2) больше суммы масс отдельных нейтронов и протонов
3) равна сумме масс отдельных нейтронов и протонов
4) зависит от свойств отдельного изотопа
Масса связанного стабильного ядра меньше суммарной массы свободных протонов и нейтронов, из которых оно образовано. Разность между этими величинами называется дефектом массы: Δm = Zmp + Nmn − mядра, где Z — число протонов, N — число нейтронов. Дефект возникает потому, что при объединении нуклонов часть энергии системы выделяется, а масса связанного состояния уменьшается в соответствии с соотношением Эйнштейна E = mc2.
Энергия, эквивалентная дефекту массы, называется энергией связи ядра: Eсв = Δmc2. Она характеризует работу, которую необходимо затратить для полного разделения ядра на свободные нуклоны. Чем больше удельная энергия связи, то есть энергия связи, приходящаяся на один нуклон, тем устойчивее ядро к самопроизвольному распаду и внешним воздействиям.
Дефект массы имеет принципиальное значение для медицинской физики, поскольку изменение энергии связи лежит в основе радиоактивного распада, ядерных реакций и образования энергии излучения. При распаде или превращении ядра разность масс исходных и конечных частиц переходит в кинетическую энергию частиц и энергию фотонов, что учитывается в радионуклидной диагностике, лучевой терапии и дозиметрии.
| Показатель | Физический смысл | Связь со стабильностью ядра |
|---|---|---|
| Сумма масс свободных нуклонов | Масса отдельных протонов и нейтронов до образования связанной системы | Всегда больше массы связанного ядра при положительной энергии связи |
| Масса ядра | Масса протонов и нейтронов в связанном состоянии | Уменьшена на величину, эквивалентную выделившейся энергии связи |
| Дефект массы Δm | Разность между суммой масс свободных нуклонов и массой ядра | Положительный дефект указывает на энергетически выгодное образование ядра |
| Энергия связи | Энергия, необходимая для разделения ядра на отдельные нуклоны | Чем она выше, тем труднее разрушить ядро |
| Удельная энергия связи | Энергия связи, приходящаяся на один нуклон | Используется для сравнения устойчивости различных ядер |
| Радиоактивное ядро | Ядро с энергетически невыгодным соотношением протонов и нейтронов | Переходит в более устойчивое состояние с выделением энергии |
| Стабильное ядро | Ядро, не испытывающее самопроизвольного радиоактивного превращения | Обладает устойчивой конфигурацией нуклонов и достаточной энергией связи |
Масса не исчезает, а преобразуется в энергию связи, поэтому закон сохранения массы–энергии полностью соблюдается. Наиболее прочно связанные ядра находятся в области железа и никеля, где удельная энергия связи близка к максимальной. Именно различия энергии связи объясняют выделение энергии как при делении тяжёлых ядер, так и при синтезе лёгких. Для расчётов ядерных превращений необходимо сравнивать полные массы исходных и конечных частиц с учётом соответствующих энергетических эквивалентов.