7. Объяснить, что такое дефект массы

Массы ядер можно измерить с высокой точностью при помощи масс-спектрометра. Масса атомного ядра всегда оказывается меньше суммы масс нуклонов. Это явление называют дефектом массы ∆m.

Дефект массы — это разница между суммой масс всех нуклонов, содержащихся в ядре, и массой ядра.

Если

Δm	дефект массы,	кг
mп	масса протона,	кг
mн	масса нейтрона,	кг
Z	число протонов,
N = A - Z	число нейтронов,
mя	масса ядра	кг

то

1.	Δm= Z·mп+ N·mн−mя

Дефект массы обусловлен энергией связи ядра E_св, которая выделяется в результате соединения нуклонов в ядра. Массу, соответствующую энергии связи ядра (т. е. дефект массы), можно найти с помощью уравнения Эйнштейна E = mc².

8. Объяснить, что такое устойчивость ядер

Из факта убывания средней энергии связи для нуклидов с массовыми числами больше или меньше 50-60 следует, что для ядер с малыми   энергетически выгоден процесс слияния — термоядерный синтез, приводящий к увеличению массового числа, а для ядер с большими   — процесс деления. В настоящее время оба этих процесса, приводящих к выделению энергии, осуществлены, причём последний лежит в основе современной ядерной энергетики, а первый находится в стадии разработки.

Детальные исследования показали, что устойчивость ядер также существенно зависит от параметра   — отношения чисел нейтронов и протонов. В среднем для наиболее стабильных ядер^[11]  , поэтому ядра лёгких нуклидов наиболее устойчивы при  , а с ростом массового числа всё более заметным становится электростатическое отталкивание между протонами, и область устойчивости сдвигается в сторону  (см. поясняющий рисунок).

Если рассмотреть таблицу стабильных нуклидов, встречающихся в природе, можно обратить внимание на их распределение по чётным и нечётным значениям   и  . Все ядра с чётными значениями этих величин являются ядрами лёгких нуклидов  ,  ,  ,  . Среди изобар с нечётными A, как правило, стабилен лишь один. В случае же чётных   часто встречаются по два, три и более стабильных изобар, следовательно, наиболее стабильны чётно-чётные, наименее — нечётно-нечётные. Это явления свидетельствует о том, что как нейтроны, так и протоны, проявляют тенденцию группироваться парами с антипараллельными спинами, что приводит к нарушению плавности вышеописанной зависимости энергии связи от  ^[2].

Z	N=A-Z	A	Число нуклидов
Чётное	Чётное	Чётное	167
Чётное	Нечётное	Нечётное	55
Нечётное	Чётное	Нечётное	53
Нечётное	Нечётное	Чётное	4

Таким образом, чётность числа протонов или нейтронов создаёт некоторый запас устойчивости, который приводит к возможности существования нескольких стабильных нуклидов, различающихся соответственно по числу нейтронов для изотопов и по числу протонов для изотонов. Также чётность числа нейтронов в составе тяжёлых ядер определяет их способность делиться под воздействием нейтронов^[3].

Устойчивость атомных ядер обеспечивается ядерными силами. То есть внутренними силами самого ядра. А вот, что такое ядерные силы и какова их природа пока неизвестно. Известно, что они есть в каждом ядре и, что энергия связи нуклонов ядра определяется количеством нейтронов в этом ядре. Чем больше нейтронов, тем ядро менее устойчиво. У элементов с порядковым номером Z более 83 вообще нет стабильных, устойчивых изотопов. Они все радиоактивны и рано или поздно все распадаются. Да и вообще само понятие устойчивость атомных ядер, понятие весьма относительное.  Например Re-187 неустойчивый, то есть радиоактивный изотоп. Он находится в процессе распада и когда-нибудь он, естественным образом, распадется. Но период полураспада у него так велик, что он считается устойчивым, стабильным. А вот если в ядро Re искусственно ввести извне быстрый нейтрон, то эта его хваленая устойчивость пропадет и он мигом распадется. Потому, что против такого лома, в виде лишнего нейтрона, у ядерных сил нет никакого приема. Резюме: устойчивость атомных ядер определяется не только ядерными силами, но и количеством нейтронов в ядре. Все должно быть сбалансировано. Дисбаланс это распад.