej, če poznate notranjo vsebino.
Nevarnost
Tritij je radioaktiven, kar pojasnjuje nekatere njegove lastnosti in uporabo. Njegova razpolovna doba je približno 12 let, pri čemer nastane helij-3 z emisijo antinevtrina in elektrona. Pri tej reakciji se sprosti 18,59 kW energije in beta delci se porazdelijo v zrak. Običajnemu človeku se morda zdi nenavadno, da se radioaktivni izotop uporablja recimo za osvetlitev ure, saj je to lahko nevarno, kajne? Pravzaprav tritij skorajda ne ogroža zdravja ljudi, saj se delci beta med njegovim razpadom razširijo največ 6 milimetrov in ne morejo premagati najpreprostejših ovir. Vendar to ne pomeni, da je delo z njim popolnoma varno – vsako zaužitje s hrano, zrakom ali vsrkavanje skozi kožo lahko povzroči težave. Čeprav se v večini primerov zlahka in hitro odstrani, ni vedno tako. Torej, tritij - kaj je to v smislu nevarnosti sevanja?
Zaščitni ukrepi
Kljub temu, da nizka razpadna energija tritija ne omogoča resnejšega širjenja sevanja, tako da beta delci ne morejo prodreti niti skozi kožo, ne smete zanemariti svojega zdravja. Pri delu s tem izotopom seveda ne morete uporabljati obleke za zaščito pred sevanjem, ampak osnovna pravila, kot so zaprta oblačila in kirurške rokavice, je treba upoštevati. Ker tritij predstavlja glavno nevarnost pri zaužitju, je pomembno, da prenehamo z aktivnostmi, ki bi lahko privedle do tega. Sicer pa ni razloga za skrb.
Če je še notri velike količine vstopi v telesna tkiva, se lahko razvije akutna ali kronična radiacijska bolezen, odvisno od trajanja, odmerka in rednosti izpostavljenosti. V nekaterih primerih je to bolezen mogoče uspešno pozdraviti, vendar je pri obsežnih poškodbah možna smrt.
V katerikoli normalno telo Obstajajo sledi tritija, čeprav so popolnoma nepomembne in skoraj ne vplivajo No, za ljubitelje ur s svetlečimi kazalci je njegova raven nekajkrat višja, čeprav še vedno velja za varno.
Super težka voda
Tritij, tako kot navaden vodik, lahko tvori nove snovi. Zlasti je vključen v molekulo tako imenovane super težke (super težke) vode. Lastnosti te snovi se ne razlikujejo preveč od vsem znane H 2 O. Kljub temu, da lahko tritijeva voda sodeluje tudi pri presnovi, je precej strupena in se izloči v desetih dneh, v katerem tkiva lahko prejmejo precej visoka stopnja obsevanje. In čeprav je ta snov manj nevarna sama po sebi, je bolj nevarna zaradi časa, v katerem ostane v telesu.
Absolutno kdorkoli kemična snov sestoji iz določenega niza protonov in nevtronov. Držijo se skupaj zaradi dejstva, da je v delcu prisotna vezavna energija atomskega jedra.
Značilnost jedrskih privlačnih sil je njihova zelo velika moč na relativno majhnih razdaljah (od približno 10 -13 cm). Ko se razdalja med delci povečuje, privlačne sile znotraj atoma slabijo.
Razmišljanje o vezni energiji znotraj jedra
Če si predstavljamo, da obstaja način, kako izmenično ločiti protone in nevtrone iz jedra atoma in jih postaviti na takšno razdaljo, da vezna energija atomskega jedra preneha delovati, potem mora biti to zelo težko delo. Da bi iz jedra atoma izluščili njegove komponente, je treba poskusiti premagati znotrajatomske sile. Ta prizadevanja bodo namenjena razdelitvi atoma na nukleone, ki jih vsebuje. Zato lahko sodimo, da je energija atomskega jedra manjša od energije delcev, iz katerih je sestavljeno.
Ali je masa intraatomskih delcev enaka masi atoma?
Že leta 1919 so se raziskovalci naučili izmeriti maso atomskega jedra. Najpogosteje se "tehta" s posebnimi tehničnimi instrumenti, imenovanimi masni spektrometri. Načelo delovanja takšnih naprav je v primerjavi z značilnostmi gibanja delcev različne mase. Poleg tega imajo takšni delci enako električni naboji. Izračuni kažejo, da tisti delci, ki imajo različne indikatorje mase se gibljejo po različnih tirnicah.
Sodobni znanstveniki so z veliko natančnostjo določili mase vseh jeder, pa tudi njihove sestavne protone in nevtrone. Če primerjamo maso določenega jedra z vsoto mas delcev, ki jih vsebuje, se izkaže, da bo v vsakem primeru masa jedra večja od mase posameznih protonov in nevtronov. Ta razlika bo približno 1 % za katero koli dano kemikalijo. Zato lahko sklepamo, da je vezavna energija atomskega jedra 1 % njegove energije mirovanja.
Lastnosti intranuklearnih sil
Nevtroni, ki so v jedru, se med seboj odbijajo s Coulombovimi silami. Toda atom ne razpade. To je olajšano s prisotnostjo privlačne sile med delci v atomu. Take sile, ki niso električne narave, imenujemo jedrske. Interakcija nevtronov in protonov se imenuje močna interakcija.
Na kratko, lastnosti jedrskih sil so naslednje:
- to je neodvisnost od naboja;
- delovanje le na kratkih razdaljah;
- kot tudi nasičenost, ki se nanaša na zadrževanje le določenega števila nukleonov drug blizu drugega.
V skladu z zakonom o ohranitvi energije se v trenutku, ko se jedrski delci združijo, energija sprosti v obliki sevanja.
Energija vezave atomskih jeder: formula
Za zgornje izračune se uporablja splošno sprejeta formula:
E St=(Z·m p +(A-Z)·m n -Mjaz)·c²
Tukaj pod E St se nanaša na vezno energijo jedra; z- hitrost svetlobe; Z-število protonov; (A-Ž) - število nevtronov; m str označuje maso protona; A m n- masa nevtronov. M i označuje maso jedra atoma.
Notranja energija jeder različnih snovi
Za določitev vezavne energije jedra se uporablja ista formula. Energija vezave, izračunana s formulo, kot je navedeno prej, ni večja od 1 % celotne energije atoma ali energije počitka. Vendar se ob natančnejšem pregledu izkaže, da ta številka precej močno niha pri prehodu od snovi do snovi. Če poskušate določiti njegove natančne vrednosti, se bodo razlikovale predvsem pri tako imenovanih lahkih jedrih.
Na primer, vezavna energija znotraj atoma vodika je enaka nič, ker vsebuje samo en proton.Vezna energija helijevega jedra bo 0,74 %. Za jedra snovi, imenovane tritij, bo to število 0,27 %. Kisik ima 0,85 %. V jedrih s približno šestdesetimi nukleoni bo energija znotrajatomske vezi približno 0,92 %. Za atomska jedra imeti večja masa, se bo to število postopoma zmanjšalo na 0,78 %.
Za določitev vezavne energije jedra helija, tritija, kisika ali katere koli druge snovi se uporablja ista formula.
Vrste protonov in nevtronov
Glavne razloge za takšne razlike je mogoče pojasniti. Znanstveniki so ugotovili, da so vsi nukleoni v jedru razdeljeni v dve kategoriji: površinske in notranje. Notranji nukleoni so tisti, ki so z vseh strani obdani z drugimi protoni in nevtroni. Površinske so z njimi obdane le od znotraj.
Energija vezave atomskega jedra je sila, ki je bolj izrazita v notranjih nukleonih. Nekaj podobnega se mimogrede zgodi s površinsko napetostjo različnih tekočin.
Koliko nukleonov se prilega jedru
Ugotovljeno je bilo, da je število notranjih nukleonov še posebej majhno v tako imenovanih lahkih jedrih. In za tiste, ki spadajo v najlažjo kategorijo, se skoraj vsi nukleoni štejejo za površinske. Menijo, da je vezavna energija atomskega jedra količina, ki naj bi naraščala s številom protonov in nevtronov. A tudi ta rast se ne more nadaljevati v nedogled. Pri določenem številu nukleonov - in to je od 50 do 60 - nastopi še ena sila - njihov električni odboj. Pojavi se tudi ne glede na prisotnost vezavne energije v jedru.
Energija vezave atomskega jedra v različne snovi uporabljajo znanstveniki za sproščanje jedrske energije.
Številne znanstvenike je že od nekdaj zanimalo vprašanje: od kod prihaja energija, ko se lažja jedra združijo v težja? Pravzaprav, to situacijo podobno atomski cepitvi. V procesu zlitja lahkih jeder, tako kot se to dogaja pri cepitvi težkih, vedno nastanejo jedra bolj obstojnega tipa. Da bi "dobili" vse nukleone, ki jih vsebujejo, iz lahkih jeder, je treba porabiti manj energije od tiste, ki se sprosti, ko se združijo. Velja tudi obratno. Pravzaprav je lahko energija fuzije, ki pade na določeno enoto mase, večja od specifične energije cepitve.
Znanstveniki, ki so preučevali procese jedrske cepitve
Proces sta leta 1938 odkrila znanstvenika Hahn in Strassman. Na berlinski univerzi za kemijo so raziskovalci odkrili, da se uran v procesu obstreljevanja z drugimi nevtroni spremeni v lažje elemente, ki so na sredini periodnega sistema.
K razvoju tega področja znanja je pomembno prispevala tudi Lise Meitner, ki jo je Hahn nekoč povabil, da skupaj preučujeta radioaktivnost. Hahn je Meitnerjevi dovolil delo le pod pogojem, da bo raziskovala v kleti in se nikoli ne bo povzpela po stopnicah. zgornja nadstropja, kar je bilo dejstvo diskriminacije. Vendar ji to ni preprečilo, da bi dosegla pomemben uspeh pri raziskavah atomskega jedra.
