אנרגיית קשר גרעינית – הבדלי גרסאות
מ הסבת תג ref לתבנית:הערה (דיון) |
הרחבה מעטה המסבירה את היתכנות הדבר, בעזרת קביעתו של איינשטין, על הקשר בין מסה לאנרגיה |
||
| שורה 2: | שורה 2: | ||
'''אנרגיית קשר גרעינית''' ('''nuclear binding energy''') היא [[אנרגיית קשר|אנרגיית הקשר]] המהווה את ה[[אנרגיה]] הנדרשת כדי לפרק את [[גרעין האטום]] למרכיביו, [[פרוטונים]] ו[[ניוטרונים]]. כל גרעין של כל אטום, פרט ל[[פרוטיום|מימן-1]] (העשוי מפרוטון בלבד, ללא ניוטרונים), נושא אנרגיית קשר גרעינית. אנרגיית הקשר הגרעינית נובעת מ[[הכוח הגרעיני]], הנישא על ידי שלושה סוגים של [[מזון (חלקיק)|מזונים]], לרבות ה[[פאיון]]. |
'''אנרגיית קשר גרעינית''' ('''nuclear binding energy''') היא [[אנרגיית קשר|אנרגיית הקשר]] המהווה את ה[[אנרגיה]] הנדרשת כדי לפרק את [[גרעין האטום]] למרכיביו, [[פרוטונים]] ו[[ניוטרונים]]. כל גרעין של כל אטום, פרט ל[[פרוטיום|מימן-1]] (העשוי מפרוטון בלבד, ללא ניוטרונים), נושא אנרגיית קשר גרעינית. אנרגיית הקשר הגרעינית נובעת מ[[הכוח הגרעיני]], הנישא על ידי שלושה סוגים של [[מזון (חלקיק)|מזונים]], לרבות ה[[פאיון]]. |
||
אנרגיית קשר גרעינית לנוקליאון (nuclear binding energy per nucleon), הנמדדת ביחידות של [[אלקטרונוולט]] ל[[נוקליאון]], היא סך כל אנרגיית הקשר הגרעינית של גרעין נתון חלקי מספר הנוקליאונים שהוא מכיל. זו אנרגיית הקשר הגרעינית הממוצעת שכל נוקליאון תורם לגרעין. טווח אנרגיות הקשר הגרעיניות נע בין 2.22452 MeV לנוקליאון בגרעין של [[דאוטריום|מימן-2]] ל-8.7945 MeV לנוקליאון בגרעין של [[ניקל-62]]. מכיוון שאנרגיית הקשר הגרעינית לנוקליאון שלו היא הגבוהה ביותר, ניקל-62 הוא הגרעין היציב ביותר הקיים בטבע. |
אנרגיית קשר גרעינית לנוקליאון (nuclear binding energy per nucleon), הנמדדת ביחידות של מגה [[אלקטרונוולט]] ל[[נוקליאון]], היא סך כל אנרגיית הקשר הגרעינית של גרעין נתון חלקי מספר הנוקליאונים שהוא מכיל. זו אנרגיית הקשר הגרעינית הממוצעת שכל נוקליאון תורם לגרעין. טווח אנרגיות הקשר הגרעיניות נע בין 2.22452 MeV לנוקליאון בגרעין של [[דאוטריום|מימן-2]] ל-8.7945 MeV לנוקליאון בגרעין של [[ניקל-62]]. מכיוון שאנרגיית הקשר הגרעינית לנוקליאון שלו היא הגבוהה ביותר, ניקל-62 הוא הגרעין היציב ביותר הקיים בטבע. |
||
כפי שקבע איינשטין, ישנו קשר בין מסה לאנרגיה, וזהו בדיוק הדבר שקורה גם כאן, נוקליאון תורם ממסתו לשם יצירת פאיון, הפאיונים הופכים לגלואונים, והגלואונים (שלהם אין מסה) הם בוזונים(חלקיקי כוח) של הכוח הגרעיני החזק. |
|||
==פער המסה== |
==פער המסה== |
||
גרסה מ־15:46, 21 ביוני 2017
אנרגיית קשר גרעינית (nuclear binding energy) היא אנרגיית הקשר המהווה את האנרגיה הנדרשת כדי לפרק את גרעין האטום למרכיביו, פרוטונים וניוטרונים. כל גרעין של כל אטום, פרט למימן-1 (העשוי מפרוטון בלבד, ללא ניוטרונים), נושא אנרגיית קשר גרעינית. אנרגיית הקשר הגרעינית נובעת מהכוח הגרעיני, הנישא על ידי שלושה סוגים של מזונים, לרבות הפאיון.
אנרגיית קשר גרעינית לנוקליאון (nuclear binding energy per nucleon), הנמדדת ביחידות של מגה אלקטרונוולט לנוקליאון, היא סך כל אנרגיית הקשר הגרעינית של גרעין נתון חלקי מספר הנוקליאונים שהוא מכיל. זו אנרגיית הקשר הגרעינית הממוצעת שכל נוקליאון תורם לגרעין. טווח אנרגיות הקשר הגרעיניות נע בין 2.22452 MeV לנוקליאון בגרעין של מימן-2 ל-8.7945 MeV לנוקליאון בגרעין של ניקל-62. מכיוון שאנרגיית הקשר הגרעינית לנוקליאון שלו היא הגבוהה ביותר, ניקל-62 הוא הגרעין היציב ביותר הקיים בטבע.
כפי שקבע איינשטין, ישנו קשר בין מסה לאנרגיה, וזהו בדיוק הדבר שקורה גם כאן, נוקליאון תורם ממסתו לשם יצירת פאיון, הפאיונים הופכים לגלואונים, והגלואונים (שלהם אין מסה) הם בוזונים(חלקיקי כוח) של הכוח הגרעיני החזק.
פער המסה
אנרגיית הקשר הגרעינית מביאה לקיומו של פער מסה (mass defect) בגרעין. פער המסה של גרעין שווה לאנרגיית הקשר הגרעינית שלו. פער המסה הוא ההפרש בין סך המסות של הנוקליאונים בגרעין (סך כל המסות של הפרוטונים והניוטרונים, כחלקיקים נפרדים) לבין מסת הגרעין, הנמדדת ביחידות של מסה אטומית מאוחדת (u) או של מגה אלקטרונוולט (MeV).
לדוגמה, גרעין של פחמן-12 כולל 6 פרוטונים ו-6 ניוטרונים. סך המסה של אלו, כאשר הם נפרדים (אינם קשורים לכדי גרעין), הוא 11,267.0249676 MeV בדיוק.[1][2] המסה האטומית של פחמן-12 היא 12 u. יחידת מסה אטומית מאוחדת (1 u) שווה 931.4940954 MeV בדיוק.[3] אם כן, 12 u שווים 11,177.9291448 MeV. נתון זה כולל גם את 6 האלקטרונים המקיפים את הגרעין, אשר סך המסה שלהם הוא 3.0659936766 MeV בדיוק.[4] לפיכך, מסת הגרעין של פחמן-12 היא 11,174.8631511234 MeV בלבד – דהיינו, 92.1618164766 MeV פחות מאשר סך המסות של הפרוטונים והניוטרונים המרכיבים את הגרעין. זה הוא פער המסה, או אנרגיית הקשר הגרעינית, של פחמן-12. זו כמות האנרגיה הדרושה כדי להפריד גרעין כזה למרכיביו. אם תושקע כמות זו של אנרגיה לתוך הגרעין, תוך פירוקו למרכיביו, סך המסות של אותם מרכיבים (נוקליאונים) יחזור להיות הערך הרגיל של המסות שלהם כחלקיקים נפרדים, במקום הערך ה"מופחת" שיש להן בגרעין. הווה אומר, כאשר נוקליאונים קשורים לכדי גרעין, כל אחד מהם "תורם" חלק מהמסה שלו כדי שתהפוך לאנרגיית קשר גרעינית.
עבור פחמן-12, אנרגיית הקשר הגרעינית לנוקליאון היא 7.68015137305 MeV. למעשה, נתון זה הוא הקובע את ההפרש בין המסה הממוצעת המשוקללת של מרכיבי האטום (פרוטון אחד, ניוטרון אחד ואלקטרון אחד), שהיא 939.17424677305 MeV, לבין יחידת מסה אטומית מאוחדת אחת (1 u).
אנרגיית קשר גרעינית ואנרגיה גרעינית
אנרגיה גרעינית מופקת, לרוב, בשתי דרכים: ביקוע גרעיני או היתוך גרעיני. קיימות גם צורות אחרות של אנרגיה גרעינית, לרבות האנרגיה המשתחררת בעת דעיכה רדיואקטיבית, אך ביקוע והיתוך הם המנגנונים העיקריים בהם נעשה שימוש, הן בכורים גרעיניים והן בנשק גרעיני. האנרגיה המשתחררת בתהליכים אלו היא למעשה אנרגיית קשר גרעינית.
במקרה של היתוך, אנרגיית הקשר הגרעינית משתחררת כאשר נוקליאונים, הנמצאים בגרעינים הקלים מניקל-62, נקשרים לכדי גרעין חדש, כבד מזה שבו נמצאו הנוקליאונים לפני כן. בעת ההיקשרות, כל נוקליאון "תורם" חלק מהמסה שלו וזו הופכת לאנרגיה, בתהליך אקסותרמי. אנרגיה זו היא המופקת משלב ההיתוך של נשק תרמוגרעיני וכן מכורי היתוך מימניים.
במקרה של ביקוע, המנגנון של שחרור אנרגיית הקשר הגרעינית הינו מעט יותר מורכב. ככלל, פירוק של גרעין למרכיביו דורש השקעת אנרגיה, כלומר, לכאורה הוא אמור להיות תהליך אנדותרמי. אולם, עבור גרעינים הכבדים מניקל-62, הנתון המכריע אינו אנרגיית הקשר הגרעינית עצמה, אלא ההפרש בין עודף אנרגיית הקשר הגרעינית של איזוטופ נתון, יחסית לזו של פחמן-12, לבין עודף אנרגיית הקשר הגרעינית של האיזוטופ אליו הוא הופך בתהליך הביקוע. זה הוא ההפרש של עודף המסה (difference in mass excess). כאשר קיים הפרש עודף מסה חיובי בין המגיבים לבין התוצרים, יכול להתרחש ביקוע גרעיני שישחרר כמות חיובית של אנרגיה.
ראו גם
הערות שוליים
- ^ "CODATA Value: proton mass energy equivalent in MeV". NIST. 25 ביוני 2015. נבדק ב-27 בפברואר 2017.
{{cite web}}: (עזרה) - ^ "CODATA Value: neutron mass energy equivalent in MeV". NIST. 25 ביוני 2015. נבדק ב-27 בפברואר 2017.
{{cite web}}: (עזרה) - ^ "CODATA Value: atomic mass constant energy equivalent in MeV". NIST. 25 ביוני 2015. נבדק ב-27 בפברואר 2017.
{{cite web}}: (עזרה) - ^ "CODATA Value: electron mass energy equivalent in MeV". NIST. 25 ביוני 2015. נבדק ב-27 בפברואר 2017.
{{cite web}}: (עזרה)