طاقة الربط النووي Binding Energy

طاقة الربط النووي Binding Energy
تتكون نواة الهيليوم من بروتونين ونيوترونين ، ويمكن القول بأن :

طاقة الربط النووي Binding Energy 1

تبلغ كتلة نواة الهيليوم 4.0015 وحدة كتلة ذرية .

تبلغ كتلة البروتون 1.0073 وحدة كتلة ذرية .

تبلغ كتلة النيوترون 1.0087 وحدة كتلة ذرية .

وبما أن نواة الهيليوم تتألف من بروتونين ونيوترونين ، لذا يمكن حساب كتلة نواة الهيليوم على النحو التالي:

كتلة بروتونين = 2 × 1.0073 كتلة نيوترونين = 2 × 1.0087

كتلة بروتونين = 2.0146 كتلة نيوترونين = 2.0174

مجموع كتل البروتونات والنيوترونات = 2.0146 + 2.0174

= 4.0320 وحدة كتلة ذرية

وبمقارنة كتلة الهيليوم الفعلية بمجموع كتل مكونات نواتها يلاحظ أن هنالك فرقاً في الكتلة :

طاقة الربط النووي Binding Energy 2

يبلغ الفرق في الكتلة بين نواة الهيليوم الفعلية ومجموع مكوناتها 0.0305 وحدة كتلة ذرية ، ويتول هذا الفرق في الكتلة طبقاً لمعادلة أينشتاين ط = ك س2 إلى طاقة ، تتحرر عندما تتكون نواة الهيليوم وتدعى هذه الطاقة بطاقة الربط النووي .

طاقة الربط النووي : الطاقة المتحررة عند تكون أنوية الذرات من اتحاد مكوناتها

طاقة الربط النووي Binding Energy

تحقيق قانون أينشتاين

عام 1932 قام العالمان الإنجليزيان كوكروفت J.D.Cockcroft ووالتون E.T.S.Walton باختبار صحة قانون أينشتاين عملياً ، فقد عمدا إلى قصف الليثيوم ببروتون ذو سرعة عالية فتكونت دقائق ألفا وكمية كبيرة من الطاقة :
طاقة الربط النووي Binding Energy 3

وقد صاحب التفاعل النووي السابق نقص في الكتلة مقداره 0.0186 وحدة كتلة ذرية.

وقد تمت الحسابات على النحو التالي :

طاقة الربط النووي Binding Energy 4

فرق الكتلة = 8.0216 – 8.0030 = 0.0186 وحدة كتلة ذرية .

وقد وجد كروكروفت ووالتون أن مقدار الطاقة المنبعثة من التفاعل تماثل مقدار الطاقة التي يمكن حسابها من معادلة أينشتاين ، وبذلك تم اثبات صحة قانون أينشتاين وإمكانية تحويل الكتلة إلى طاقة.

طاقة الربط النووي Binding Energy

استقرارية الأنوية :
عند حساب طاقة الربط النووي لأنوية ذرات العناصر تبين ما يلي :

ـ العناصر ذات الكتل الذرية القليلة ( الخفيفة ) غير مستقرة وذات طاقة ربط نووي قليلة.

ـ العناصر ذات الكتل الذرية العالية ( الثقيلة ) غير مستقرة وذات طاقة ربط نووي قليلة.

ـ العناصر ذات الكتل الذرية المتوسطة مستقرة وذات طاقة ربط نووي عالية.

لذا يتوقع أن تميل أنوية العناصر الثقيلة للإنشطار لتكوين نوى متوسطة الكتلة ، بينما يتوقع أن تندمج أنوية العناصر الخفيفة لتكوين أنوية متوسطة.

طاقة الربط النووي Binding Energy 5

إلا أن طاقة الربط النووي ليست العامل الوحيد المؤثر في استقرارية أنوية العناصر ، فالنسبة بين عدد البروتونات والنيوترونات في النواة والطبيعة المفردة والزوجية لأعداد البروتونات والنيوترونات لها دور مهم في تقرير استقرارية أنوية العناصر.

طاقة الربط النووي Binding Energy

فقد تبين أن العدد الأكبر من نظائر العناصر المستقرة تمتلك عدداً زوجياً من البروتونات وعدداً زوجياً من النيوترونات ، بينما تقل الاستقرارية إذا كان عدد البروتونات فردياً والنيوترونات زوجياً والعكس صحيح ، وعدد قليل من أنوية نظائر العناصر المستقرة تمتلك عدداً فردياً من البروتونات والنيوترونات.

ملاحظة :

الأنوية التي تحتوي على 2 ، 8 ، 20 ، 28 ، 50 ، 82 بروتون أو 2 ، 8 ، 20 ، 28 ، 50 ، 82 ، 126 نيوترون هي أنوية مستقرة بشكل عام ، وتسمى هذه الأعداد من البروتونات والنيوترونات بالأعداد السحرية Magic numbers .

» التفاعل النووي Nuclear reaction