вычислите энергию связи ядра гелия 3

вычислить энергию связи гелия винкс

165. Вычислить энергию связи ядра гелия 2Не3. 166. Найти энергию, освобождающуюся при ядерной реакции: 20 Al 27 + o n 1 → ?+

Солнце - бесплатный источник энергии. Оно поспособствовало зарождению жизни на Земле и . Лучистая энергия солнца частично отражается от атмосферы и поверхности. И небольшая её доля консервируется растениями в виде нефти, углеводов, угля, и т.д. Спустя время люди пользуются ископаемыми органическими энергоресурсами, пользуются энергией солнца законсервированной в них.
В данной статье мы рассмотрим и предположим:
1) Откуда берётся энергия? И что является её первоисточником?
2) Уменьшение с течением времени массы вселенной.
3) Что ожидает вселенную в будущем?
Энергия, излучаемая звёздами
В ходе термоядерных реакций внутри солнца реагирующее вещество теряет часть своей массы и превращается в другое вещество, при этом выделяется колоссальное количество энергии. Основная масса самосветящегося вещества во вселенной состоит из звёзд. Во всех звёздах за вычетом нейтронных и чёрных дыр имеют место реакции такого типа.
Сумма масс нуклонов больше массы ядра. Это обусловлено тем, что при объединении нуклонов в ядро выделяется энергия связи нуклонов друг с другом. Энергия покоя частицы связана с её массой соотношением E0=mc2. Следовательно, энергия покоящегося ядра меньше суммарной энергии невзаимодействующих покоящихся нуклонов на величину:
Eсв=c2((Zmp+(A-Z)mn)-mя)
Эта величина и есть энергия связи нуклонов в ядре. Она равна той работе, которую нужно совершить, чтобы разделить образующие ядро нуклоны и удалить их друг от друга на такие расстояния, при которых они почти не взаимодействуют друг с другом.
Энергия связи, приходящаяся на 1 нуклон, т.е. Eсв/A называется удельной энергией связи нуклонов в ядре.
Величина ∆=(Zmp+(A-Z)mn)-mя называется дефектом массы ядра.
Дефект массы связан с с энергией соотношением: ∆=Eсв/c2 (чем больше дефект массы, тем стабильней ядро).
Для сравнения приведу массы рассматриваемых частиц в энергетическом эквиваленте (E=mc2), в данном случае это будет удобней.
Протон (р) обладает зарядом +е и массой mp=938,28 МэВ. Масса позитрона(электрона) равна me=0,511 МэВ. Из сопоставления следует, что mp=1386 me.
Нейтрон (n) имеет нулевой заряд, а масса mn=939,57 МэВ очень близка к массе протона.
Разность масс нейтрона и протона mn-mp составляет 1,3 МэВ, т.е. 2,5me.
Вычислим энергию связи нуклонов в ядре 42He, в состав которого входят два протона(Z=2) и два нейтрона(A-Z=2). В этом случае можно взять вместо массы ядра массу атома, т.к. 2 электрона общую картину не исказят. Масса атома 42He равна 4,0026 а.е.м., чему соответствует 3728 МэВ. Масса атома водорода 11H равна 1,00815 а.е.м (938,7 МэВ). Масса нейтрона 939,57 МэВ.

1 Вычислить дефект массы Δm и энергию связи Eсв ядра 11 5B.  43.2 Масса mα альфа-частицы (ядро гелия 4 2He) равна 4,00150 a. е. м. Определить массу mа нейтрального атома гелия.

Получаем: Eсв=(2939,5)-3728=28,4 МэВ
В расчёте на один нуклон энергия связи ядра гелия составляет 7,1 МэВ. Для сравнения - энергия связи валентных электронах в атомах имеет величину в 106раз меньшую (порядка 10эВ). Для других ядер удельная энергия связи имеет примерно такую же величину, как у гелия.
Сильнее всего связаны нуклоны в ядрах с массовыми числами порядка 50-60 (т.е. для элементов от Cr до Zn).С ростом А удельная энергия связи постепенно уменьшается; для самого тяжёлого природного элемента - урана - она составляет 7.5 МэВ/нуклон.
Такая зависимость удельной энергии от массового числа делает энергетически возможными два процесса:
1) Деление тяжёлых ядер на несколько более лёгких
2) Слияние (синтез) лёгких ядер в одно более тяжёлое
Оба процесса должны сопровождаться выделением большого количества энергии.
На графике изображена зависимость удельной энергии связи Eсв/A от массового числа А.
При зарождении звезды из газопылевого облака частицы сталкиваются, притягиваются гравитацией, постепенно масса скопления растёт, растут силы гравитационного притяжения, гравитация сжимает будущую звезду, увеличивается плотность. Из термодинамики известно, что чем больше плотность системы, тем больше её температура. С ростом температуры настаёт такой момент, когда внутри звезды создаются все условия для протекания термоядерных реакций, вещество переходит в состояние плазмы, в этот момент она и вспыхивает. Внутри запускается «термоядерный реактор».
Такие звёзды, как наше солнце в основном состоят из водорода и гелия - самых лёгких химических элементов. Термоядерные реакции проходят двумя способами: посредством водородного(протон-протонного или p-p цикла) и углеродно-азотного цикла(CN). В ходе водородного цикла в ядре звезды водород преобразуется в гелий. Ядра лёгкого изотопа водорода(протия) представляют собой единичные протоны. Ядра гелия - это альфа частицы, то есть соединённые между собой два протона и два нейтрона. В условиях высокой температуры в ядре частицы(например протоны) движутся с очень высокими скоростями и часто сталкиваются. Чтобы преодолеть потенциальный барьер, обусловленный кулоновским отталкиванием, ядра с порядковыми номерами Z1 и Z2 должны обладать энергией E=Z1Z2e2/rя. Где rя- радиус действия ядерных сил, равный ~210-10)/2*10-13=0,7 МэВ. При столкновении выделяются 2 частицы: нейтрино и позитрон, один из протонов превращается в нейтрон. Образуется протонно-нейтронная пара - ядро дейтерия. Реакция имеет вид: H+ H = D + e+ + ne, где Н - протон или ядро водорода, D - ядро дейтерия или протонно-нейтронная пара, e+ - позитрон, ne - нейтрино. Нейтрино обладает нулевой массой (или несоизмеримо маленькой по отношению к протонам и позитронам).

Ответ: Np = 1; Nn = 2; Nнукл. = 2. Задача №5. Вычислить энергию связи ядра алюминия , если удельная энергия связи нуклонов в ядре равна 8,3 МэВ/нуклон.  Решение: a-частица это ядро атома гелия .

Протонно-нейтронная пара может затем соединится ещё с одним протоном и образовать ядро лёгкого гелия, имеющее только один нейтрон, вместо двух: D + H = 32He. Дальше возможны 2 равновероятных пути:
1) Столкновение 2 ядер лёгкого гелия и превращение их в устойчивую альфа частицу (ядро гелия) 42Не, с испусканием двух протонов. 32He + 32He = 42He + 2H
2) И столкновение ядра лёгкого гелия с протоном. В результате появляется такая же устойчивая альфа частица. 32Не + Н =42Не.
Иначе говоря, солнце может склеивать между собой четыре протона, образуя ядро гелия и одновременно выделяя огромное количество энергии, которая представлена в виде кинетической энергии частиц-продуктов.
В молодых звёздах, состоящих из лёгких элементов водородный цикл преобладает над углеродным. Углеродный цикл возможен и проходит в звёздах, которые преобразовали значительную часть водорода в гелий, затем ядра гелия при высоких температурах объединяются в ядра более тяжёлых элементов (4He+4He=8Be, 8Be+4He=12C), в так называемые элементы углеродного цикла (собственно углерод, кислород, азот и т.д.), они в свою очередь превращаются в еще более тяжелые элементы (магний, кремний и т.д.) вплоть до железа. Так же углеродный цикл очень медленно проходит в коричневых карликах. Коричневые карлики - звёзды внутри которых либо слишком малое давление, чтобы запустить водородный цикл, либо весь водород выгорел, но образование новой звезды со сбросом оболочки не произошло. В белых карликах наоборот идёт интенсивный углеродный цикл, а водородного почти нет, поскольку практически весь водород выбрасывается вместе с оболочкой при взрыве.
Исходными составляющими в углеродном цикле являются: ядро углерода-12 (12С), и 5 протонов (ядер протия). Продукты: ядро углерода-12, альфа частица и протон. Углеродный цикл сложней водородного. Вначале к углероду-12 присоединяется протон, в результате появляется углерод-13 и выделяется позитрон: 12С + Н = 13С + е+. Дальше процесс повторяется несколько раз с получением новых изотопов элементов:
13С + Н = 14N + е+
14N + Н = 15O+ е+
15О + Н = 16О+ е+
16О + Н = 17F+ е+
Дальше 17 изотоп фтора распадается на 12 изотоп углерода, альфа частицу и протон.
17F = 12C +42He + H
Можно заметить, что как и в водородном цикле так и в углеродном 4 протона превращаются в альфа-частицу с выделением огромного количества энергии, поэтому углерод в данной схеме можно назвать катализатором. С другой стороны любое из этих ядер (12С, 13С,14N, 15O, 16О,17F) может образоваться каким-либо другим путём и быть задействованным в превращении водорода в гелий. Для протекания углеродного цикла нужна большая концентрация углерода, но требуется меньшая энергия протонов.
Чем массивнее звезда тем жарче она горит, тем сильнее светит и меньше живет. К примеру, каждую секунду солнце перерабатывает 600 млн тонн водорода в 4 млн тонн гелия.
Если масса звезды не превышает 1,3 солнечных масс, то в конце своей эволюции она раздувается в красный гигант. Затем внешние слои, состоящие из лёгких элементов сбрасываются в окружающее пространство, образуя планетарную туманность, а звезда через некоторое время остынет и станет белым карликом. Планетарные туманности могут принимать различные формы, которые им придаёт магнитное поле звезды-хозяина. В белых карликах имеет место интенсивный углеродный цикл, а водородного почти нет, поскольку практически весь водород выбрасывается вместе с оболочкой при взрыве.
Расчёты моделей звёзд показали, что водорода в ядрах гигантов и сверхгигантов практически уже нет, и что температуры в их недрах достигают сотен миллионов градусов. Источником энергии этих звёзд(их массы в несколько раз превышают массу Солнца) являются реакции превращения гелия в углерод по схеме:
34He=12C
Эта реакция получила название «тройной альфа-процесс» или реакции Солпитера. В этих реакциях на грамм «горючего» выделяется примерно в десять раз больше энергии, чем при реакциях «выгорания» водорода. Расчёт показывает, что звезды этого типа расходует запасы гелия примерно за 10 миллионов лет. После этого, если их масса достаточно велика, ядро звезды сжимается, так что температура достигает в нём 500 млн. кельвинов. На протяжении нескольких сотен тысяч лет происходит реакция синтеза более сложных атомных ядер по схеме:
12C+4He=16O
16O+4He=20Ne
20Ne+4He=24Mg
В этом случае каждый последующий элемент образуется путём прибавления к предыдущему альфа-частицы. Но при температуре больше 3 млрд. градусов происходят реакции между ядрами тяжёлых элементов:
12C+12C=23Na+1H
12C+12C=20Ne+4He
16O+16O=32S
и т.д. вплоть до образования железа. Кроме того, в глубоких недрах звезды происходят также реакции типа:
12C+12C=23Mg+n
16O+16O=31S+n
которые также являются поставщиками св

Задача №7. Вычислить энергию связи ядра дейтерия 1H2 (в МэВ).  Определить энергию связи ядра атома гелия 2He4. Масса нейтрального атома гелия равна 6,6467*10-27 кг.

Энергию связи можно рассчитать в Джоулях, подставляя в расчетную формулу массу в килограммах.  ПРИМЕР РАСЧЕТА энергии связи ядра атома гелия (Не), где А = 4, Z = 2.


α – частиц в ядре кислорода 16О8 надо из энергии связи кислорода исключить энергии связи четырех ядер гелия: Eсв(4α)  Подставив численные значения (3.2а) в (3.1а), вычислим энергию, освобождаемую в реакции 213Ро84 → 209Pb82 + α: Q

Вычислить энергию связи ядра гелия 2Не3. 136. Найти энергию, освобождающуюся при ядерной реакции: 20 Ca 44 + 1 P1 ╝19 K41 + a 137. Написать недостающие обозначения в следующих ядерных реакциях


газ выполнив работу 1.20 кДж, при этом его внутренняя энергия уменьшилась на 400 Дж. Какое количество теплоты получил (или отдал) газ? спросил (а) Gala Varvara.

Вычислить энергию связи ядра изотопа бора 11 5B. 16 Найти энергию связи, приходящуюся на один нуклон в ядрах 7 3 Li и 8 О . Вычислить удельную энергию связи нуклонов в ядре атома гелия 4 2 Не . 5 ноября 2015


Найти энергию связи ядра атома гелия .  Вычислить энергию связи для изотопов кислорода , а также энергию, приходящуюся на один нуклон, если массы атомов равны соответственно: 15,995; 16,999; 17,999 а. е.м.

Вычислить энергию связи ядра трития, масса которого 3,0156 а.е.м. Купить решение.  Найти энергию связи ядра атома гелия-4.


Энергия связи молекулярного иона гелия He+2 составляет 58 ккал/моль, равновесное межъядерное расстояние — 1,09 Å.[19]. Известно эксимерное химическое соединение гелия LiHe[20][21].

Физика → Чертов, Воробьев → Примеры решения задач → Физика атомного ядра и элементарных частиц → §43 Дефект массы и энергия связи атомных ядер → Пример №1. Условие задачи: Вычислить дефект массы Δm и энергию связи Eсв ядра 115B.