Ydinsidosenergia: pisaramalli

1 · Ennusta

Puoliempiirinen massakaava (pisaramalli) arvioi ytimen kokonaissidosenergian sen protonimäärästä Z ja massaluvusta A. Pitäen Z kiinteänä arvossa 26 (rauta) ja muuttamalla vain A:ta, ennustaako malli sidosenergian kasvavan tasaisesti jokaisen lisätyn nuklidin myötä?

• Kyllä – enemmän nuklideja tarkoittaa aina enemmän kokonaissidosenergiaa.
• Ei – sidosenergia riippuu kilpailevien termien (tilavuus, pinta, Coulomb, epäsymmetria) tasapainosta, jotka siirtyvät eri tavoin A:n kasvaessa, joten se ei yksinkertaisesti kasva jokaisen lisätyn nuklidin myötä.
• Sidosenergia laskee aina A:n kasvaessa.

2 · Kokoa

1. Avaa raudan sidosenergia -esiasetus ja paina Nollaa. Tämä esiasetus mallintaa rautaa arvolla Z = 26 protonia.
2. Ota käyttöön sidosenergian lukema.
3. Aseta massaluku A jokaiselle suoritukselle (pitäen Z = 26 kiinteänä) ja kirjaa kokonaissidosenergia.

3 · Kerää data

Kuvaa sidosenergia E_B (y-akseli) massalukua A vasten (x-akseli) kolmelle suorituksellesi.

4 · Analysoi

1. Yhdelle suoritukselle laske E_B = a_vA − a_sA^(2/3) − a_cZ(Z−1)/A^(1/3) − a_a(A−2Z)²/A arvoilla a_v = 15.75, a_s = 17.8, a_c = 0.711, a_a = 23.7 (MeV), Z = 26. Vertaa taulukkoon.
2. Kolme suoritustasi nousee ja laskee sitten – E_B kiipeää arvosta A = 56 arvoon A = 80 ja laskee sitten uudelleen kohdassa A = 110. Selitä, miten tilavuustermi +a_vA, joka kasvaa jokaisen lisätyn nuklidin myötä, ohitetaan lopulta pinta- ja epäsymmetriatermeistä, ja miksi −a_a(A−2Z)²/A rankaisee ydintä, jonka neutronimäärä juoksee paljon protonimääränsä edellä.

5 · Laajenna

1. Tämä sama pisaramalli selittää, miksi hyvin raskaat ytimet (suuri A) vapauttavat energiaa fissiossa (halkaisussa), kun taas hyvin kevyet ytimet vapauttavat energiaa fuusiossa (yhdistämisessä) – molemmat prosessit siirtävät ytimiä kohti sidosenergian huippua nuklidia kohden raudan lähellä. Selitä, miksi rauta istuu lähellä tätä huippua.
2. Tämä on yksinkertaistettu versio puoliempiirisestä massakaavasta (se jättää pois paritermin parillisten/parittomien nuklidimäärien kohdalla), joten sen ennusteet eivät täsmää täsmälleen todellisen ydinpöydän kanssa. Miksi fyysikot silti pitäisivät näin yksinkertaistettua mallia hyödyllisenä opetuksessa, vaikka tietäisivät, ettei se ole täydellisen tarkka?

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia