طاقة الربط النووي

ن من بين الكميات المهمة جداً التي تتركز حولها الكثير من الدراسات هي الكتلة النووية (nuclear mass) . حيث وجد أن هناك فرق بين مقدارالكتلة النووية M(A,Z) المقاسة معملياً وبين مقدارمجموع كتل مكونات النواة بصورة منفردة ( أي حسابياً ) ويعود هذا الفرق إلى تحول جزء من كتلة النواة إلى طاقة ( قانون آينشتاين ) تعمل على تماسك مكونات النواة مع بعضها البعض ويطلق على هذا الطاقة بطاقة الربط الكلية للنواة (total binding energy) ويرمز لها بـ




ويمكن تعريف طاقة الربط النووية بأنها الشغل اللازم بذله لتفكيك النواة إلى مكوناتها أو هي الطاقة المتحررة عند تجميع نويات منفردة مع بعضها .
إن العلاقة التي تربط طاقة الربط النووية وكتلة النواة ومكوناتها يمكن كتابتها بالمعادلة التالية :


حيث وجد ان طاقة الربط الكلية كمية تعتمد بصورة مباشرة على كل من ( A و Z ) وهذا يعني بان قيمتها تتغير من نواة إلى أخرى . أما معدل طاقة الربط النووية B(average) فيمكن أن نعرفها بأنها : الشغل اللازم بذله لفصل بروتون أو نيوترون واحد من النواة ويمكن تمثيلها كما يلي :


لقد وجد بأن معدل طاقة الربط النووية هي أقل تغيراً من طاقة الربط الكلية و تعتبر مقياساً لمدى استقرارية النواة وقد تم دراسة العلاقة بين معدل طاقة الربط النووية والعدد الكتلي (A) للنوىً لعدد من النوى ووجد أنها تتغير كما في المنحنى التالي (ما يسمى بمنحنى الاستقراية ) :




وإذا تأملنا في هذا المنحى نلاحظ ما يلي :

1 – من الواضح أن معدل طاقة الربط النووية لا يعتمد اعتماداً كبيراً على العدد الكتلي (A) بشكل عام فيما عدا النوى الخفيفة حيث أن معدل طاقة الربط النووية تكون واطئة ثم تزداد بصورة سريعة مع العدد الكتلي حتى نصل لـ A =20 تقريباً .
2 – من الواضح ان النوى ذات العدد الكتلي المتوسط (في حدود A = 50 ) أي التي تقع في وسط الجدول الدوري هي اكثر استقراراً من تلك التي تقع في جانبها حيث يمثل معدل طاقة الربط للنويات في هذا الموقع على أعلى قيمة له وهي حوالي 8.8 ( Mev) وهي كما في الشكل تخص عنصر الحديد.
3 – يتميز التغير في المنحنى بنتوءات واضحة عندما تكون قيمة A اقل من 20 وهذا يعني أن النوى تملك طاقة ربط لكل نوية بقدر اعلى من تلك التي تجاورها وبذا فهي اكثر استقراراً منهم . والمقصود بالاستقرارية هنا الاستقرار بالنسبة لخروج نوية واحدة من النواة وليس غير . أي ان هذا لا يعني انها مستقرة ضد انبعاث إشعاع آخر كإشعاع ألفا مثلاً . وكمثال على ذلك نواة ( ) فهي أكثر استقراراً من نواة ( ) لان معدل طاقة الربط فيها اعلى ولكنها تنقسم تلقائياً باعثة جسيمين من جسيمات الفا في حين ان النواة ( ) مستقرة ولا تنقسم تلقائياً . ان النتوءات التي يتميز بها الشكل عند (A < 20) تدعونا إلى الاعتقاد بان هناك ميل داخل النوى لتكوين مجاميع من جسيمات ألفا . وبما أن طاقة ترابط النويات داخل جسيمة ألفا عالياً جداً ولكون طاقة ترابط جسيمات ألفا مع بعضها ضعيفاً في هذه النوى (A < 20 ) فإنه يصعب عليها اعطاء نوية إلا انه من الممكن انبعاث جسيم ألفا .
4 – نلاحظ ايضاً أن التغير يكون طفيفاً في معدل طاقة الربط للنويات في النطاق مابين (A=20 و A=140 ) حيث يبلغ المتوسط لقيمها حول 8.5 Mev
5 – يبدأ المنحى في الانخفاض بشكل بطيئ عندما يتجاوز العدد الكتلي 140