Что такое энергия ядерного связывания?
Ядром атома является его центральное ядро, которое состоит из одного или нескольких протонов и, за исключением только самой легкой формы водорода, нейтронов. Нейтрон не заряжается, но что-то мешает им выскользнуть из ядра. Кроме того, каждый протон в ядре заряжен положительно; они должны отталкивать друг друга, опустошая ядро - этому тоже препятствует некоторая энергия. По определению, энергия, удерживающая все эти частицы в ядре, является «энергией связи ядер». Поскольку Эйнштейн открыл математическое соотношение, приравнивающее вещество к энергии - E = mc 2 , где E - энергия, m - масса, а c - скорость света - энергия связи ядра может быть вычислена относительно легко.
Масса в ядре происходит из двух источников. Одним из них является масса, которую каждая частица будет содержать, если она будет изолирована, свободна от заряда или гравитационного взаимодействия. Вторым источником массы является увеличение, непосредственно связанное с энергией связи ядер. Эти два источника приводят к уравнению m (t) = m (fp) + m (nbf) , где «t» обозначает общее количество, «fp» обозначает свободную частицу, а «nbf» обозначает силу ядерного связывания. Поскольку не существует такого понятия, как отрицательная энергия, масса, относящаяся к энергии связи ядра, должна быть положительной, а энергия полного ядра должна быть больше суммы его нейтронов и ее протонов.
Подставляя эту форму массы в исходное уравнение, полная энергия ядра E (t) = m (t) c 2 . Полное разложение этого уравнения дает E (t) = (m (fp) + m (nbf) ) c 2 . Умножение этого дает E (t) = m (fp) c 2 + m (nbf) c 2 . Теперь, если вычесть энергию, относящуюся к изолированным отдельным частицам, это уравнение сводится к E (t) - E (fp) = ΔE = m (nbf) c 2 , где ΔE - увеличение энергии выше энергии свободных частиц - энергия ядерной связи.
Деление ядра или расщепление атомного ядра с образованием более мелких атомов, каждый из которых имеет свою собственную энергию связи, имеет особое значение для проектирования и эксплуатации энергетических установок. Энергия связи образовавшихся атомов, вычитаемая из энергии связи исходных атомов, дает чистый выход, который применяется конструктивно или деструктивно. Конструктивное использование этой ядерной энергии включает производство электроэнергии, измеряя почти одну пятую всей электроэнергии в Соединенных Штатах и более трех четвертей электроэнергии, используемой во Франции.