Атомное ядро: дефект массы, энергия связи и законы сохранения в реакциях

Масса ядра меньше суммы масс свободных протонов и нейтронов, из которых оно составлено. Эта разница — дефект массы — и есть энергия связи, выраженная через соотношение эквивалентности массы и энергии.

Удельная энергия связи, то есть энергия связи на один нуклон, максимальна в районе железа. Отсюда сразу оба способа получить энергию из ядер: деление тяжёлых ядер и синтез лёгких. Оба идут в сторону роста удельной энергии связи, и именно это делает их экзоэнергетическими.

При записи ядерной реакции проверяйте сохранение двух чисел — суммарного заряда и суммарного числа нуклонов. Этой проверки достаточно, чтобы восстановить неизвестную частицу в правой части, и она же ловит большинство ошибок:

• альфа-распад уменьшает массовое число на четыре, зарядовое на два;
• бета-минус-распад оставляет массовое число прежним и увеличивает зарядовое на единицу;
• гамма-излучение не меняет ни того, ни другого — меняется только энергия ядра.

Закон радиоактивного распада статистический: за один период полураспада распадается половина имеющихся ядер, независимо от того, сколько их было и сколько времени прошло раньше. Для отдельного ядра момент распада не предсказуем в принципе — это не недостаток измерений.

Энергетический выход реакции считается как разность суммарных масс до и после, переведённая в энергию. Отрицательный выход означает, что реакция идёт только при подводе энергии, — и это тоже осмысленный ответ, а не ошибка знака.