Che cos'è l'energia di legame nucleare?
Il nucleo di un atomo è il suo nucleo centrale, che consiste di uno o più protoni e, con l'eccezione solo della forma più leggera di idrogeno, anche dei neutroni. Non vi è alcun addebito per un neutrone, ma qualcosa impedisce loro di scivolare fuori dal nucleo. Inoltre, ogni protone all'interno del nucleo è caricato positivamente; dovrebbero respingersi a vicenda, svuotando il nucleo - anche una certa energia impedisce questo. Per definizione, l'energia che mantiene tutte queste particelle all'interno del nucleo è "l'energia di legame nucleare". Da quando Einstein ha scoperto la relazione matematica che identifica la materia con l'energia - E = mc 2 , dove E è l'energia, m è la massa e c è la velocità della luce - l'energia di legame nucleare può essere calcolata con relativa facilità.
La massa all'interno del nucleo proviene da due fonti. Una è la massa che ogni particella dovrebbe contenere se fosse isolata, priva di carica o interazioni gravitazionali. La seconda fonte di massa è l'aumento direttamente attribuibile all'energia di legame nucleare. Queste due fonti danno origine all'equazione m (t) = m (fp) + m (nbf) , dove "t" sta per totale, "fp" sta per particella libera e "nbf" sta per forza di legame nucleare. Poiché non esiste energia negativa, la massa attribuibile all'energia di legame nucleare deve essere positiva e l'energia di un nucleo totale, maggiore della somma dei suoi neutroni e dei suoi protoni.
Inserendo questa forma della massa nell'equazione originale, l'energia totale di un nucleo è E (t) = m (t) c 2 . Espandendo completamente questa equazione si ottiene E (t) = (m (fp) + m (nbf) ) c 2 . Moltiplicando questo risultato si ottiene E (t) = m (fp) c 2 + m (nbf) c 2 . Ora, se l'energia attribuibile a singole particelle isolate viene sottratta, tale equazione si riduce a E (t) - E (fp) = ΔE = m (nbf) c 2 , dove ΔE è l'aumento di energia superiore a quello delle particelle libere - l'energia di legame nucleare.
La fissione nucleare, o la scissione del nucleo atomico per produrre atomi più piccoli, ognuno dei quali ha la propria energia di legame, è di particolare importanza per la progettazione e il funzionamento delle centrali elettriche. L'energia di legame degli atomi risultanti, sottratta dall'energia di legame degli atomi di partenza, fornisce il rendimento netto che viene applicato in modo costruttivo o distruttivo. Gli usi costruttivi di questa energia nucleare comprendono la produzione di elettricità, che misura quasi un quinto di tutta l'energia elettrica negli Stati Uniti e oltre i tre quarti dell'energia utilizzata in Francia.