MARKUS KLUTE: Bine ați revenit la 8.701. În acest videoclip, vorbim despre energiile nucleare de legare. Dar înainte de a începe cu acest subiect, aș dori să aruncați o privire la acest tabel sau această diagramă, care arată abundența nucleară în sistemul nostru solar, deci câți atomi de diferite tipuri sunt prezenți în sistemul nostru solar. Și vezi această structură super interesantă. Cea mai mare parte este hidrogen aici. Și apoi pare să existe un fel de exces de fier. Și, știi, acest tabel merge până la conducere și mai departe. E un pic de gol aici. Deci, cum este posibil acest lucru? Cum a ajuns această particulă acolo în primul rând? De ce există unele care sunt mai frecvente decât altele? O întrebare foarte interesantă la care vom putea răspunde la sfârșitul discuției despre fizica nucleară. Și primul punct de plecare este să înțelegem de ce nucleele sunt stabile în primul rând, ce le ține împreună. Și aceasta este discuția despre energiile de legare. Deci putem scrie foarte simplu energia de legare. Însumăm doar toate ingredientele, numărul de protoni și electroni, ori Z, numărul de neutroni, A, numărul de masă minus Z. Și apoi scădem din aceasta masa nucleelor ​​în sine. Ceea ce rămâne este energia de legare. Doar pentru înregistrare, masa protonului, masa protonului, masa neutronului, vedeți că neutronul este puțin mai greu decât protonul, iar neutronul însuși se descompune în proton. Un proton liber nu se descompune. Cu toate acestea, în interiorul nucleului, un proton se poate descompune și el. Și apoi avem masa electronului. Vedeți că există un factor de aproape 2.000 între scara de masă a unui electron și masa unui neutron. Pentru toate scopurile practice, putem ignora acest lucru, dar dacă este vorba de măsurători de precizie, atunci masa neutronului care este de 1/2 MeV devine -- a unui electron, care este de 1/2 MeV, devine relevantă. Acest grafic de aici arată energia de legare medie per nuclee în funcție de numărul de masă. Și vedeți că, cu excepția acelor elemente ușoare, vedeți că acesta este destul de stabil și în intervalul de la 7,5 la 9 MeV. Vedeți, de asemenea, că pare să existe un maxim în jurul fierului, ceea ce duce apoi la un avantaj în obținerea de energie atunci când sunteți-- obțineți energie ajungând la starea de energie inferioară când mergeți în această direcție și în această direcție. Această parte se numește fisiune, această parte se numește fuziune. Ambele procese, pentru că mergem într- o stare mai preferată de energie, sunt posibile. Ele pot fi folosite pentru a obține energie din procesele nucleare. Această diagramă de aici poate fi parametrizată. Și în restul acestui videoclip, vom vorbi despre o parametrizare foarte populară a energiei de legare. Acest lucru este semi-empiric. Se numește formula Weizsager, pentru că a fost propusă de un german numit Weizsager. Uneori se numește formula de masă semi-empirică, iar uneori discuția este rezumată în modelul picăturii lichide. Și vei vedea de ce într-o secundă. Ceea ce vedeți aici este foarte asemănător cu locul în care înainte putem calcula masa și din aceasta energia de legare având acele prime elemente aici. Și această parte este energia noastră de legare. Și există 1, 2, 3, 4, 5 termeni, despre care îi discutăm acum pe următorul diapozitiv. Ceea ce este afișat aici este o parametrizare, astfel încât să puteți potrivi datele și să obțineți o estimare optimă pentru parametrii individuali din această ecuație. În regulă. Așadar, așa cum spune și numele, model de picătură de lichid, ne putem gândi, într-o anumită esență, la un atom de nuclid ca fiind construit dintr-o supă, un lichid de protoni și neutroni care sunt legați împreună. Deci primul termen care contribuie la energia de legare este așa-numitul termen de volum. Aceasta domină energia de legare. Și este proporțional cu numărul... numărul de masă. Amintiți-vă, numărul de masă este proporțional cu a treia putere a razei, deci proporțional cu volumul nucleelor. Și știți, acest lucru contribuie cu aproximativ 16 MeV per nucleon, per proton și neutron. Și din aceasta, puteți trage concluzia că forța nucleară trebuie să fie foarte scurtă. De ce este asta? Deoarece pentru ca energia de legare să depindă predominant de volum, nucleele individuale pot vedea doar vecinul său cel mai apropiat. Deci aceasta corespunde unei forțe cu rază scurtă de acțiune, care este aproximativ de distanța a două nuclee. Dacă un nucleu dat ar putea să vadă pe toți ceilalți, am vedea un termen pătratic în numărul de nuclee disponibile. Ca urmare a acestui fapt, puteți calcula densitatea centrală, care este de aproximativ 0,17 nucleoni pe femtometru cubi sau o distanță medie între protoni și neutroni de 1,8 femtometre. BINE. Deci sunt într-adevăr strâns ambalate. Dimensiunea unui proton este de aproximativ un femtometru. În regulă. Cu toate acestea, protonii și neutronii care se află pe suprafața acestui construct, ei văd mai puține nuclee-- văd mai puține nuclee, nucleoni în jurul lui. Prin urmare, energia de legare trebuie redusă. Și trebuie redus cu aria suprafeței nucleului. Deci trebuie să fie proporționale cu r pătrat și, prin urmare, proporționale cu A, numărul de masă, cu 2/3. BINE. Apoi protonii din nucleu sunt încărcați electric. Așa că se vor despărți. Și asta în sine reduce și energia de legare. Deci, aceasta este proporțională cu numărul de sarcini la pătrat. Și apoi normalizați acest lucru prin rază. Deci încărcarea la pătrat peste... nu, normalizat. Sarcina la pătrat peste r. Deci, acesta este q pătrat peste r, termenul Coulomb. În regulă. Mai sunt doi termeni, care sunt destul de interesanți. Primul este sensibil la asimetria dintre numărul de neutroni și numărul de protoni. Și poate fi explicat prin principiul de excludere Pauli, care permite doar doi fermioni, neutroni sau doi protoni identici să ocupe aceeași stare de energie. Deci, practic, umpleți stările energetice. Acum, așa cum se arată în această imagine de aici, ajungeți la cea mai scăzută stare de energie dacă numărul de neutroni și numărul de protoni sunt de fapt același. Aveți energii mai mari dacă există o asimetrie între aceste două numere. Dar avem încă un termen care este sensibil la asimetria dintre numărul de neutroni și protoni, care reduce energia de legare. Și nu în ultimul rând, termenul de împerechere, care are o origine foarte asemănătoare. Deci, ceea ce ne uităm aici este că energia este mai mică dacă aveți un număr par de neutroni sau protoni. Este mai mare când avem un număr impar. Deci, puteți avea un număr impar pentru protoni sau neutroni, caz în care A este impar. Și cel mai rău caz, sau cea mai proastă stare de energie, se realizează având atât protonii, cât și neutronii impari. Deci, acesta este un mod puțin mai complicat de a scrie asta. Aveți acele trei cazuri diferite - numărul de protoni și numărul de neutroni par, A impar, sau ambele Z și N impar, caz în care A este par - doar pentru a adăuga puțin la confuzie. În regulă. Apoi puteți face un desen al energiei de legare în funcție de masă. Și vedeți, din nou, acei termeni individuali, energia de volum, termenul de volum aici constant, volumul plus suprafața redus, volumul plus suprafața Coulomb redus și apoi toți termenii adunați aici. Și vedeți din nou această parametrizare a energiei obligatorii, despre care tocmai am discutat-- am văzut valorile reale. Există un maxim pe aici pentru fier.