Откуда берется энергия связи в атомном ядре? — LegendaPress

Откуда берется энергия связи в атомном ядре?

Откуда, собственно говоря, берется та энергия, которая позволяет работать атомным электростанциям и обслуживать сотни тысяч потребителей.

Вглядись в атом и ты увидишь, как он вглядывается в тебя)
Вглядись в атом и ты увидишь, как он вглядывается в тебя)

Тут нет ничего нового — существует сильное взаимодействие, которое удерживает нуклоны (протоны и нейтроны в ядре) друг рядом с другом.

Если это сильное взаимодействие разорвать, то высвобождается энергия, которую нехитрыми манипуляциями можно превратить в электрический ток. Ну а эффект высвобождения энергии можно сравнить со звуком излома сухой палки, где межатомное взаимодействие, которое мы разрываем при механическом повреждении, провоцирует выброс энергии и она превращается в звуковую волну. Похожая логика действует и при нарушении внутриядерного взаимодействия. Но сейчас нас интересует немного другой вопрос.

Карта строения атома
Карта строения атома

В комментариях к записи один из уважаемых читателей спросил, а откуда вообще берется сильное взаимодействие и почему нуклоны, собственно говоря, удерживаются вместе и как-то физически связаны? Можно подумать, что это очередная неведомая сила типа гравитации, природу которой не смогли объяснить до сих пор.

В 1930-х годах стало ясно, что ни явление гравитационного, ни явление электромагнитного взаимодействия не могут ответить на вопрос, что именно связывает нуклоны в ядрах.

Есть ещё один интересный момент. Протоны отталкиваются друг от друга, но почему-то удерживаются в одной общей системе.

Отталкивание не столь критично, поскольку оно компенсируется притяжением и на нужном расстоянии устанавливается баланс. Частица остаётся на своём месте и как будто плавает на некоторой глубине.

Но если факт удержания протонов рядом вне зависимости от их отталкивания можно легко объяснить посредством классической механики, то вот с природой сильного взаимодействия и истинным смыслом отталкивания всё чуточку посложнее.

Даже слово «чуточку» тут не очень хорошо подходит. Всё значительно сложнее. В дело вступают новые частицы. Напомню, что одна из теорий объяснения гравитации тоже построена на виртуальных частицах. Но тут ситуация лучше тем, что хотя бы частично некоторые вещи удалось зарегистрировать опытным путем.

Конструкция протона и нейтрона
Конструкция протона и нейтрона

По имеющимся сведениям, протон — это не самая маленькая частичка. Она сама состоит из кварков. Протон включает в себя два верхних кварка и один нижний. Из чего будет состоять нейтрон догадаться не сложно :)…Но на всякий случай чуть выше есть шпаргалка.

Кварковая модель нуклон-пионного взаимодействия
Кварковая модель нуклон-пионного взаимодействия

Мир он не простой. Ничего не стоит на месте. Частички постоянно движутся и у них даже есть спин. Вместе с движениями, частицы излучают некоторую энергию.

Ещё в 1930-х годах была предложена модель обменной связи между нуклонами и выдвинута гипотеза, что есть некоторая обменная частица. На тот момент она существовала на правах виртуальной. Но в 1947 году была открыта частица, именуемая теперь пионом. Эта частичка состояла из пары кварк-антикварк и именно благодаря ей нуклоны удерживаются вместе. Вследствие обменапионами рождается сильное взаимодействие.

Схема взаимодействия весьма проста. Один нуклон излучает пару кварк-антикварк, а второй нуклон её поглощает. В итоге протоны регулярно излучают пионы и после этого превращаются в нейтроны, а нейтроны поглощают эту пару и превращаются в протоны. Процесс обмена удерживает нуклоны на нужном расстоянии и с нужной силой, что и рождает сильное взаимодействие. Механизм циклический и, подобно тепловому движению, происходит это постоянно. Ну а мы, само собой, такие мелочи не замечаем, как не замечаем диффузию или броуновское движение в газах.

Сегодня эта теория считается уже устаревшей, но между тем, устаревшая — не значит неправильная. Она вполне применима для приближенных вычислений и является первым шагом в понимании существования взаимодействий между нуклонами как такового.

Это и есть та энергия, которая высвобождается при разрыве сильного взаимодействия. Она таится в обменной связи и позволяет неплохо удерживаться частицам вместе.

Комментарии к статье (0)

Добавить комментарий

Top.Mail.Ru