3. Atomkärnans egenskaper
L9
3.1 Atomkärnans struktur
Atomens kärna består av positivt laddade protoner och elektriskt neutrala neutroner. Protontalet Z anger antalet protoner i kärnan, neutrontalet N anger antalet neutroner, och masstalet A anger summan av dem:
Atomkärnors massor beskrivs vanligen med hjälp av den atomära massenheten u. Den är definierad som 1/12 av massan hos en 126C­atom. Isotoper:
Varje atom av ett och samma grundämne har samma antal protoner, men antalet neutroner kan variera. Kärnor med olika neutrontal kallas isotoper av grundämnet. Isotoperna kan vara både stabila och instabila. Vi kan rita en graf över alla isotoper, en så kallad nuklidkarta, med protontalet på x­axeln och neutrontalet på y­axeln. Det visar sig att förhållandet mellan neutroner och protoner i stabila kärnor inte är konstant, utan ökar då masstalet ökar. I massiva kärnor finns alltså fler neutroner än protoner.
1
3.2 Bindningsenergi och massdefekt
L9
Bindningsenergin för en atomkärna är den energimängd som krävs för att spjälka kärnan i sina beståndsdelar. Det också den energimängd som frigörs då enskilda nukleoner sammanförs till en atomkärna.
Bindningsenergin manifesterar sig som en skillnad i massa mellan enskilda nukleoner och den kärna som de enskilda nukleonerna skapar. Kärnan har mindre massa än de enskilda nukleonernas massa samman­
räknad! Denna skillnad kallas massdefekt. Massdefektens storlek i atommassenheter, eller i joule, eller i elektronvolt, kan beräknas med hjälp av ekvationen
Här är EB bindningsenergin, Δm och c ljusets hastighet.
Då vi känner till atommassan m för ett grundämne kan vi beräkna massdefekten hos kärnan genom att använda uttrycket
Här adderas alltså de enskilda protonernas, neutronernas och elektronernas massor, och därefter subtraheras atommassan. Resultatet är då skillnaden i massa, alltså massdefekten.
2
Kärnans stabilitet; bindningsenergi per nukleon
Då vi vet bindningsenergin, kan vi beräkna hur stor bindningsenergin är per nukleon. Den ges av uttrycket
Bindningsenergin per nukleon anger hur stabil en kärna är ­ ju större, desto mer energi per nukleon krävs för att sönderdela kärnan.
Man kan rita bindningsenergin per nukleon som funktion av masstalet. Det visar sig att lätta kärnor och tunga kärnor är mindre stabila än medeltunga kärnor. Den stabilaste kärnan i universum är 56Fe. Den lätta kärnorna kan frigöra energi genom att sammansmälta till tyngre genom fusion, medan tyngre kärnor kan frigöra energi genom att sönderdelas i medeltunga kärnor, så kallad fission.
Kärnor i det ljusa området kan fusioneras.
Kärnor i det ljusa området kan fissioneras.
BBC Atom 2. 1.11: 48:26
Läs sid. 95­107 uppgifter:
3­9, 3­11, 3­13, 3­15 + tvdk s.110
3
