Nükleer bağlanma enerjisi
Kısa tanım
Bir atom çekirdeğini oluşturan proton ve nötronları birbirinden tamamen ayırmak için gereken enerjidir; çekirdeğin kütle kusurunun E = mc² ile enerjiye çevrilmesiyle bulunur.
Diğer adları: Çekirdek bağlanma enerjisi, Kütle kusuru enerjisi
Bir helyum çekirdeğini tartsan, onu oluşturan iki proton ve iki nötronun ayrı ayrı kütlelerinin toplamından daha hafif olduğunu görürsün. Kaybolan kütle, parçacıkları bir arada tutan enerjiye dönüşmüştür. Bu enerjiye nükleer bağlanma enerjisi denir.
Hesaplama adımları
Önce kütle kusuru bulunur: Δm = Z × mₚ + N × mₙ − m(çekirdek). Burada Z proton sayısı, N nötron sayısıdır. Ardından Einstein bağıntısı uygulanır: E = Δm × c². Atomik kütle biriminde çalışırken pratik karşılık 1 u ≈ 931,494 MeV'dir.
Helyum-4 örneği
Proton kütlesi 1,007276 u, nötron kütlesi 1,008665 u alınsın. İki proton ve iki nötronun toplamı 4,031882 u eder. Helyum-4 çekirdeğinin kütlesi 4,001506 u olduğundan kütle kusuru 0,030376 u'dur. Bağlanma enerjisi 0,030376 × 931,494 ≈ 28,3 MeV, nükleon başına ise yaklaşık 7,07 MeV'dir. Başka çekirdekler için nükleer bağlanma enerjisi hesaplama aracını kullanabilirsin.
Nükleon başına bağlanma enerjisi
Çekirdeklerin kararlılığını karşılaştırmak için toplam enerji yerine nükleon başına düşen değer kullanılır. Bu değer hafif elementlerden itibaren artar, demir-56 ve nikel-62 civarında yaklaşık 8,8 MeV ile zirveye ulaşır, ağır çekirdeklerde yeniden azalır. Bu eğri iki önemli sonucu açıklar:
- Füzyon: Hafif çekirdekler birleştiğinde nükleon başına bağlanma enerjisi artar ve aradaki fark açığa çıkar. Güneş enerjisini bu yolla üretir.
- Fisyon: Uranyum gibi ağır çekirdekler bölündüğünde ortaya çıkan parçalar daha sıkı bağlıdır; nükleer santrallerde kullanılan enerji buradan gelir.
Dikkat edilecek noktalar
Tablolarda çoğunlukla çekirdek değil atom kütlesi verilir. Bu durumda proton kütlesi yerine hidrojen atomunun kütlesini kullanmak, elektron kütlelerinin birbirini götürmesini sağlar. Kararsız çekirdeklerin zamanla nasıl azaldığını görmek istersen radyoaktif bozunma hesaplamasına bakabilirsin.