Energija nuklearnog vezanja: model kapljice

1 · Predviđanje

Poluempirijska formula mase (model kapljice) procjenjuje ukupnu energiju vezanja jezgre iz njezinog broja protona Z i masenog broja A. Držeći Z fiksno na 26 (željezo) i mijenjajući samo A, predviđa li model da energija vezanja raste stalno sa svakim dodanim nukleonom?

• Da — više nukleona uvijek znači više ukupne energije vezanja.
• Ne — energija vezanja ovisi o ravnoteži natjecateljskih članova (volumen, površina, Coulomb, asimetrija) koji se različito pomiču kako A raste, pa se ne povećava jednostavno sa svakim dodanim nukleonom.
• Energija vezanja uvijek opada kako A raste.

2 · Postava

1. Otvori postav iron-binding i pritisni Resetiraj. Ovaj postav modelira željezo sa Z = 26 protona.
2. Omogući očitanje energije vezanja.
3. Postavi maseni broj A za svaki pokušaj (držeći Z = 26 fiksno) i zabilježi ukupnu energiju vezanja.

3 · Prikupljanje podataka

Nacrtaj energiju vezanja E_B (y-os) naspram masenog broja A (x-os) za svoja tri pokušaja.

4 · Analiza

1. Za jedan pokušaj izračunaj E_B = a_vA − a_sA^(2/3) − a_cZ(Z−1)/A^(1/3) − a_a(A−2Z)²/A koristeći a_v = 15.75, a_s = 17.8, a_c = 0.711, a_a = 23.7 (MeV), Z = 26. Usporedi s tablicom.
2. Tvoja tri pokušaja rastu i padaju — E_B penje se od A = 56 do A = 80, zatim ponovno pada do A = 110. Objasni kako član volumena +a_vA, koji raste sa svakim dodanim nukleonom, naposljetku biva nadmašen članovima površine i asimetrije, i zašto −a_a(A−2Z)²/A kažnjava jezgru čiji broj neutrona ide daleko ispred broja protona.

5 · Proširenje

1. Isti model kapljice objašnjava zašto vrlo teške jezgre (veliki A) oslobađaju energiju fisijom (cijepanjem), a vrlo lake jezgre fuzijom (spajanjem) — oba procesa pomiču jezgre prema području vrha energije vezanja po nukleonu blizu željeza. Objasni zašto željezo sjedi blizu tog vrha.
2. Ovo je pojednostavljena verzija poluempirijske formule mase (izostavlja član sparivanja za parne/neparne brojeve nukleona), pa njezina predviđanja neće točno odgovarati pravoj tablici nuklearnih masa. Zašto bi fizičarima ipak bio koristan pojednostavljeni model poput ovoga za podučavanje, znajući da nije savršeno točan?

Fizika iza ovog pokusa

← Natrag na pokus

138 besplatnih radnih listova iz fizike za ispis